肿瘤HRD的产生、检测和临床应用

DNA双链损伤修复

  当DNA发生损伤和突变时，为了维持正常的生命活动，细胞内有多种DNA损伤修复机制维持细胞基因组的稳定性；一旦细胞丧失了有效修复DNA损伤的能力，就可能发生三种反应：细胞衰老、细胞凋亡和细胞癌变。

  在DNA损伤中，最严重的损伤是单链断裂和双链断裂，不过单链断裂更常见。这些断裂如果不能得到及时、准确的修复，会使基因组变得不稳定，进而引起癌变，甚至直接导致细胞死亡。而对于双链断裂而言，它虽然少，但是情况更严重，如果不能及时修复，细胞的DNA就会变得不稳定，细胞最终走向死亡。

  双链DNA断裂有两种主要的修复方式。一种是非同源末端连接（NHEJ）修复，它更像个紧急救火队长，先不管修复的对不对，把断掉的DNA连上再说。这种方法最主要的优点是快，但是非常容易出错，一旦出大问题，对细胞来说有可能就是毁灭性的打击。另外一种是同源重组（HR）修复途径，参与这种修复方式的蛋白非常之多例如BRCA、ATM、RAD51等等，其中最为人所熟知的是BRCA蛋白。这种修复方式像外科手术，是一种高保真、无错误的修复方式。

  同源性重组修复（ HRR）是重要的DNA双链修复机制。暴露在电离辐射和其他DNA损伤因子下引起的DNA双链断裂(DSBs)是HRR的强诱导剂，可以启动HRR过程。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，可以获得精确修复的效果。HRR是一条涉及到多个步骤的复杂的信号通路，DSBs启动的几种HR通路已经被阐明^[1]。

image

HRD的产生

  HRD 通常指细胞水平上的 HRR 功能障碍状态，当 HRD 存在时，DSB会过度依赖非同源末端连接（NHEJ）、微同源末端连接（MMEJ）和单链退火途径（SSA）等低保真、高易错的替代性 DNA 损伤修复途径，从而极可能造成核酸序列的插入/缺失，拷贝数异常，并引起染色体交联，造成基因组和染色体不稳定^[2]。HRD 可由 HRR 相关基因胚系突变或体细胞突变以及表观遗传失活等诸多因素导致。

HRD的临床应用

  HRD 会产生特定的、可量化的、稳定的基因组改变，其中包含可被鉴别的基因突变、插入/缺失模式，以及染色体结构异常、基因拷贝数变异等，这也是当前构建HRD临床检测方法的理论基础。同源重组修复缺陷（HRD）已成为晚期卵巢癌患者临床应用聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）抑制剂的新型生物标志物，也可能对乳腺癌、前列腺癌等肿瘤的 PARP 抑制剂和铂类药物的临床用药具有指导价值。

HRD肿瘤临床病理及分子特征

  恶性肿瘤中 HRD 的发生率与肿瘤部位、组织学类型及其所采用的检测方法密切相关。对转移性（n=3504）和原发性（n=1854）泛癌种队列的全基因组测序（WGS）通过 CHORD 算法分析，结果显示，在转移性癌中，HRD 的发生率为6%，其中在卵巢癌中的发生率（30%）最高，在乳腺癌、前列腺癌和胰腺癌中发生率（12% ~13%）相当，而在其他肿瘤中少见；HRR 相关基因突变频率为 6%，以卵巢癌（30% ~ 50%）和乳腺癌（12% ~ 24%）最常见，其次 是 胰 腺 癌（7.3% ~ 13.0%）和 前 列 腺 癌（5.3% ~ 13.0%）^[3]。

  HRD 是较稳定的恶性肿瘤分子标记。对来自32 例早期乳腺癌的 81 个穿刺活检小标本进行 HRD评估，同一肿瘤不同穿刺活检标本间 HRD 评分具有高一致性（R²=0.98）^[4]。配对分析来自 50 例患者的原发性以及复发性卵巢癌组织的 HRD 状态，发现同一患者的原发和复发组织的 HRD评分也具有高一致性（R²=0.93）^[5]。

HRD肿瘤临床检测

HRD 的临床检测方法可分为三大类：HRR 相关基因突变检测，基因组瘢痕与突变谱系分析以及HRD 功能性检测。下表总结了一些相关的研究^[6-7]。

image.png

HRD临床检测的应用价值

  目前全球已有多种 PARP 抑制剂获批上市，如由FDA批准的奥拉帕利（Olaparib），鲁卡帕利（Rucaparib），尼拉帕利（Niraparib），他拉唑帕利（Talazoparib）以及近期由 NMPA 批准的氟唑帕利（Fluzoparib）和帕米帕利（Pamiparib）等，已相继在卵巢癌、前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌等肿瘤中获批诸多适应证，与此同时，HRD临床检测作为 PARP 抑制剂重要的疗效预测标志物也得以迅速发展。

• FDA也相继批准 HRD用于尼拉帕尼后线治疗复发的高级别浆液性上皮性卵巢癌、输卵管癌或原发性腹膜癌成人患者，一线维持治疗新诊断的Ⅲ~Ⅳ期高级别浆液性或子宫内膜样卵巢癌患者，以及奥拉帕利联合贝伐珠单抗维持治疗晚期高级别浆液性或子宫内膜样卵巢癌、输卵管或原发性腹膜癌患者的伴随诊断。

