杰论系列 | 同源重组修复缺陷（HRD）临床意义及检测-迈杰转化医学

杰论系列 | 同源重组修复缺陷（HRD）临床意义及检测

来源：时间：2023-11-16

一、DNA损伤与修复

在长期的生命活动中，由于内、外环境中各种因素的影响，DNA会不断发生各种变化，DNA组成与结构的变化称为DNA损伤 。为了维持生命活动的正常进行，细胞进化出DNA损伤修复系统，DNA修复 是机体维持DNA结构的完整性与稳定性，保证生命延续和物种稳定的重要环节，细胞内存在功能完善的多种DNA损伤检测、识别以及修复系统。细胞DNA损伤主要可分为DNA单链断裂（single strand break, SSB）和DNA双链断裂（double strand break, DSB），其中SSB主要依赖于多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase, PARP）进行核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER）、碱基切除修复（base excision repair, BER）和错配修复（mismatch repair, MMR）进行修复；DSB则通过同源重组修复（homologous recombination repair, HRR）、非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）及微同源末端连接（microhomology-mediated end joining, MMEJ）通路进行修复。

二、同源重组修复(HRR)与同源重组修复缺陷(HRD)

HRR是正常细胞修复DSB的重要途径，可以将断裂的DNA链重新连接上，从而保证细胞的正常存活。 与其他修复方式相比，HRR利用细胞内的配对染色体DNA序列相似的特性，并依赖于BRCA1/2基因编码的蛋白质进行修复，保真度更高。如果该功能出现问题，无法正确修复DNA损伤时，就会导致同源重组修复缺陷（homologous recombination deficiency, HRD）的发生，即为HRR功能障碍的状态。

HRR是一个复杂的生物学过程，是一条涉及多个步骤的复杂信号通路。

HRD形成原因： 导致HRD的原因是多方面的，目前已知的原因包括BRCA1/2基因发生突变、BRCA1启动子甲基化、HRR通路其他基因突变以及其他一些未知因素导致的BRCA基因表达下调。
HRD导致结果：当存在HRD时，DSB会过度依赖NHEJ、MMEJ等替代性损伤修复途径，极可能造成核酸序列的插入/缺失、拷贝数异常等，并引起染色体交联，造成基因组和染色体不稳定，其表象就是基因组疤痕（包括基因组杂合性缺失(loss of heterozygosity, LOH)、端粒等位基因不平衡(telomeric allelic imbalance, TAI)和大片段迁移(large-scale state transition, LST)）。

图1. HRD形成的原因和导致的结果

三、HRD的临床应用

1、HRD在癌症中的发生率

HRD常存在于多种恶性肿瘤中，其中在卵巢癌、乳腺癌、胰腺导管癌、前列腺癌等肿瘤中尤其突出，不同肿瘤患病率不同。 一项涵盖33种肿瘤含8847样本的基于同源重组修复通路基因功能性缺失并建立肿瘤分类系统的研究中，利用TCGA库中产生的数据，分析了BRCA1/2基因以及140多个HRR基因的体系及胚系突变，以及BRCA1基因启动子超甲基化等，同时也计算了HRD评分（包含LOH、TAI、LST，评分≥42定义为HRD阳性），结果显示，所有癌种中有18%检测到HRD阳性，最高的为卵巢癌（68.7%），其它发生率较高的依次为非小细胞肺癌(51%)、食管癌(44.1%)、子宫癌肉瘤（41.2%）、肉瘤样肺癌（40.1%）、肺腺癌（35.8%）、胃腺癌（31.6%）、膀胱癌（31.4%）、乳腺癌（25.5%）、头颈部鳞状细胞癌（23%）。

图2. HRD阳性（HRD评分≥42）癌症分布图

2、HRD与PARP抑制剂

PARP有多种亚型，其中PARP1和PARP2通过BER途径在SSB修复中发挥关键作用。PARP抑制剂（PARP inhibitor，PARPi）可抑制肿瘤细胞PARP介导的DNA单链损伤修复。在HRD肿瘤细胞中使用PARPi，无法通过HRR代偿修复，从而产生“合成致死”效应，导致肿瘤细胞死亡。因此检测HRD状态对筛选PARPi敏感患者具有重要意义。

