基於突變特徵的BRCA1/2缺陷預測模型-HRDetect
大約1-5%的乳腺癌歸因於BRCA1或BRCA2的遺傳突變，並選擇性敏感於（ADP-核糖）聚合酶（PARP）抑製劑；在其它類型的癌症中，BRCA1/2的種系和/或體細胞突變也對PARP抑製劑具有選擇性敏感。這也使BRCA1/2種系突變成為了最早了解到與同源重組缺陷相關的變異，事實上，同源重組（HR）通路是涉及多種蛋白相互作用的複雜過程，隨著基因檢測技術的發展已經鑒定多個相關基因，臨床上多基因panel檢測除包括中高外顯基因PALB2、ATM和CHEK2、BARD1、RAD51D，還涉及一些尚未明確增加乳腺癌風險的HR相關基因如NBN、MRE11A、RAD50、RAD51C。除驅動基因的種系突變外，基於全基因組的變異分析還發現多種變異類型，如鹼基替換、小片段插入/缺失的體細胞突變，其中BRCA1/2體細胞突變導致的乳腺癌占所有散發性腫瘤的2.5%，研究表明體細胞變異導致的HRD也表現出PAPR抑製劑的治療敏感性，臨床上使用77個基因的BRCAness表達特徵和PARPi相關的7個突變特徵進行患者HRD評估。
BRCA1啟動子甲基化（PM）是BRCA1特有的影響HRD的表觀遺傳變異形式，除三陰性乳腺癌外，幾乎所有的乳腺癌亞型都存在BRCA1的PM變異形式。此外，CNA和CNV是基於體細胞和胚系環境下的拷貝數異常，兩者都與癌症發生密切相關，相對於整個染色體數量變異而言，CAN/CNV只涉及長度大於1kb的DNA片段的拷貝數變化，雖然目前尚未完全清楚CNAs的腫瘤發生機制，但是一些CNAs（如Myc、HER2、CyclinD1）已經被證明是癌症發生的驅動事件。最後，大片段重排包括倒置、易位和同源重組在內的導致DNA位置和方向改變的變異也是癌症發生的重要原因，BRCA種系突變的腫瘤細胞中最主要的突變特徵就是大片段缺失或重排，臨床上常採用端粒等位基因失衡（TAI）、大片段轉移（LST）和雜合性功能缺失作為大片段重排的主要檢測方法，下圖通過全基因組分析描繪了BRCA1/2突變與散發性腫瘤患者之間的差異。
為了更好的協助臨床醫生評估患者是否能夠受益於PAPRi，研究人員綜合分析HRD突變特徵，利用套索邏輯回歸模型形成BRCA1/2變異缺陷的HRD評估模型-HRDetect。研究首先選擇22名已知BRCA1/2（其中BRCA1為5人，BRCA2為19人）種系突變的乳腺癌患者及235名散發性乳腺癌患者作為第一研究隊列，分析兩個隊列的變異類型，選擇5個突變特徵作為評估BRCA1/2缺陷型腫瘤和散發性乳腺癌的基因組參數並確定其權重。使用560名乳腺癌患者的低覆蓋率全外顯子測序數據作為驗證隊列，結果表明HRDetect評分曲線依據BRCA1/2缺陷可能性呈顯著的S型分布，不僅識別出已知的22名BRCA陽性患者，還在剩餘538個腫瘤樣本中識別出90個BRCA缺陷（區分BRCA缺陷與否的閾值設定為0.7）的患者，預測BRCA高水平缺陷型的比例高達20%。進一步分析驗證隊列中額外的BRCA突變（包括種系和體細胞突變），發現33名患者本身攜帶BRCA1/2種系突變，並在體細胞水平發生等位基因的二次突變。但是由於研究隊列中人員數量限制，模型的敏感性和準確性有一定的欠缺。22名BRCA1/2體細胞突變（n=8）和啟動子超甲基化（n=14）且第二等位基因失活的個體，雖然模型確定其BRCA1/2缺陷概率超過0.7但未顯示雙等位基因失活；此外6個BRCA1功能缺失個體也出現了漏測。為增加模型準確性開展第二階段研究，將BRCA變異數量擴增為77人，包括22名BRCA種系突變患者、33名新發現BRCA變異並再次增加22名體細胞變異個體。擴大研究後新增一個突變特徵且每個特徵的權重發生變化：微同源缺失（2.398）、鹼基替換3（1.611）、重排特徵3(1.153)、重排特徵5（0.847）、HRD參數（0.667）和鹼基替換特徵8（0.091）（下圖）。
