脊索瘤是轴向骨骼和颅底的罕见肿瘤，由胚胎脊索的残余产生，这是一种引导椎体发育的短暂中线结构，为周围组织提供图案信息，并最终在椎间盘形成髓核。脊索瘤的一线治疗基于手术切除和放射治疗。然而，由于大多数脊索瘤接近重要结构，特别是在颅底，很少实现局部控制，导致复发率大于50％。此外，局部或远处转移发生在30-40％的病例中。由于脊索瘤通常对常规化疗具有抗性，并且没有药物被批准用于该适应症，因此对晚期疾病的全身治疗非常困难。针对PDGFRA/B，EGFR，或几个mTORC1的靶向药物已经产生了疾病稳定的令人鼓舞的速率，尽管客观的反应是罕见的并且需要被考虑到脊索瘤的常慢的增长速度。阻断brachyury，一种驱动脊索瘤发展的脊索转录因子，并且在大多数正常成人组织中不表达原则上表示选择性靶向脊索瘤细胞的有希望的策略。然而，众所周知，转录因子难以用小分子抑制。因此，迫切需要新的治疗策略来改善脊索瘤患者的临床结果。
　　 对散发性脊索瘤的基因组景观的深入了解是否可能为靶向治疗提供新的切入点仍然未完全了解。早期研究采用微阵列技术，荧光原位杂交，定量PCR和选择性癌症基因的靶向测序表明，脊索瘤的主要特征是整个基因组中的非随机DNA拷贝数丢失，常常涉及CDKN2A，PTEN和染色质调节基因等。作为SMARCB1潜在可操作的改变，以及在反复增益TBXT基因编码的brachyury。最近，使用全外显子组测序（WES），全基因组测序（WGS）的组合，对单核苷酸变体（SNV），小插入/缺失（插入缺失），结构重排和拷贝数变化进行了调查，和有针对性的测序鉴定在基因座附加经常改变以前没有在脊索瘤牵连，如ARID1A，编码SWI/SNF染色质重塑复合物的亚基，并且LYST，其蛋白产物调节溶酶体运输。
　　 在海外医疗网这项研究中，研究人员使用WES和WGS为早期脊索瘤患者的临床决策提供信息，这些患者已经用尽了标准治疗方案。研究人员观察到，先进的脊索瘤可能经常通过同源重组（HR）作为潜在可操作的遗传脆弱性而携带与DNA修复受损相关的分子改变。这些结果促使患者使用聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）抑制剂进行实验性治疗，该患者的肿瘤对照射和药物治疗无效，导致反应时间延长，并且能够发现自身抑制性PARP1α-的突变不稳定。螺旋结构域（HD）作为获得性PARP抑制剂抗性潜在的未被认识的机制。
　　 为了确定治疗上易处理的分子病变，研究人员进行?了肿瘤组织的WES（n=9）和WGS（n=2）以及来自11名患者（年龄27-72岁）的血液与当地晚期或转移性脊索瘤患者的血液相匹配在MASTER（肿瘤根除研究的分子辅助分层）计划中，针对所有组织学和罕见肿瘤患者的晚期癌症年轻成人的登记试验。所有患者之前接受了原发肿瘤部位的放射治疗，11例中有9例手术切除。11例中有6例接受了全身治疗。所有患者在分子分析前都患有进行性疾病。与最近对散发性脊索瘤基因组景观的分析一致，肿瘤对非同义体细胞突变负有适度负担，将其列为癌症，如前列腺腺癌和神经母细胞瘤。相比之下，DNA拷贝数谱的分析显示，在大多数情况下，大量结构变体的大小超过1000万碱基对（mbp）。在所有肿瘤中发现包含细胞周期调控基因CDKN2A/B的染色体9p21.3的复发性缺失，证实了先前的核型和分子细胞遗传学发现，这导致了脊索瘤可能适合CDK4/6抑制的概念，这是一个假设，即正在2期临床试验中进行探索。
　　 鉴于结构重排可能是由于HR对DNA双链断裂修复缺陷造成的，研究人员探讨了HR缺乏对脊索瘤发展的影响。研究人员首先编制了23个候选HR基因的列表。具体而言，研究人员选择了12个被评估为生物标志物的基因，用于在最近的2期临床试验中对去势抵抗性前列腺癌患者进行olaparib治疗分层，另外11个基因据报道参与DNA损伤修复或对PARP抑制的敏感性。对个体位点的检查显示，两名既往无癌病史的患者均有致病性（根据美国医学遗传学和基因组学[ACMG]分类系统分类为5级;已建立的DNA修复基因中的种系变异。杂合生殖系BRCA2移码突变伴随着野生型等位基因的体细胞缺失，并与患者Chord_03中的双等体体细胞PTEN改变共同发生。杂合种系NBN移码突变伴随着患者Chord_06中野生型等位基因的体细胞缺失。此外，患者Chord_01具有杂合种系CHEK2错义变体（p.R145W），其导致CHEK2的去稳定化和S期检查点的失败，并且已被分类为可能的致病性。该变体伴随着CHEK2野生型等位基因的体细胞缺失，并且与双等体体细胞PTEN改变（杂合p.G251V突变和野生型等位基因的缺失）共同发生。3例患者在FANCG，RAD51B和RPA1中具有不确定意义的种系变异（ACMG3级）与正常对照样品相比，肿瘤中的等位基因频率没有增加。
