这篇只有两个Figure的10分+SCI是靠什么取胜的？

今天和大家分享的是2020年6月发表在CLINICAL CANCER RESEARCH （IF=10.107） 上的一篇文章，作者分析了前列腺癌中BRCA1/2突变与HRD间关系，以帮助筛选出可能对PARP抑制剂或铂类药物治疗有效的病人。

标题：Detection of molecular signatures of homologous recombination deficiency in prostate cancer with or without BRCA1/2 mutations

具有或不具有 BRCA1/2突变的前列腺癌同源重组缺陷分子特征检测

一、背景介绍

• BRCA1 与 BRCA2 与DNA修复和同源重组（HR）密切相关，失活突变常导致同源重组缺陷(HRD),因而对 PARP抑制物与铂类药物敏感性提高。但HRD也可由非BRCA1 与 BRCA2的基因引起，导致相关病例容易被遗漏。
• 一种基于HRD可以导致双链DNA修复异常的算法，通过特定DNA变异与HRD导致的“DNA修复瘢痕”对HRD进行功能评估。此方法被证明同样可以做BRCA1/BRCA2 功能缺失的指示。此外近期研究表明BRCA2缺失前列腺癌样本在WGS数据中有一系列HRD相关突变特征。

二、分析流程

三、结果解读

1.WGS数据中前列腺癌中BRCA突变频率

从以下数据集（表1）中获取了240个病例的311份全基因测序（WGS）样本。在 PRAD-CA, EOPC-DE, PRAD-UK 中的种系突变与结构变异从 DCC数据库中获取，体细胞突变状态，等位基因特异性拷贝数与结构变异从之前的研究中获取。在DFCI, CPDR, Decker, TCGA WGS，WES中种系突变使用 HaplotypeCaller软件获取，体细胞点突变，插入，缺失使用Mutect2 软件获取，等位基因特异性拷贝数用Sequenza软件获取，结构变异用BRASS软件获取。

作者共获得25份BRCA1/BRCA2突变样本，2个有BRCA1种系突变，1个有体细胞BRCA1结构变异，5个有BRCA2种系突变，9个有体细胞BRCA2突变，2个有BRCA2深度缺失。种系与体细胞BRCA1/2突变可能发生在无拷贝数缺失的情况下，HR能力可能保留，作者通过分析Sequenza BRCA1/2拷贝数结果，利用InterVar软件分析突变的有害性，最终确定了15份有BRCA1或 BRCA2 功能缺陷的样本。

表1.数据来源

2.基于基因瘢痕的HRD得分

从芯片中获取数据，作者使用R包“scarHRD”计算基因瘢痕（基因组杂合性缺失:LOH; 端粒等位基因不平衡:ntAI; 大片端迁移:LST）得分，量化HRD程度。

HRD-LOH得分：大小超过15 Mb，但小于整个染色体长度的LOH区域数量

LST得分：两端相邻区域大于10 Mb，断裂长度小于3Mb的染色体断裂数量

ntAI得分：延伸到端粒末端的AI的数量

HRD得分：以上三个得分总和

1A展示了各类突变的HRD得分，+表示单个等位基因缺陷，*表示双等位基因缺陷，WGS数据中15份BRCA1/2 功能缺陷样本中9份HRD得分>42，达到同源重组缺陷标准；但有12个无BRCA1/ BRCA2突变的样本HRD得分也>42。

3.缺失与突变特征类型 -

高通量测序显示 BRCA1/BRCA2功能缺陷与一系列HRD引起的突变特征相关，包括：

1）单核苷酸变异

2）微同源片段缺失导致的小片段插入或缺失

3）大片段重排：非集群串联重复， 1-10kb片段缺失

作者使用R包“deconstructSigs”确定体细胞点突变特征，重排特征从之前研究中获取，大多BRCA缺陷前列腺癌样本以上三种HRD引起的突变更多。

HRD也有一系列突变特性，尤其在BRCA2缺陷组：较高的缺失/插入比例，10bp以上缺失片段数量的相对增加，微同源介导的缺失片段数量的增加。之前研究表明这些特征是HR缺失情况下交替进行末端连接修复双链断裂的结果，因而被视为HRD的直接证据。

作者使用突变信息计算出BRCA1/2完整或缺陷病人的相应特性的比例，1B为10bp及以上缺失片段数vs缺失/插入比例,1C为10bp及以上微同源介导的缺失片段数vs缺失/插入比例，1D为BRCA1/2完整或缺陷病人10bp以上缺失片段比列，15份BRCA1/2 缺陷样本中14份相应比例高，上述特性明显。同时有13份无BRCA1/2 突变的样本缺失/插入比例高于BRCA1/2 功能缺陷组，其中3份微同源相关特征与BRCA2缺陷组相似（1C），2份10bp以上缺失片段比例与BRCA2缺陷组相似(1D)，表明前列腺癌中存在BRCA完整的病人与BRCA缺陷病人有相同的突变特征。