在560名乳腺癌患者中再次進行HRDetect性能驗證，在0.7閾值下能夠明確區分HRD缺陷型個體，並根據不同HRDetect評分實現對不同突變類型分層，包括種系突變/體細胞突變，雙等位基因突變/單個等位基因變異及啟動子甲基化（下圖）。
模型顯示出良好的操作性能,操作接收曲線的曲線下面積（AUC）達到0.98。對6個突變特徵的綜合分析相對於單獨HRD得分或其他突變特徵的預測方法具有明顯的性能優勢。使用80個ER陽性和HER2陰性的乳腺癌患者的WGS數據再次進行驗證，HRDetect成功鑒定一個BRCA1種系突變和5個BRCA2突變（4個種系和1個體細胞突變）並伴有野生型等位基因缺失的個體；一個攜帶剪接位點變異和兩個發生單等位基因變異的個體都被正確的評估為低HRDetect評分，整體而言HRDetect在該驗證隊列的敏感度高達86%。對不同測序深度的WGS數據進行分析，和預期一致，與高覆蓋率相比鹼基置換、插入和重排數值都相對較低，但是仍然能夠檢測到；拷貝數分析影響不大仍保持良好的一致性。因此儘管不同測序深度下個體體細胞突變的敏感性降低，但突變特徵的檢測率仍然相對準確。擴大癌症評估類型，選擇乳腺癌（560個低覆蓋率全外顯子測序）、胰腺癌（96個WGS）、卵巢癌（73個WGS）作為檢測對象，共識別出46名（63%）的卵巢癌BRCA1/2缺陷型患者、11.5%的前列腺癌患者，並鑒定出額外的HR缺陷成員。整體而言在所有癌症類型中HRDetece都表現出出色的敏感性，但是HRDetect評分分布存在一定的差異，需要使用更多的樣本測試以求進一步優化（下圖）。
在臨床上通常選擇FFPE方法存儲腫瘤材料，為進一步確定HRDetect的臨床可操作性我們對FFPE樣本中提取的核酸測序結果進行評估，BRCA1/2缺陷預測率高達0.94。早期活檢樣本的預測結果也顯示良好的性能，在使用蒽環類藥物±紫杉醇治療的9名患者中提取18個DNA樣本（14個穿刺活檢樣本和4個術後腫塊標本）中，其中4名患者表現出完全的治療相應並預測出高HRDetect評分-其中兩名患者確認為BRCA1種系突變攜帶者，另兩個是散發性腫瘤，而在表現出殘餘病狀的5名患者中HRDetect預測為低評分。此外HRDetect模型在同一患者的活檢和術後標本中表現一致，儘管樣本量小，但這些分析還是能說明HRDetect對於活檢樣本的潛在的預測功能（下圖）。
基於突變特徵的風險評估模型能夠很好的評估BRCA1/2缺陷可能性，進而評估PARPi的臨床適用性，這為臨床醫生和患者帶來便利。
參考文獻：
[1] Davies H et al. HRDetect is a predictorof BRCA1 and BRCA2 deficiency based on mutational signatures.Nat Med.2017;23(4):517-525.
[2] Wendie D et al. HomologousRecombination Deficiency in Breast Cancer:A Clinical Review.JCO.2017.
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