同源重組缺陷（HRD）
同源重組修復（Homologous Recombination Repair，HRR）和多聚ADP-ribose聚合酶（Poly ADP-ribose Polymerase，PARP）修復，是兩種重要的DNA損傷修復機制，分別參與DNA雙鏈和單鏈損傷修復。HRR通路中的BRCA1/2等基因突變會導致同源重組缺陷（Homologous Recombination Defect，HRD）(圖1)[1]。PARP抑制劑可抑制腫瘤細胞的DNA單鏈損傷修復，存在HRD的腫瘤細胞DNA雙鏈修復機制異常，從而產生“合成致死”效應[2]。
圖1.HRD發生原因（圖片來源Google）
DNA損傷反應(DDR)是細胞對外源性和內源性基因毒性損傷的反應，可產生DNA單鏈斷裂(SSB)和DNA雙鏈斷裂(DSB)。單鏈斷裂可透過核苷酸切除修復(NER)、鹼基切除修復(BER)或錯配修復(MMR)，雙鏈斷裂修復是透過同源重組(HR)機制。單鏈斷裂(SSB)主要由PARP參與修復；雙鏈斷裂修復主要由BRCA1/2參與的同源重組修復（HRR）及非同源末端連線（NHEJ）。導致HRD的原因是多方面的，目前已知的原因除了BRCA1/2基因發生突變外，BRCA1啟動子甲基化、HRR其他基因突變如PALB2, CDK12，RAD51, CHEK2, ATM等以及外界因素導致的BRCA基因表達下調都會導致HRD。
PARP抑制劑是第一種成功利用合成致死概念獲得批准臨床使用的抗癌藥物[3,4]。目前FDA和NMPA批准了多款PARP抑制劑，適用於攜帶有害BRCA1/2基因突變或有害或可能有害的HRR基因突變的卵巢癌，輸卵管癌，腹膜癌，乳腺癌，胰腺癌和轉移性去勢抵抗性前列腺癌（mCRPC）成人患者。
雖然目前公認的、證據最全的HRD生物標記物是胚系BRCA1/2致病突變，僅僅用BRCA1/2作為HRD的劃分標準是不足夠的，因為HRR涉及的數十個基因的異常也可能導致HRD表型。而綜合BRCA1/2和其他HRR相關基因的檢測作為PARP抑制劑療效預測標誌物的指導作用在臨床實踐中日漸凸顯。不同癌種中HRD情況會普遍存在（圖2），相比BRCA1/2， HRD檢測評估大大擴充套件了PARP抑制劑的受益人群。
圖2. HRD 在各癌種的外顯率[5]
以22個HR基因發生病理型突變為衡量標準，發表在ASCO 2017的研究統計了實體瘤HRD變異頻率。13.0%實體瘤存在HR基因變異，其中變異水平較高的包括卵巢癌14%，膀胱癌 (9.7%), 乳腺癌(8.0%), 子宮內膜癌(7.4%), 前列腺癌(7.1%), 和胰腺癌 (6.5%)。變異頻率最高的基因是PTEN(5.8%), BRCA2 (2.8%), BRCA1 (2.6%), 和ATM (1.2%) 。
HRD檢測評估
2020年NCCN指南中，推薦了所有復發或未控的患者在開始治療前進行基因檢測，檢測包括：BRCA1/2、同源重組修復缺陷（HRD）有關基因和微衛星不穩定性（MSI）相關基因[6,7]。2020年中國前列腺癌患者基因檢測專家共識，上皮性卵巢癌PARP抑制劑相關生物標誌物檢測的中國專家共識等，也將HRD作為治療相關的重要生物標誌物[8,9]。FDA和EMA也批准了一些伴隨診斷產品作為PARP抑制劑的療效評估手段（圖3）[10]。
圖3. PARPi獲益的生物標誌物評估[10]
FDA和EMA批准胚系或體系BRCA1/2變異檢測作為PARPi伴隨診斷，HRR和其它與DNA修復相關基因檢測也從探索性研究獲FDA批准伴隨診斷走到臨床實踐中。此外，轉錄組評估，基因組雜合性缺失和HRR基因的功能性探索也都作為HRD狀態評估的方式被應用於臨床研究。
HRD主要評估方法
目前HRD檢測經過臨床驗證且獲FDA批准的有兩個產品，Myriad myChoice CDx（Myriad Genetics）和FoundationFoucusTM CDx BRCA LOH（Foundation Medicine）（FDA批准用於檢測gLOH），分別檢測組織HRR基因突變及血液gBRCA1/2基因突變和gLOH。
1.HRR相關基因突變
HRR訊號通路常見的基因有BRCA1，BRCA2，ATM，BARD1，BRIP1，CDK12，CHEK1，CHEK2，FANCL，PALB2，PPP2R2A，RAD51B，RAD51C，RAD51D，RAD54L。
HRR訊號通路還有其它數個基因，但目前與PARPi的相關性還有待更多研究證據的證實。相信隨著更多研究資料的獲得和真實世界研究進展，評估哪些HRR相關基因會對治療評價更有意義將有更加確切的範圍。
2.基因組不穩定性
基因組雜合性缺失（Loss of heterozygosis, LOH）是基因組損傷的一個標誌，檢測基因組範圍內的雜合性缺失（gLOH, genomic LOH）的比例可以反映HRD狀態，進而預測對PARP抑制劑治療的敏感性。以FoundationFoucusTM CDx BRCA LOH為例，F1CDx透過3500個SNP，計算發生LOH的片段佔整個基因組的比例，BRCA1/2突變陽性和/或LOH≥16即判定為HRD陽性。