　　 除了结构重排和个人HRDNA修复基因的改变，研究人员检测到7个的已知突变签名。在所有样品中发现与HR缺陷相关的签名Alexandrov-COSMIC3，并且在11个样品中的8个中，AC3暴露的95％置信区间排除零。在研究人员的队列中鉴定的签名与7042个癌症样本显示AC3的显着富集。签名AC3与广泛的基因组不稳定性共存，如HR缺乏（HRD）评分和大量大规模状态转换。
　　 患者Chord_05虽然不符合缺陷性HR的传统标准，例如BRCA1/2的双等位基因失活，但表现出异常暴露于突变特征AC3和高度基因组不稳定性。这名患者，一名57岁的男性，在入选MASTER计划前80个月被诊断为无法手术的骶尾部脊索瘤，并接受了质子放射治疗。在首次诊断后68个月进展后，肿瘤证实难以重复照射，并且在初始稳定后，用酪氨酸激酶抑制剂伊马替尼进行全身治疗，肿瘤快速生长和临床症状（如疼痛，尿失禁和行走）恶化就是证明。失能。鉴于在HR缺陷损害引起的化学治疗剂如顺铂DNA双链断裂的修复，并且是合成致死抑制PARP的，肿瘤的基因组谱被认为是可行的，并开始用PARP抑制剂奥拉帕尼以800mg每天进行标记外治疗。除轻度中性粒细胞减少症和贫血症（1-2级不良事件的常用术语标准）外，治疗耐受性良好，2个月后肿瘤症状逐渐减轻，患者再次走动。治疗5个月后的磁共振成像（MRI）表明疾病进展停止，肿瘤显示出坏死，部分容量缩小和细胞减少的迹象。
　　 遗憾的是，奥拉帕尼治疗10个月后骨盆的随访MRI表现为进行性疾病，这反映在骶骨区域和大腿部位的骶骨疼痛增加以及反复发生的尿失禁。为了寻找获得性对PARP抑制的抗性的遗传机制，对来自肿瘤进行性区域的重复活组织检查进行WGS。该分析揭示了高度重排的DNA拷贝数谱，其中多个结构和数值变化分布在整个基因组中，包括染色体6和15的高度复杂的结构重排。此外，研究人员发现与olaparib治疗前获得的外显子组序列相比，编码非同义突变的数量增加。在新获得的变异体中，TP53移码突变和PARP1错义变体，其存在通过Sanger测序确认。使用查找程序对来自两个样品的变体等位基因级分进行分析，证明两个样本中的变体数量超过两者共有的变体，表明在olaparib处理之前和之后活性克隆的分离发生在生长历史的早期。
　　 为了研究PARP1p.T910A突变是否为奥拉帕尼治疗的继发性失败提供机制解释，从而验证PARP1作为该肿瘤的治疗靶标，研究人员进行了蛋白质结构建模分析。苏氨酸910位于与酶位点相邻的环区域中，所述酶位点是特征性ADP-核糖基转移酶（ART）折叠与PARP1催化结构域的调节性HD之间的界面的一部分。然而，类似于最近在PARP抑制剂抗性等位基因的基于CRISPR的诱变筛选中鉴定的ART结构域中残基Y848和A925的突变，p.T910A变体似乎对Olaparib结合没有直接影响，因为T910不是NAD的一部分+结合口袋，不接触药物。除了结合催化位点，从而阻断NAD+接近和聚（ADP-核糖）形成之外，奥拉帕尼被认为通过至少两种另外的机制抑制PARP1功能。首先，它捕获经由在活性位点环的构象变化，导致需要HR阻碍复制叉DNA单链断裂PARP1待解决。其次，olaparib通过稳定HD有利于PARP1的无活性构象，这对于变构自身抑制相互作用至关重要，如缺乏HD的PARP1突变体的组成性活性所示，即使在与催化剂袋结合的olaparib存在下也是如此。为了深入了解p.T910A变体的功能后果，研究人员进行了能量计算，其预测突变的稳定或去稳定作用是突变体和野生型蛋白质之间自由能（ddG）的负或正差异。总体上预测p.T910A变体使PARP1催化结构域的结构不稳定。然而，采用缺乏自抑制HD的组成型活性PARP1结构的计算表明弱的不稳定作用虽然对ART结构域和PARP1-DNA复合物结构的HD的预测产生了更强的去稳定作用，可能是由于T910侧链的不同局部堆积或传播与HD的交互界面的扰动。这表明p.T910A突变以变构方式起作用以使HD介导的自身抑制不稳定，有利于活性样构象，其优先于olaparib对PARP1的抑制。与HD缺陷PARP1背景下获得的实验数据一致，研究人员的模拟表明，这种效应与olaparib的存在无关，因为自由能只有轻微的差异抑制剂结合后。