图3. PARPi的合成致死机理图示

PARPi是第一个利用合成致死概念在临床上获得成功的药物。目前已经有6款获得FDA或NMPA上市的PARPi，分别为：奥拉帕利、鲁卡帕利、尼拉帕利、他拉唑帕利、氟唑帕利和帕米帕利，涉及卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌。

PARPi类别	获批机构	癌种	生物标志物
奥拉帕利 Olaparib	FDA	卵巢癌	BRCAm、HRD+
		乳腺癌	胚系BRCAm
		胰腺癌	胚系BRCAm
		前列腺癌	HRR
	NMPA	卵巢癌	/
	NMPA	前列腺癌	BRCAm
鲁卡帕利 Rucaparib	FDA	卵巢癌	/
鲁卡帕利 Rucaparib	FDA	前列腺癌	BRCAm
尼拉帕利 Niraparib	FDA	卵巢癌	胚系BRCAm
尼拉帕利 Niraparib	NMPA	卵巢癌	/
他啦唑帕利 Talazoparib	FDA	乳腺癌	胚系BRCAm
他啦唑帕利 Talazoparib	FDA	前列腺癌	HRR
氟唑帕利	NMPA	卵巢癌	胚系BRCAm
帕米帕利	NMPA	卵巢癌	胚系BRCAm

多项临床试验研究结果表明，HRD阳性的肿瘤患者可以从PARPi中获益。

图4. HRD阳性受益于PARPi的临床试验

以最有名的PAOLA-1为例，该试验是一项全球多中心、随机、双盲、Ⅲ期临床试验，共纳入806例对一线接受铂类化疗联合贝伐珠单抗治疗有反应的新诊断为高级别卵巢癌患者。

患者按2：1的比例被随机分为2组，分别接受奥拉帕利或安慰剂治疗，所有患者均接受贝伐珠单抗治疗。在中位随访22.9个月后，奥拉帕利组的中位无进展生存期（progression-free survival, PFS）为22.1个月，安慰剂组的中位PFS为16.6个月(HR, 0.59; 95%[CI], 0.49 ~ 0.72; P < 0.001)。
进一步的研究结果显示，奥拉帕利组和安慰剂组在24个月时未发生疾病进展和死亡的患者占比：在BRCA突变亚组(图5A)中，分别为76%和39%；在无BRCA突变亚组(图5B)中，分别为33%和23%；在HRD阳性亚组(指BRCA突变及HRD评分≥42分) (图5C)中分别为66%和29%；在HRD阳性亚组（指无BRCA突变及HRD评分≥42分）(图5D)中，分别为52%和26%。

基于PAOLA-1临床试验研究结果，FDA批准了奥拉帕利与贝伐珠单抗联用作为HRD阳性卵巢癌患者的一线维持治疗。

图5. BRCA或HRD状态从奥拉帕利中获益比较

另外，有多个临床指南和专家共识均有推荐HRD阳性的肿瘤患者接受PARPi治疗： 《中国卵巢上皮性癌维持治疗指南（2022版）》、《NCCN卵巢癌临床实践指南（2023.V2）》推荐BRCA突变或HRD阳性的卵巢癌患者，在一线化疗后可接受PARPi的维持治疗。

图6. 中国卵巢上皮性癌维持治疗指南（2022版）推荐

图7. NCCN卵巢癌临床实践指南（2023.V2）推荐

3、HRD与铂类药物

铂类药物（Pt）是一类临床应用非常广泛的肿瘤化疗药物，主要包括卡铂、顺铂、奥沙利铂等。铂类药物通过破坏DNA分子结构，使碱基之间发生交联，从而破坏基因组稳定性。DNA链间交联是一类非常严重的DNA损伤，被损伤的DNA不能正常转录和复制，进而引起细胞凋亡。 HRR是修复DNA链间交联最为准确且高保真的DNA损伤修复系统，因此，HRD的存在会使肿瘤细胞对诱发DNA交联的铂类化疗药物高度敏感。