  在 QUADRA 研究中，HRD 阳性队列的 98 例患者接受尼拉帕利治疗的客观缓解率（ORR）为 24％，中位预期缓解持续时间（DOR）为8.3个月^[8]。PAOLA⁃1研究中 HRD 阳性患者接受奥拉帕利+贝伐珠单抗或贝伐珠单抗单药一线维持治疗的中位 PFS 分别为37.2个月和17.7个月，而HRD阳性且BRCA突变阴性患者的中位 PFS 分别为 28.1 个月和 16.6 个月^[9]。在PRIMA研究中，HRD阳性/BRCA突变型组的疾病进展或死亡风险降低60%，HRD阳性/BRCA野生型组疾病进展或死亡风险降低 50%^[10]。上述 3 项研究均采用Myriad myChoice® CDx确认肿瘤HRD状态，HRD阳性定义为肿瘤BRCA1/2突变和（或）GIS评分≥42分。

• FoundationFocusTM CDx BRCA LOH（已整合入F1CDx）被FDA批准用于鲁卡帕利维持治疗复发高级别浆液性或子宫内膜样卵巢癌患者的补充诊断，以期筛选出更多可能获益的HRD阳性患者。

  ARIEL3研究采用FoundationOne CDx（F1CDx）检测LOH 确定 HRD 状态，其中 LOH 高的阈值为≥16%，HRD阳性定义为BRCA突变型或BRCA野生型但LOH高。探索性分析结果显示，鲁卡帕利维持治疗组 LOH高的患者较 LOH 低的患者中位 PFS 延长（9.7 个月 vs6.7个月，P=0.0338），而安慰剂组中，LOH 高组与 LOH低组患者的中位PFS均为5.4个月^[11]。

• FDA 于 2020 年 5 月批准奥拉帕利用于经恩杂鲁胺或醋酸阿比特龙治疗进展后，HRR基因存在致病性或可能致病性突变的mCRPC成人患者；同时批准 F1CDx作为其伴随诊断，以筛选更多可能获益的携带 HRR 基因变异的 mCRPC 患者。

  PROfound 研究结果显示奥拉帕利可降低携带BRCA、ATM致病性或可能致病性突变的mCRPC患者66%的疾病进展或死亡风险，经独立评审委员会评估携带 BRCA、ATM、BARD1、RIP1、CDK12、CHEK1/2、FANCL、PALB2、RAD51B/C/D 和 RAD54L 等其他 HRR基因致病性或可能致病性突变的患者 PFS 均可改善^[12]。

• BRCA基因检测已被批准作为奥拉帕利治疗经含铂化疗的携带 BRCA 胚系突变、HER2 阴性转移性乳腺癌的伴随诊断，以及奥拉帕利用于携带 BRCA 胚系基因突变胰腺癌患者的一线含铂化疗维持治疗的伴随诊断。

除此之处目前基于 Myriad myChoice®CDx、FoundationFocusTM CDx或类似方法进行乳腺癌、胰腺癌 HRD 状态评估的临床应用也还在不断探索中。

参考资料

1. PATRICK G PILIÉ, CHAD TANG, GORDON B MILLS, et al. State-of-the-art strategies for targeting the DNA damage response in cancer.[J]. Nature reviews. Clinical oncology,2019(2). DOI:10.1038/s41571-018-0114-z.

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,2021,13(4):329-338. DOI:10.3969/j.issn.1674-5671.2021.04.01.

3. Luan N , Martens J , Hoeck A V , et al. Pan-cancer landscape of homologous recombination deficiency[J]. Nature Communications, 2020, 11(1).

4. TAKAYA H，NAKAI H，SAKAI K，et al. Intratumor heterogeneity and homologous recombination deficiency of high ⁃ grade serous ovarian cancer are associated with prognosis and molecular sub⁃ type and change in treatment course［J］.Gynecol Oncol，2020，156（2）：415⁃422.

5. PATEL J N，BRAICU I，TIMMS K M，et al.Characterisation of homologous recombination deficiency in paired primary and recurrent high⁃grade serous ovarian cancer ［J］.Br J Cancer,2018,119（9）：1060⁃1066.

6. GM O’Kane, Connor A A , Gallinger S . Characterization, Detection, and Treatment Approaches for Homologous Recombination Deficiency in Cancer[J]. Trends in Molecular Medicine, 2017 :S1471491417301879.

7. https://www.jianshu.com/writer#/notebooks/46075093/notes/93738836/preview

8. MOORE K N，SECORD A A，GELLER M A，et al.Niraparib mono-therapy for late ⁃ line treatment of ovarian cancer （QUADRA）：a multi centre，open⁃label，single⁃arm，phase 2 trial［J］.Lancet Oncol，2019，20（5）：636⁃648.

9. RAY⁃COQUARD I，PAUTIER P，PIGNATA S，et al.Olaparib plus Bevacizumab as First⁃ Line Maintenance in Ovarian Cancer［J］. NEngl J Med，2019，381（25）：2416⁃2428.

10. GONZALEZ⁃MARTIN A，POTHURI B，VERGOTE I，et al.Niraparib in Patients with Newly Diagnosed Advanced Ovarian Cancer［J］. N Engl J Med，2019，381（25）：2391⁃2402.

11. OZA A M，LORUSSO D，AGHAJANIAN C，et al.Patient⁃Centered Outcomes in ARIEL3，a PhaseⅢ，Randomized，Placebo⁃Controlled Trial of Rucaparib Maintenance Treatment in Patients With Recurrent Ovarian Carcinoma［J］.J Clin Oncol，2020，38（30）：3494⁃3505.

12. DE BONO J，MATEO J，FIZAZI K，et al. Olaparib for Metastatic Castration⁃Resistant Prostate Cancer［J］.N Engl J Med，2020，382（22）：2091⁃2102