同源重組缺陷檢測在腫瘤臨床診療中的研究進(jìn)展與展望

郁 俐，沈敏娜，姜惠琴，王蓓麗，2，郭 瑋，2

1.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 200032；2.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院廈門醫(yī)院檢驗(yàn)科，福建 廈門361015

DNA受到內(nèi)源性和外源性因素的影響會產(chǎn)生不同類型的損傷，其中DNA雙鏈斷裂（DNA double-strand break，DSB）損傷是最具細(xì)胞毒性的損傷。大量研究證據(jù)表明，DSB與免疫缺陷、發(fā)育障礙等相關(guān)［1］。機(jī)體在正常情況下通過修復(fù)損傷通路來維持基因組的完整性和穩(wěn)定性，其中同源重組（homologous recombination，HR）是DSB的修復(fù)方式之一［2］。腫瘤HR修復(fù)中明確的缺陷是BRCA1和BRCA2的基因突變，BRCA1或BRCA2致病性突變的癌癥約占家族性乳腺癌/卵巢癌的1/4［3］。除了BRCA1/2基因突變之外，同源重組缺陷（homologous recombination deficiency，HRD）也可以由其他機(jī)制引起，例如，同源重組修復(fù)（homologous recombination repair，HRR）相關(guān)基因的胚系突變、體細(xì)胞突變、基因組總體突變情況、基因組穩(wěn)定性及HRR途徑中涉及基因的表觀遺傳修飾等。

多項(xiàng)研究表明，HR相關(guān)基因或蛋白的表達(dá)與腫瘤放療及藥物的敏感性相關(guān)，HRD作為一種新的生物標(biāo)志物，在腫瘤的個體化治療中發(fā)揮巨大的作用［4］。由于HRD細(xì)胞對多腺苷二磷酸核糖聚合酶［poly（ADP-ribose）polymerase，PARP］抑制劑（PARP inhibitor，PARPi）的敏感性，在腫瘤患者的用藥指導(dǎo)及預(yù)后監(jiān)測中，HRD的檢測至關(guān)重要［5］。本文旨在總結(jié)HRD的檢測方法，探討HRD檢測在臨床實(shí)踐中的價值，為腫瘤的精準(zhǔn)治療奠定基礎(chǔ)。

1 HRD檢測

1.1 HR基因突變檢測

HR是一條涉及到多個步驟的復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，其中關(guān)鍵蛋白為BRCA1和BRCA2，攜帶BRCA1和（或）BRCA2基因的胚系有害突變的人群其一生中患乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、黑色素瘤和胰腺癌的風(fēng)險增加［6-7］。BRCA與許多其他DNA修復(fù)蛋白相互作用，形成DNA損傷修復(fù)的復(fù)雜系統(tǒng)，這些蛋白包括ATM、RAD51、PALB2、MRE11、RAD50、NBN和FA蛋白 等［8］。研究表明，PALB2有害突變攜帶者終生患乳腺癌、胰腺癌的風(fēng)險為普通人群的2～20倍，這些基因的突變、失活同樣導(dǎo)致DNA損傷修復(fù)功能的缺陷［9-10］。

Pennington等［11］使用靶向捕獲測序?qū)?90例卵巢癌患者的30個基因進(jìn)行胚系及體細(xì)胞突變的檢測，發(fā)現(xiàn)31%的卵巢癌在13個HR基因（BRCA1、BRCA2、ATM、BARD1、BRIP1、CHEK1、CHEK2、FAM175A、MRE11A、NBN、PALB2、RAD51C、RAD51D）中存在有害的胚系突變（24%）或體細(xì)胞突變（9%）。胚系和體細(xì)胞HR突變可預(yù)測原發(fā)性鉑類藥物敏感性（P=0.000 2）和總生存率的改善（P=0.000 6），胚系HR突變攜帶者的中位總生存期為66個月，體細(xì)胞HRR突變的患者為59個月，無HRR突變的患者為41個月。Heeke等［12］對52 426例腫瘤樣本進(jìn)行HRR相關(guān)基因致病突變檢測。HRR基因在21種腫瘤樣本中突變的總發(fā)生率為17.4%，突變最常發(fā)生在子宮內(nèi)膜（34.4%）、膽道（28.9%）、膀胱（23.9%）、肝（20.9%）、胃與食管（20.8%）和卵巢（20.0%）腫瘤中。ARID1A是最常見的突變基因（7.2%），其次是BRCA2（3.0%）、BRCA1（2.8%）、ATM（1.3%）、ATRX（1.3%）和CHEK2（1.3%），該研究顯示，HRR在不同的實(shí)體瘤中的突變頻率存在 差異。