四、HRD的检测方法

HRD状态检测主要通过两个方面进行综合评估：

（1） 从HRD产生的原因出发，即主要通过检测HRR通路基因突变状态 ，其中BRCA1/2基因突变是引起HRD最明确的HRR基因。

对于HRR通路基因检测，通常的检测区域为HRR基因的外显子区域以及外显子和内含子的连接区域，常见的技术手段包括多重扩增子富集法和 杂交捕获法。

（2） 从HRD导致的结果出发，即检测基因组不稳定状态。

对于基因组不稳定状态检测，主要通过检测LOH、TAI、LST，三者综合计算得到的HRD评分评估基因组不稳定状态，常见的检测技术手段为WGS和SNP ，理论上WGS是对全基因组进行测序，准确度是最高的，但是WGS成本高、周期长、临床运用困难大，所以市面上普遍采用检测SNP的方法。

目前国外仅有2款HRD检测产品经临床验证并获得FDA批准上市：Myriad myChoice CDx和FoundationFocus CDx _BRCA
LOH（已被整合到了FoundationOne CDx），这两款伴随诊断试剂盒对HRD状态的检测都是通过评估HRD产生的原因和形成的结果综合判断。而国内尚无获批上市的HRD检测试剂盒，大多为实验室自建项目。

Myriad myChoice CDx

FoundationFocus CDx _{BRCA LOH}

HRD阴性

BRCAwt

and

HRD score＜42

BRCAwt

and

LOH＜16

HRD阳性

BRCAmut

and（or）

HRD score≥42

BRCAmut

and（or）

LOH≥16

五、迈杰医学HRD检测试剂盒

迈杰医学凭借多平台、多组学优势，自主研发的一款同源重组修复缺陷HRD检测试剂盒（联合探针锚定聚合测序法），用于筛选卵巢癌使用PARPi获益人群，提供用药指导。基于ChinaMap中国万人数据库筛选数万个SNP位点，通过分析LOH、TAI、LST，计算基因组不稳定性评分；并联合BRCA1/2基因的变异结果综合评价HRD状态。同时还开发了配套使用的“同源重组修复缺陷分析软件”，高效便捷的实现了从数据下机到自动获取结果报告。

图8. 迈杰医学HRD检测试剂盒

参考文献

[1] 郁俐 , 沈敏娜 , 姜惠琴 , 王蓓丽 , 郭玮 . 同源重组缺陷检测在肿瘤临床诊疗中的研究进展与展望 [J]. 中国癌症杂志 ,2021,031 (004):344-349.

[2] 中国抗癌协会肿瘤标志专业委员会遗传性肿瘤标志物协作组,中华医学会病理学分会分子病理学组.同源重组修复缺陷临床检测与应用专家共识(2021版)[J].中国癌症防治杂志,2021,013(004):329-338.

[3] 温灏,邹冬玲,吴小华.中国卵巢上皮性癌维持治疗指南(2022年版)[J].中国实用妇科与产科杂志,2022,038(001):56-65.

[4] NCCN Guidelines Version 2.2023 Ovarian Cancer Including Fallopian Tube Cancer and Primary Peritoneal Cancer.

[5] Rempel E, Kluck K, Beck S, et al. Pan-cancer analysis of genomic scar patterns caused by homologous repair deficiency (HRD). NPJ Precis Oncol. 2022;6(1):36. Published 2022 Jun 9. doi:10.1038/s41698-022-00276-6.

[6] Herzog TJ, Vergote I, Gomella LG, et al. Testing for homologous recombination repair or homologous recombination deficiency for poly (ADP-ribose) polymerase inhibitors: A current perspective. Eur J Cancer. 2023;179:136-146. doi:10.1016/j.ejca.2022.10.021.

杰论系列 | PTK7：ADC药物新靶点

杰论系列 | FLT3抑制剂药效学的生物标志物- PIA方法检测磷酸化FLT3蛋白"

杰论系列 | PTK7：ADC药物新靶点

杰论系列 | FLT3抑制剂药效学的生物标志物- PIA方法检测磷酸化FLT3蛋白"

相关资讯

杰论系列 | 骨髓增殖性肿瘤MPN相关基因检测及临床意义

专家共识：迈杰医学PD-L1检测试剂盒推荐使用