WEEK 19动物模型与转化

肿瘤体积、药效终点与解释

从原始 L/W、个体曲线、TGI 和 event endpoint 判断真实药效与耐受。

组均值用于概览,个体曲线和退出原因决定结果是否可信。

L/W measurement到Tumor volume到Individual curve到TGI到Event到Tolerability的概念证据链
本周概念图:从输入、实验到可解释结论。箭头表示审查顺序,不代表单向因果。
Data Clinic · Case 19标本编号 BIO-W19

TGI 105% 到底代表什么?

先回答:C0=105、Ct=505、T0=100、Tt=80 mm³。按变化量公式计算 TGI;同组 8 只动物的个体变化为 −65、−48、−38、−22、−12、−5、+10、+20%。它们讲述同一个故事吗?

Day 21 个体肿瘤体积变化(waterfall)教学数据图
教学合成数据可视化。读图时先确认单位、坐标、对照和统计层级。
变量数值含义
C0105对照 baseline
Ct505对照 Day 21
T0100治疗 baseline
Tt80治疗 Day 21 均值
个体变化−65…+20%8 只 waterfall
  1. Control growth = 505 − 105 = 400 mm³;Treated change = 80 − 100 = −20 mm³
  2. TGI = [1 − (−20/400)] × 100% = 105%
  3. 个体 % 变化均值 = (−65−48−38−22−12−5+10+20)/8 = −160/8 = −20%,与组均值一致
  4. 个体拆解:6/8 回缩(最深 −65%),2/8 进展(+20%、+10%)——均值“轻度 regression”背后是明显的异质性
计算结果治疗组均值相对 baseline 下降(TGI 105%),但 waterfall 显示 6/8 回缩、2/8 进展,两组动物的故事并不相同。
项目解读应表述为“按该公式组均轻度 regression”,并展示 8 只动物各自的 response、退出和体重,而不是只报一个 TGI 数字。
证据边界内推边界:TGI 105% 仅在该公式、该时间点与组均值层面成立;外推边界:不代表杀死 105% 肿瘤,也不代表每只动物 complete response;伪差风险:对照组增长很小时分母趋零,TGI 数值会剧烈波动。

第 19 周学习包:肿瘤体积、药效终点与数据解释

本周核心问题

一条“漂亮”的组均值肿瘤曲线,是否掩盖了基线差异、个体无反应、毒性退出、测量误差或不一致的 TGI 公式?

一、学习目标

完成本周后,应能够:

  1. 使用并审查常见皮下瘤体积公式;
  2. 识别卡尺测量、肿瘤形状和观察者带来的误差;
  3. 区分 absolute tumor volume、change、relative volume 和 growth rate;
  4. 正确阅读 individual spider plot、group curve 和 waterfall;
  5. 解释 T/C、TGI、regression、event-free survival 和 time-to-endpoint;
  6. 明确 TGI 有多种公式,报告必须给出定义;
  7. 将 body weight、clinical signs、attrition 与 efficacy 联读;
  8. 判断数据支持 tumor stasis、regression 还是仅 growth delay。

二、学习时间安排

标准版:4 小时

学习块 时间 任务 产出
诊断 15 min 10 题 盲点清单
测量与曲线 60 min volume、individual/mean 图表审查表
药效指标 75 min T/C、TGI、response、event 公式卡
缺失与耐受 45 min attrition/censoring/body weight 风险表
计算案例 30 min 手工计算 完整算式
验收 15 min 闭卷测验 得分

深入版:6 小时

  • 阅读 NCI PDXNet consensus 的 endpoint 与图表建议 60 分钟;
  • 从原始 individual volumes 重画 spider/mean/event plots 45 分钟;
  • 比较两种 TGI 公式对同一数据的结果 30 分钟;
  • 与 in vivo/统计同事复盘一次 attrition 和 censoring 45 分钟。