跨端粒等位基因不平衡（Telomeric-allelic imbalance, TAI）和大片段顛換（Large-scalestate transitions, LST）也是基因組不穩定性的兩個標誌，同樣能夠反映HRD狀態。基因組不穩定性狀態評分可以透過對LOH、LST、TAI的綜合打分來評價，計算三種不穩定性事件在基因組中出現的數量。Myraid HRD檢測產品即對BRCA1/2和LOH、LST、TAI打分進行綜合評價，BRCA1/2突變陽性和/或三種評價結果的打分之和≥42 即被視為HRD陽性。
3. DNA損傷修復系統通路相關基因
除HRR之外，DNA損傷修復系統（DNA Damage Response or DNA Damage Repair,DDR）通路基因有複雜的互動作用（見圖4）。DDR系統中包括幾個重要的通路：錯配修復通路（MismatchRepair，MMR），鹼基切除修復（BaseExcision Repair，BER），核苷酸剪下修復通路（Nucleotide Excision Repair，NER），同源重組修復通路（Homologous Recombination Repair，HRR），非同源末端連線通路（ Nonho-mologous End-joining，NHEJ）等，參與這些通路的許多蛋白質直接或間接影響其他的DNA修復通路。DNA修復蛋白通常的作用機制並不明確，而且在腫瘤發生時可以發生改變。
目前已知DNA錯配修復通路（Mismatch Repair，MMR）基因缺陷可以幫助預測ICB（免疫檢查點抑制劑）的臨床獲益，評估MMR蛋白的表達水平或者MMR基因缺陷也在PARPi研究中有應用。
由於不同DDR途徑之間的相互作用，不同DDR通路對HRD的貢獻權重還沒有很好地建立，不同通路或基因的共突變對HRD的貢獻也需要更多研究支援。
圖4.DNA損傷修復系統通路（圖片來源 mycancergenome.org）
目前能夠明確DDR系統中的基因功能性突變降低了基因組的穩定性，但還不清楚DDR通路對基因組穩定性的貢獻權重以及通路之間的相互作用如何影響臨床研究結果，期待更多的前瞻性研究。
HRDetectCDx Panel是邁傑轉化醫學自主研發的一款HRD評分檢測Panel，一次性檢測包括BRCA1/2在內的39個HRR基因變異。同時包含基於中國人資料庫篩選的41000+高質量單核苷酸多型性位點（Single NucleotidePolymorphisins，SNPs）,透過分析雜合性缺失（Loss of Heterozygosity，LOH）、端粒等位基因不平衡（Telomeric Allelic Imbalance，TAI）和大片段遷移（Large-scale State Transitions，LST）等，計算出基因組不穩定性評分（Genomic Instability Score，GIS），全方位篩選PARPi獲益人群。更多HRDetectCDx Panel資訊，歡迎諮詢[email protected]。
參考資料：
- BRCAness revisited.Nat Rev Cancer. 2016;16:110-120.
- Genomic scars asbiomarkers of homologous recombination deficiency and drug response in breastand ovarian cancers. Breast Cancer Res. 2014;16:211
- PARP inhibitors:Synthetic lethality in the clinic. Science. 2017 Mar 17; 355(6330):1152-1158.
- PARP Inhibitors:Extending Benefit Beyond BRCA-Mutant Cancers. Clin Cancer Res. 2019Jul 1;25(13):3759-3771.
- Prevalence of HomologousRecombination Deficiency HRD Among All Tumor Types. ASCO 2017.
- NCCN GuidelineOvarian Cancer (2020.V1).
- NCCN GuidelinesVersion 1.2020 Prostate Cancer.
- 中國抗癌協會婦科腫瘤專業委員會.中華醫學會病理學分會.上皮性卵巢癌PARP抑制劑相關生物標誌物檢測的中國專家共識. 《中國癌症雜誌》.2020.30(10):841-848.
- 中國抗癌協會泌尿男生殖系腫瘤專業委員會，中國臨床腫瘤學會前列腺癌專家委員會. 中國前列腺癌患者基因檢測專家共識（2020年版）［J］. 中國癌症雜誌, 2020,30(7): 551-560.
- PARP Inhibitors:The First Synthetic Lethal Targeted Therapy. Science. 2017 March 17; 355(6330):1152–1158.