4.HRDetect评分

近期研究表明综合以上多种突变生成的突变特征HRDetec可以更准确的指示HRD。由于可用的HR缺陷前列腺癌样本不足，无法建立前列腺特异性 HRDetect模型，因此，作者使用乳腺癌特征性WGS-HRDetect模型对前列腺癌WGS病例评分。1E展示了各类突变的HRDetec得分，用+表示等位基因缺陷，*表示双等位基因缺陷，结果显示在WGS样本中，15份BRCA1/2 双等位基因突变样本中有14份HRDetec得分>0.7, 满足WGS的HRD标准，1个BRCA1体细胞突变+种系突变样本HRDetec得分接近0，可能是由于体细胞突变影响了种系等位基因，使其他等位基因保持了功能完整。同时有17个BRCA1/2 野生型样本得分同样超过HRDetect得分同样超过0.7，进一步证实无BRCA1/2 突变样本也可以有HRD。

图1.全基因组测序HRD预测因子汇总

5.WES数据中HRD相关生物标志物

与WGS相比，WES包含的序列信息少，单核苷酸突变（SNV）在WGS中为3824 SNVs/sample，在WES中为64 SNVs/sample；缺失片段数量在在WGS中为256/sample，在WES中为4/sample，但因为一些数据集可能无WGS数据，所以作者仍希望可以在其中找到HRD指示标志，于是作者使用了TCGA中498个WES数据进行了HRD评分与HRDetect评分，评估两个HRD标志的作用。

2A展示了WES数据中各类突变的HRD得分，因为使用WES数据无法检测出BRCA结构重组样本，因而BRCA1/2突变比率下降，498个样本中找到了4个BRCA2缺陷，1个BRCA1缺陷样本, 其中只有一个HRD得分>42。此外作者找到了4个BRCA1深度缺失，7个BRCA2深度缺失样本，其中只有3个HRD得分>42，大多BRCA1/2缺陷或深度缺失样本得分<42，说明WES-HRD评分对HRD的鉴定准确度低。因为部分数据同时有WES与WGS两组数据，所以接下来作者对两类数据的HRD相关特征进行了比较分析，其中基因修复瘢痕在两组间呈强线性关系，r = 0.79 +/- 0.14，但大多是由LST导致rLST = 0.92 +/- 0.09，HRD-LOH与 TAI的关联都较弱rHRD-LOH = 0.22 +/- 0.23 and rTAI = 0.24 +/- 0.23 ，SNV和微同源介导的缺失片段比例在两组间的关系同样较弱，r = 0.21 +/- 0.23与r = 0.23 +/- 0.23。然后，作者使用560个人工WES数据训练出的模型进行了WES-HRDetect评分，2B示了各类突变的HRDetect得分，全部5个BRCA1/2缺陷样本，3个BRCA2深度缺失样本的HRDetect得分均大于0.7,证明HRDetect得分比HRD得分有更高的HRD检测准确率。但同时有78个BRCA1/2野生型样本HRDetect得分同样大于0.7。

图2.全外显子测序HRD预测因子汇总

6.其它HR相关基因突变分析

作者假定BRCA 1/2 的高HRDetect 评分可以用其它HR相关基因(RAD51C, XRCC2, XRCC3, PALB2, RAD54)变异解释。在WGS数据中，无HRDetect评分高于0.7的样本有其他HR相关等位基因变异；在WES数据中，55个HRDetect评分高于0.7的样本，7个有BRCA 1/2 双等位基因突变，3个有PALB2, RAD51, RAD54B双等位基因突变。

7.HRD的瘤内异质性

10个病人有多组肿瘤样本序列，8个病人所有样本HRDetect评分均低于0.3；1个病人的不同样本评分不同，但都低于0.7；1个无 BRCA1/2 等位基因缺陷的病人，6个样本中5个满足HRD条件。

8.HRD的发展

10个病人有多个转移组织序列，2个病人原发灶和转移灶HRDetect评分均大于0.9，有HRD指征；6个病人原发灶和转移灶HRDetect评分均较低，变化轻微；2个病人HRD存在异质性，原发灶无但转移灶有HRD。

小结

在乳腺癌与卵巢癌中，通过使用HRD相关的突变特征进行HRD鉴定有效解决了使用部分基因突变进行鉴定导致的PARP抑制剂或铂类药物适用病人判断不准确的问题，所以作者希望将同样的方法用于前列腺癌。首先作者通过HRD得分，突变特征，HRDetect得分确认了BRCA1/2突变与HRD在前列腺癌中相关联，已知的BRCA突变样本有HRD相关突变特征。然后作者发现一部分无BRCA1/2突变的样本同样检测出了HRD相关突变特征，此发现帮助扩展了可能适合使用PARP抑制剂或铂类药物治疗的病人范围，但仍需要通过临床试验进行进一步的验证。