三、课前诊断

  1. L×W²/2 中 L 和 W 如何定义?
  2. 组均值下降是否代表每只动物都 regression?
  3. SEM 小是否代表个体反应一致?
  4. TGI 80% 是否等于肿瘤缩小 80%?
  5. TGI 可能超过 100% 吗?如何解释?
  6. Vehicle 组提前大量退出时,Day 28 T/C 能否直接计算?
  7. 达 humane endpoint 的动物能否从图中删除?
  8. Tumor stasis 与 regression 的基线参照是什么?
  9. 一只动物多个肿瘤能否当成独立 n?
  10. 体重下降如何影响药效解释?
课前诊断参考答案(先独立作答,再展开核对)
  1. L 为较长径,W 为与其垂直的较短径:该公式近似椭球;不同机构可能使用不同系数或三径公式,必须在 protocol 和 report 中固定定义,不可中途变换。
  2. 不代表:组均值只反映平均水平,可能掩盖 responder/nonresponder 异质性,甚至来自“少数深回缩+多数进展”;需查看 individual spider plot。
  3. 不是:SEM 表示均值的不确定性,不是个体变异范围;个体分散程度应看 SD、CI 或个体曲线。
  4. 不等于:TGI 80% 表示治疗组增长被抑制了对照组增长变化的 80%,不是肿瘤体积缩小 80%;体积缩小对应变化量为负(regression)。
  5. 可能:TGI>100% 提示治疗组平均相对 baseline 出现 regression(T_t<T_0);如计算案例 TGI=102.5%,即治疗组从 100 mm³ 降到 90 mm³,也不意味着“杀死 102.5% 肿瘤”。
  6. 不能直接计算:vehicle 大量退出后,Day 28 只剩选择性幸存动物,T/C 受 survivor bias 影响;应在所有动物仍可评估的较早时点比较,或使用 event-free/纵向方法。
  7. 不能删除:达 humane endpoint 的退出可能与治疗和结果相关(informative missingness),静默删除引入系统偏倚;必须报告退出时间与原因,并按预设 censoring 规则处理。
  8. 各自的 baseline(V₀):RTV=1 或 ΔV=0 为 stasis;RTV<1 或 ΔV<0 为 regression;两者都以研究起始测量为参照。
  9. 不能:治疗分配在动物层时,同一动物多个肿瘤不是独立 experimental unit,双侧肿瘤具有动物层相关性。
  10. 混杂药效解释:体重下降可能反映系统毒性、抑制进食与整体生长,制造“假药效”;若强 TGI 伴明显体重下降或低活动,需判断抑制是否部分来自毒性,并影响生存终点。

四、肿瘤体积测量

4.1 常见近似公式

皮下实体瘤常用:

V ≈ L × W² / 2

其中 L 为较长径、W 为与其垂直的较短径。该公式近似椭球,但不同机构可能使用不同系数或三径公式。必须在 protocol 和 report 中固定定义,不可中途变换。

4.2 教学计算

L=10 mm, W=8 mm:

V = 10 × 8² / 2 = 320 mm³

若 W 测成 9 mm:

V = 10 × 9² / 2 = 405 mm³

宽度仅差 1 mm,体积增加约 26.6%,因为 W 被平方。测量一致性非常关键。

4.3 测量风险

  • 不规则、扁平、分叶或坏死肿瘤不符合椭球假设;
  • 毛发、皮肤厚度和水肿;
  • 卡尺夹压程度;
  • L/W 方向不一致;
  • observer 知道组别;
  • 同日测量顺序和时间;
  • 超大/溃疡肿瘤难以准确测量;
  • 双侧肿瘤的动物层相关性。

措施:训练、盲法、重复测量规则、仪器检查、记录原始 L/W 而非只存计算体积、必要时影像正交。

五、四种基本表达

5.1 Absolute tumor volume

保留真实大小和 humane-endpoint 意义,但 baseline 差异会影响比较。

5.2 Change from baseline

ΔV = V_t − V_0

ΔV<0 表示相对研究起始发生 regression。

5.3 Relative tumor volume(RTV)

RTV = V_t / V_0

RTV=1 为 stasis;<1 为 regression;>1 为 growth。比值可能放大小 baseline 的测量误差。

5.4 Growth rate/model-based longitudinal measure

使用所有时间点估计 growth slope 或 treatment effect,可减少任意选一天的局限,但需要预设模型、处理非线性、相关性和退出。

六、必须同时看的图

6.1 Individual spider plot

每只动物一条曲线,用于识别:

  • responder/nonresponder;
  • regression 与 regrowth;
  • measurement jump;
  • early exit;
  • 组内异质性。

6.2 Group summary curve

展示总体趋势,但需说明 mean/median、SD/SEM/CI、每个时间点 n 和退出。SEM 表示均值不确定性,不是个体变异范围。

6.3 Waterfall plot

常按最佳或指定时间点的相对变化展示。必须说明:

  • 选择哪个时间点/最佳响应;
  • baseline;
  • 退出和无可评估动物;
  • threshold。

6.4 Event-free survival plot

事件可定义为肿瘤达到某体积、倍增、死亡或其他预设标准。不同事件定义产生不同曲线,必须明确 censoring 规则。

七、T/C 与 TGI

7.1 Tumor volume T/C

一种常见形式:

T/C (%) = mean tumor volume_treated / mean tumor volume_control × 100%

它比较某时点组大小,但不直接反映相对 baseline 的 regression。

7.2 基于变化量的 TGI

一种常见形式:

TGI (%) = [1 − (T_t − T_0)/(C_t − C_0)] × 100%

其中 T_0/C_0 为治疗/对照组 baseline,T_t/C_t 为指定时点。

解释:

  • 0%:治疗组增长与对照近似;
  • 100%:治疗组平均 stasis(T_t≈T_0);
  • 100%:治疗组平均 regression;

  • <0%:治疗组增长更快。

但若 control growth 很小,分母接近零,TGI 会不稳定。

7.3 公式不可互换

有些报告用 RTV T/C、median、geometric mean 或其他定义。必须给公式、指定日期、纳入动物和缺失处理,不能只写“按照标准 TGI”。

八、Response、regression 与 durability

项目可预设:

  • stable disease/tumor stasis;
  • partial regression/response;
  • complete regression/response;
  • time to response;
  • duration of response;
  • regrowth after treatment stop;
  • event-free survival。

不同研究体系阈值不同,应遵循预设、适用的共识或项目标准。不能把组均值低于 baseline 称为每个动物 complete response。

NCI PDXNet 推荐用至少两类互补指标:一类比较 on-treatment 与 baseline(说明 regression/stabilization),另一类与 control 或 event time 比较。

九、Attrition、censoring 与 informative missingness

9.1 为什么不能静默删除

动物退出可能因为:

  • tumor burden;
  • treatment toxicity;
  • 非相关疾病/技术事件;
  • measurement unavailable;
  • humane endpoint。

这些原因与 treatment/outcome 相关时是 informative missingness。只展示仍在研究的动物会产生 survivor bias。

9.2 报告最低要求

  • 每组起始和各时点 n;
  • 每只退出时间与原因;
  • primary analysis 如何纳入/删失;
  • sensitivity analysis;
  • event endpoint 与 tumor plot 的对应;
  • 未测值不以零或随意 last observation 填充。

十、Tolerability 联读

至少并排展示:

  • individual body-weight % change;
  • clinical observations;
  • dose interruptions;
  • death/necropsy;
  • 必要的 laboratory markers;
  • exposure。

若强 TGI 只出现在明显体重下降/低活动的组,需判断肿瘤抑制是否部分来自系统毒性或整体生长受抑。

十一、计算案例

Baseline:治疗组 T0=100 mm³,对照组 C0=110 mm³。

Day 21:治疗组 Tt=90 mm³,对照组 Ct=510 mm³。

TGI = [1 − (90−100)/(510−110)] ×100%
    = [1 − (−10/400)] ×100%
    = 102.5%

解释:治疗组平均相对 baseline 略有 regression,因此 TGI 略高于 100%。它不意味着每只动物都 regression 102.5%,也不是“杀死 102.5% 肿瘤”。

十二、报告审查清单

十三、综合案例

候选组 Day 28 mean tumor volume 为 vehicle 的 20%,p<0.01;但 vehicle 10 只中只有 4 只仍在 Day 28,其余因肿瘤过大退出;候选组 2 只因体重下降退出且未计入均值;无 individual plot。

参考分析

Day 28 均值比较受双向 informative attrition 严重影响,不能独立支持强药效。需查看所有 individual curves、退出原因、预设 event endpoint、body weight 和分析规则;可在所有动物仍可评估的较早时点比较,并使用 event-free/纵向方法。候选毒性退出必须保留在耐受和 sensitivity interpretation 中。

十四、决策错在哪里:一份(虚构的)评审纪要

以下纪要为教学合成的典型错误示范。先自己挑错(至少 5 处),再对照参考清单。

药效评审纪要(节选):候选 Z 在 CDX 模型 Day 21 TGI 达 100%,宣布完全缓解(CR)。Z 组 8 只动物平均体重下降 15%,但肿瘤数据很好,建议维持现剂量。对照组均值从 150 mm³ 涨到 300 mm³,Z 组从 165 mm³ 回落到 40 mm³,两组基线略有差异但不影响结论。Z 组 2 只动物在第三周因肿瘤溃烂退出,均值已按剩余 6 只重新计算。waterfall 图显示全部动物均为负值,证明所有个体都回缩。结论:Z 体内药效优异,建议直接进入 PDX 验证并申报候选。