隨著研究的深入，不斷有新基因被發(fā)現(xiàn)參與HR作用，CDK12突變的晚期前列腺癌表現(xiàn)出侵襲性的臨床行為，患者轉(zhuǎn)移時間短［13］。RBBP8是DNA復(fù)制叉完整性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，RBBP8基因發(fā)生變異容易導(dǎo)致早發(fā)性乳腺癌［14］。利用二代測序技術(shù)，可以評估許多HRR基因是否存在胚系或體系突變，但對于基因突變的注釋仍然是一大挑戰(zhàn)；此外，由于表觀遺傳修飾等因素，單純檢測HR基因的突變不能完全反映患者的HRD 狀態(tài)。

1.2 “基因組瘢痕”分析

HRD的功能學(xué)評估有助于彌補(bǔ)檢測HR基因突變的不足，當(dāng)HRD存在時，基因組變異累積，等位基因失衡可能導(dǎo)致“基因組瘢痕”，通過對“基因組瘢痕”所表示的HRD進(jìn)行評估可以不考慮潛在的遺傳或表觀遺傳機(jī)制。目前常用的基因組瘢痕檢測主要有3種方法，即微陣列比較基因組雜交（array comparative genomic hybridisation microarrays，aCGH）檢測，基于單核苷酸多態(tài)性的序列分析，以及基于突變特征的測序分析（mutational signatures）［15］。目前已證實(shí)與HRD密切相關(guān)的“基因組瘢痕”包括基因組雜合性缺失（loss of heterozygosity，LOH）［16］、端粒等位基因不平衡（telomericallelic imbalance，TAI）［17］、大片段遷移（large-scale state transition，LST）［18］等，經(jīng)過一系列算法可以得出HRD基因組瘢痕評分（圖1）。

圖1 基因組瘢痕類型概述 Fig.1 Overview of genomic scar types

隨著更多的癌癥基因組的標(biāo)志物被開發(fā)，研究發(fā)現(xiàn)全基因組的突變負(fù)荷與BRCA惡性卵巢癌化療后生存率的提高相關(guān)［19］。Alexandrov 等［20］認(rèn)為突變模式的改變導(dǎo)致了癌癥的特征性發(fā)展，“Signature 3”被認(rèn)為是潛在的HRD標(biāo)志，存在于乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和胃癌中。HRDetect是一個突變特征的加權(quán)模型，該模型結(jié)合了微同源介導(dǎo)的缺失、堿基替換/重排信號和基于基因組瘢痕的HRD指數(shù)的加權(quán)得分。從FFPE樣本中高靈敏度、高特異性地識別BRCA基因缺陷型腫瘤［21］。

1.3 HRD的轉(zhuǎn)錄圖譜及蛋白質(zhì)表達(dá)定位

在乳腺癌和卵巢癌中BRCA1基因有著較高的甲基化率，研究認(rèn)為BRCA1基因的啟動子異常高甲基化引起對應(yīng)區(qū)域的組蛋白去乙酰化，改變核小體空間排列分布，從而增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄抑制蛋白的功能，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄失敗［22］。Kalachand等［23］對15項(xiàng)研究中2 636例受試者的數(shù)據(jù)進(jìn)行meta分析，評估BRCA1甲基化與臨床病理學(xué)特征的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)BRCA1甲基化與年齡較小和晚期高級別漿液性卵巢癌相關(guān)。基因表達(dá)譜（gene expression profiling，GEP）通過分析93個調(diào)控細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期進(jìn)入和DNA修復(fù)的相關(guān)基因的化療反應(yīng)譜可以反映腫瘤的當(dāng)前轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，用于選擇患者進(jìn)行輔助化療［24］。