　　 研究人员的数据表明，先进和广泛预处理的脊索瘤反复表征与通过HR途径缺陷DNA修复相关的基因组改变，包括双等细胞种系和参与该过程的各个基因的体细胞突变，富集由HR缺乏引起的特定突变特征，并增加基因组不稳定性。有趣的是，11名患者中只有3名携带符合传统HR缺乏标准的遗传改变，这突出了开发用于鉴定具有与BRCA1/2灭活相关的功能缺陷的肿瘤的新工具的需要。研究人员在患者Chord_05中的发现表明了复方基因组测量在这方面的潜力，他们显示出显着的AC3暴露和高度的基因组不稳定性，HRD评分升高和大量LST证明了这一点。尽管未明确确定潜在的突变，但这些特征本身构成了单药奥拉帕尼成功治疗的基础，并且获得性抗性与新获得的PARP1突变相关，该突变预计在药物存在下恢复酶活性，从而验证PARP1作为该肿瘤的治疗靶点。值得注意的是研究人员研究中的大多数患者也表现出单等位基因HR基因缺失。然而，研究人员的研究无法回答在结构重排背景下多个HR基因杂合丢失是否导致或反映HR缺乏的问题，以及其他基因中的致病变异如何促成脊索瘤发展。
　　 在先进的脊索瘤的HR缺陷足迹，这使人想起在HR缺陷已成为治疗责任乳腺癌，卵巢癌和前列腺癌的基因组特征的所观察到的发病率，提供了使用基因组学引导治疗的理由单独或组合的药剂，优选对HR不能胜任的细胞有毒，例如PARP抑制剂，铂衍生物或trabectedin。此外，鉴于最近关于HR缺陷肿瘤中免疫检查点阻断效果的临床前报告，本文提供的结果以及脊索瘤微环境中PD-1和PD-L1表达的发现可能需要在脊索瘤中进行免疫检查点抑制剂的临床试验。值得注意的是，所有肿瘤在分子分析之前都已接触过放射治疗，这提高了这种治疗可能形成其基因组谱和相关治疗脆弱性的有趣可能性。因此，尽管电离辐射在癌症中的印记还不是很清楚，但之前的微阵列分析包括无辐射的病例表明多个DNA拷贝数改变是脊索瘤的内在特征，未来的研究应该解决放射治疗或其他外在因素条件，如接触细胞毒性药物，可能会导致有条件的合成细胞毒性，可以治疗。
　　 除了鉴定PARP抑制作为靶向难治性脊索瘤的分子引导策略之外，研究人员的数据还提供了对这种治疗方式获得性抗性潜在机制的深入了解。虽然之前的体外研究发现PARP抑制剂提供的选择压力可以通过BRCA1/2或RAD51C/D中的回复突变，53BP1或REV7的失活以及PARP1表达缺失导致HR的恢复，PARP1突变的重要性最近才出现基于正向遗传筛选和卵巢癌患者PARP1色氨酸-甘氨酸-精氨酸富集结构域中p.R591C变体的观察结果，该患者对奥拉帕尼具有新生抗药性。研究人员现在通过报告在olaparib治疗10个月后疾病进展的患者中发生的PARP1HD中的第二个突变p.T910A的第一个例子来扩展这些数据，并且蛋白质结构建模分析支持olaparib抗性的机制。其中p.T910A等位基因通过禁用HD介导的自身抑制在药物存在下恢复PARP1活性。从治疗的角度来看，研究目前在临床试验中测试的其他PARP抑制剂是否可以克服p.T910A介导的耐药性将是特别有趣的，因为研究人员分析了突变对ART结构域-HD界面的影响表明，与奥拉帕尼相比，这些药物与HD中的残基具有额外的接触，这可能会增加他们稳定自身抑制构象的能力。
　　 总之，研究人员的研究揭示了晚期脊索瘤的生物学特征，它代表了一种可立即行动的治疗靶点，并为基因组学指导的药物PARP抑制在这种难治性肿瘤实体中的临床试验提供了理论依据。更广泛地说，研究人员的研究结果表明，“BRCAness”作为临床可操作的基因组特征的概念超越了常见的上皮癌，并进一步了解了对这一重要的靶向癌症治疗药物获得性耐药的机制。