参考错误清单

# 纪要中的错误 为什么错 替代做法
1 TGI 100% = CR TGI 是组均值相对变化的描述;100% 只说明均值不再增长,不是个体完全缓解(本周 §七、§八) 用 response 分类(如 WHO/RECIST 类标准)在个体水平定义 CR
2 体重下降 15% 被无视 体重下降超阈值是耐受性红旗,毒性可同时抑制进食与肿瘤生长,制造"假药效"(本周 §十) 触发方案预设的剂量暂停/安乐死规则;药效结论必须与耐受性联报
3 基线 165 vs 150 mm³ "不影响结论" 基线不平衡直接进入 TGI/变化量公式,9% 起点差可放大为终点显著差(本周 §四) 随机分层分组 + 基线作为协变量或按 RTV 归一
4 退出动物重算均值 溃烂退出可能与药效/毒性相关(informative censoring),删除即引入系统偏倚(本周 §九) 逐只记录退出原因,采用 event endpoint 或 sensitivity 分析
5 "waterfall 全负 = 全部回缩"无时间点定义 回缩必须声明测量时点与是否持续;单时点负值不排除 regrowth(本周 §八) 报告回缩持续时间与 response durability
6 跳过个体曲线 无 spider plot 的均值结论无法排除"少数深回缩+多数进展"(本周 §六) 必附 individual curves
7 单模型单次研究 → "申报候选" 单次 CDX 研究不可支撑 nomination 决策;缺 PK 配套时连"暴露足够"都无法确认(W17/W18) 至少两个模型/两次独立研究 + PK 配套,预定义成功标准

替代决策路径:暂停"CR"表述;调出个体曲线与退出记录重做 sensitivity 分析;体重超标动物按方案处理并复核剂量窗;基线差异用 RTV 重新表达;补充 satellite PK 确认暴露;在 target-low 模型重复后再讨论 nomination。

十五、闭卷验收

  1. 常见体积公式?
  2. W 误差为何重要?
  3. RTV=1 表示?
  4. TGI 100% 表示?
  5. TGI>100% 可能吗?
  6. SEM 表示个体变异吗?
  7. 为什么看 individual?
  8. event endpoint 要定义什么?
  9. attrition 为何可能有偏?
  10. PDXNet 为什么建议两类指标?
闭卷验收参考答案(先闭卷作答,再展开核对)
  1. L×W²/2:L 为较长径、W 为与其垂直的较短径的椭球近似;不同机构可能使用不同系数或三径公式,必须在方案与报告中固定。
  2. W 被平方:宽度以平方进入公式,W 仅差 1 mm 即可使体积从 320 增至 405 mm³(约 +26.6%),因此测量方向、卡尺压力与一致性至关重要。
  3. 相对 baseline 的 stasis:RTV=V_t/V_0=1 表示肿瘤与研究开始时大小相同;<1 为 regression,>1 为 growth。
  4. 治疗组平均不增长:按变化量公式 TGI=100% 只说明治疗组均值停在基线水平(T_t≈T_0),不是清除全部肿瘤,更不是每只动物 complete response。
  5. 可能:TGI>100% 提示治疗组平均相对 baseline 回缩(regression),如教学案例的 102.5%;但需注意若 control growth 很小、分母接近零,TGI 会不稳定。
  6. 不是:SEM 反映均值的不确定性,随 n 增大而缩小;个体变异范围应看 SD、CI 或 individual plots。
  7. 识别异质与退出:individual spider plot 能发现 responder/nonresponder、regrowth、measurement jump 和 early exit,这些信息在组均值曲线中被平均掉。
  8. 事件、起点与 censoring:需预设事件定义(达到某体积、倍增、死亡或其他标准)、时间起点和删失规则;不同事件定义产生不同曲线,必须明确。
  9. informative missingness:退出原因(tumor burden、治疗毒性、非相关疾病、技术事件)与治疗和结果相关时,只展示仍在研究的动物会产生 survivor bias。
  10. 互补的两类证据:一类比较 on-treatment 与 baseline(说明 regression/stabilization),另一类与 control 或 event time 比较;两类结合才能同时说明“肿瘤被控制”和“优于对照”。

十六、本周最终交付物

用一套原始数据制作四图一表:individual spider、group summary、waterfall、event-free curve,以及 T/C/TGI/response/attrition 定义表;附一页解释边界。

十七、延伸阅读

  1. NCI PDXNet consensus recommendations for PDX growth and antitumor activity
  2. ARRIVE Guidelines 2.0