2 HRD檢測在臨床中的運(yùn)用

2.1 腫瘤患者預(yù)后指導(dǎo)

2020年發(fā)布的一項(xiàng)研究［25］，研究者從癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）獲得了卵巢癌患者的基因檢測數(shù)據(jù)并計(jì)算了HRD分?jǐn)?shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HRD評分≥63的人群預(yù)后顯著優(yōu)于42～62分以及42分以下的患者。該研究將BRCA1/2、CHEK1、PTEN等基因突變的病例歸類為基因變異導(dǎo)致的HRD（gHRD）；具有BRCA1甲基化和RAD51C甲基化的病例歸類為表觀遺傳學(xué)改變導(dǎo)致的HRD；其余病例則歸類為不確定的HRD。三組患者的生存情況分析顯示，gHRD的預(yù)后良好，而表觀遺傳導(dǎo)致HRD的人群預(yù)后較差。因此，根據(jù)導(dǎo)致HRD不同的原因?qū)⒒颊叻譃椴煌A(yù)后的亞型，對卵巢癌的個性化臨床管理具有積極作用。三陰性乳腺癌順鉑試驗(yàn)隊(duì)列［26］及Ⅲ期POLO研究［27］顯示，HRD患者一線含鉑治療的無進(jìn)展生存期（progression-free survival，PFS）優(yōu)于非HRD患者，HRD基因的雙等位突變和核心基因（BRCA1/2及PALB2）突變患者具有更高的基因組不穩(wěn)定性，一線含鉑藥物治療的PFS改善優(yōu)于非含鉑藥物治療。提示乳腺癌及胰腺癌患者通過靶向測序，可以發(fā)現(xiàn)更多攜帶HRD/DNA損傷修復(fù)基因突變的患者，從而進(jìn)行有針對性的含鉑藥物或PARPi治療。隨著更長時間的隨訪和觀察以及更多的相關(guān)研究的開展，HRD與預(yù)后的關(guān)系將更清晰明確。

2.2 腫瘤患者用藥指導(dǎo)

對于存在HRR功能異常的腫瘤，PARPi通過抑制PARP酶活性和增加PARP-DNA復(fù)合物的形成，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞DNA損傷修復(fù)障礙和促發(fā)“合成致死”。多項(xiàng)臨床試驗(yàn)表明，PARPi能夠使HRD患者獲益（表1）。Ⅲ期臨床試驗(yàn)PAOLA-1的結(jié)果顯示在806例卵巢癌患者中HRD陽性患者387例（占總?cè)巳?8%），HRD陽性BRCA1/2突變陰性（non-tBRCAm）患者有152例（占總?cè)巳?9%），即通過檢測HRD導(dǎo)致的基因不穩(wěn)定性可有效預(yù)測額外約20%的患者，從PARPi中顯著獲益的患者可從20%的BRCA突變?nèi)巳旱?0%的HRD人群［28］。同期發(fā)布PRIMA的研究結(jié)果同樣納入了針對HRD亞組的分析。在卵巢癌人群中BRCA1/2未發(fā)生突變的HRD患者接受尼拉帕尼治療的PFS為19.6個月，而安慰劑組為8.2個月（HR=0.50，95% CI：0.31～0.83）［29］。

表1 HRD相關(guān)的臨床研究及結(jié)果Tab.1 Clinical studies and results related to HRD

TOPARP-B研究數(shù)據(jù)提示HR通路中除BRCA1/2以外，幾個關(guān)鍵基因如ATM、CDK12和PALB2可不同程度預(yù)測轉(zhuǎn)移性去勢抵抗型前列腺癌（metastatic castration-resistant prostate cancer，mCRPC）患者對PARPi的綜合療效。PROfound研究數(shù)據(jù)顯示攜帶BRCA1/2或ATM突變的mCRPC患者，PARPi奧拉帕尼與恩雜魯胺或阿比特龍相比，PFS顯著改善。NOVA研究［30］、ARIEL3研究［31］等臨床研究不斷發(fā)現(xiàn)HRD陽性患者使用PARPi能夠延長癌癥患者的中位PFS。目前PARPi奧拉帕尼已經(jīng)獲得美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)用于治療攜帶HRR基因突變的轉(zhuǎn)移性去勢抵抗性前列腺癌患者。

3 面臨的挑戰(zhàn)

通過HRR基因突變以及基因瘢痕等檢測來評估HRD狀態(tài)可以幫助更多患者使用PARPi獲益。由于許多變異的基因型-表型相關(guān)性尚不清楚，如何對檢測結(jié)果進(jìn)行解釋，是否可以指導(dǎo)用藥或者預(yù)測患病風(fēng)險，對于意義不明的變異進(jìn)行注釋及解讀一直是一個難題。在BRCA1甲基化的卵巢癌患者中沒有表現(xiàn)出對PARPi治療的長期反 應(yīng)［32］。這種差異體現(xiàn)了基因組的高度異質(zhì)性，需要對特定的生物標(biāo)志物進(jìn)行特定的臨床評估和驗(yàn)證。使用基因瘢痕檢測來評估基因組的狀態(tài)也并非能夠完全預(yù)測患者對于PARPi的敏感性，有研究［33］報道，有近50%的鉑耐藥卵巢癌患者是由于在接受鉑類藥物治療的過程中出現(xiàn)了BRCA功能的恢復(fù)，因此對首次取樣的組織進(jìn)行基因瘢痕檢測的結(jié)果無法代表當(dāng)前患者體內(nèi)的狀態(tài)。目前國內(nèi)尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)的HRD檢測產(chǎn)品，還需要中國人群自己的數(shù)據(jù)支持，包括算法及閾值的設(shè)定等，如此才能保證臨床應(yīng)用的準(zhǔn)確性和有效性。

隨著HRD與PARPi研究的深入，HRD的檢測及其相關(guān)性研究已在多種腫瘤中進(jìn)行嘗試，如胃癌［39］、胰腺導(dǎo)管腺癌［40］。Fan等［39］在中國胃癌人群中進(jìn)行了HRR基因與免疫治療反應(yīng)的相關(guān)性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ATM基因是中國人群中突變較多的HR基因之一（16/484，3.31%）。HR基因突變與腫瘤突變負(fù)荷增加、免疫活性增強(qiáng)和微衛(wèi)星不穩(wěn)定狀態(tài)相關(guān)。按照是否存在HRD，研究者將存在HRD的腫瘤定義為HRD的腫瘤，嘗試探索DNA損傷修復(fù)途徑中必不可少的腫瘤抑制因子的細(xì)胞功能，確立合理規(guī)避腫瘤耐藥性的 策略［41］。

眾多的研究發(fā)現(xiàn)，患有HR-DNA損傷反應(yīng)（DNA damage response，DDR）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路突變的腫瘤患者可能對DNA損傷化療更敏感，同時HRD與接受DNA損傷療法治療的預(yù)后相關(guān)。在未來，將腫瘤歸類為HR-DDR缺陷型會變得越來越重要。目前國內(nèi)尚無經(jīng)中國國家藥品監(jiān)督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）審批通過的有效預(yù)測PARPi療效的基因瘢痕檢測試劑盒，但是相應(yīng)的產(chǎn)品正在緊鑼密鼓地開發(fā)中。必須指出，無論使用何種方法學(xué)來實(shí)現(xiàn)HRD檢測，最終必然會經(jīng)歷嚴(yán)格設(shè)計(jì)的回顧性和（或）前瞻性臨床研究的驗(yàn)證。