HRD精准诊断NGS解决方案
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2026-03-19
同源重组修复缺陷（Homologous Recombination Deficiency, HRD）是近年来肿瘤精准医疗领域最重要的生物标志物之一。作为DNA双链断裂修复的关键通路，同源重组修复（HRR）功能的丧失会导致肿瘤细胞基因组不稳定，表现为特定的"基因组瘢痕"（Genomic Scar）。这种分子特征不仅使肿瘤对铂类药物敏感，更为PARP抑制剂（PARPi）的精准应用提供了理论基础。对于高校科研人员和实验室工作者而言，建立标准化的HRD检测体系，既是参与精准医疗实践的必备技能，也是开展转化医学研究的重要切入点。
一、什么是HRD？
1.1 DNA的修复机制与HRD概念
DNA 损伤修复途径主要包括 DNA 单链损伤（DNA single-strand breaks, SSBs）修复和 DNA 双链损伤（DNA double-strand breaks，DSBs）修复。通常情况下，当 DNA 出现 SSBs 时，首先由碱基切除修复（Base excision repair, BER）、核苷酸切除修复（Nucleotide excision repair, NER）、错配修复（Mismatch repair, MMR）等过程完成修复。如果 SSBs没有及时修复，DNA在复制过程中，一部分 SSBs 会进一步形成 DSBs。此时，同源重组（Homologous recombination，HR）、非同源末端连接（Nonhomologous end-joining, NHEJ）和微同源末端连接（Microhomology-mediated end-joining, MMEJ）会进行 DSBs 修复。
同源重组缺陷（Homologous Recombination Deficiency, HRD）通常指细胞水平上的同源重组修复功能障碍状态。当HRR相关基因发生突变（BRCA1/2等）或表观遗传失活，细胞就会出现HRD。这时，DNA双链断裂会过度依赖非同源末端连接等低保真、高易错的替代修复途径，造成核酸序列的插入/缺失、拷贝数异常，最终导致基因组不稳定，留下可被检测的“基因组瘢痕”。
1.2 HRD与肿瘤的关系
恶性肿瘤中同源重组缺陷（HRD）的发生比例，与肿瘤发生部位、组织学类型以及所采用的检测手段高度相关。目前，全基因组测序（whole genome sequencing, WGS）结合特定生物信息学算法已成为检测HRD及相关基因突变的重要手段，为泛癌种中HRD的发生率分析提供了可靠的技术支撑。已有研究基于泛癌种队列开展了大样本分析，通过对3504例转移性肿瘤样本和1854例原发性肿瘤样本的WGS数据进行解读，系统探究了HRD及同源重组修复 HRR相关基因突变的发生规律。结果显示，在转移性肿瘤队列中，HRD的总体发生率为6%，且不同瘤种间存在明显差异：其中卵巢癌的HRD发生率最高，达30%；乳腺癌、前列腺癌与胰腺癌的HRD发生率较为接近，均在12%~13%之间；而在其他类型的恶性肿瘤中，HRD则较为少见，发生率显著低于上述瘤种。
与此同时，该研究还发现，HRR相关基因突变的总体频率同样为6%，其在不同瘤种中的分布特征与HRD存在一定关联性，但也呈现出自身特点。具体而言，HRR相关基因突变在卵巢癌和乳腺癌中最为常见，发生率分别为30%~50%和12%~24%；其次为胰腺癌和前列腺癌，发生率分别为7.3%~13.0%和5.3%~13.0%，其余瘤种的HRR相关基因突变发生率则相对较低[1]。
二、HRD检测的NGS技术方案：基因组瘢痕评分
目前HRD检测主要包括三种策略：因果性检测（HRR基因突变分析）、功能性检测和后果性检测（基因组瘢痕分析）。其中，基于NGS的基因组瘢痕检测因其标准化程度高、可重复性好，已成为临床主流方案。
HRD的核心评估指标是基因组不稳定性评分（genomic instability score，GIS），其由三个互补的基因组瘢痕指标线性组合而成。
图1 三个HRD生物标志物：LOH（杂合性缺失）、TAI（端粒等位基因不平衡）和LST（大规模状态转换）
LOH（Loss of Heterozygosity，杂合性缺失）：指肿瘤细胞中原本杂合的位点变为纯合状态。定义为长度大于15Mb且小于整个染色体的纯合片段数量，反映等位基因拷贝数的完全丢失。
TAI（Telomeric Allelic Imbalance，端粒等位基因不平衡）：指延伸至亚端粒但不跨越着丝粒的亚染色体等位基因不平衡区域，长度大于11Mb，两个等位基因拷贝数不等。该指标反映染色体末端的基因组不稳定性。
LST（Large-scale State Transitions，大规模状态转换）：指排除小于3Mb区域后，大于10Mb区域之间的断裂点数量。该指标反映染色体结构重排的频率。
三者组合综合计算评分，即基因组不稳定评分，能更全面反映基因组瘢痕状态。在已获批的检测中，以BRCA1/2的致病性变异状态加上GIS来评价HRD状态。
三、HRD检测的临床价值：从预后到预测
3.1 预测PARP抑制剂疗效
HRD是PARP抑制剂疗效最核心的预测生物标志物。其理论基础是“合成致死”——PARP抑制剂阻断单链断裂修复，HRD肿瘤无法通过HRR修复双链断裂，最终导致细胞死亡。在卵巢癌中，HRD阳性患者接受PARP抑制剂治疗的无进展生存期可延长12-36个月。在HRD阳性（包括BRCA突变和/或GIS-high）的患者中，奥拉帕利联合贝伐珠单抗维持治疗相比贝伐珠单抗单药显著获益[2]。
3.2 预测铂类化疗敏感性
HRD阳性肿瘤对诱发DNA交联的铂类药物高度敏感。在三阴性乳腺癌中，HRD状态与蒽环类联合铂类新辅助化疗的病理完全缓解率显著相关[3]。
3.3 预后价值
在高级别浆液性卵巢癌中，HRD阳性患者初诊时常伴有更高水平的血清CA125，但临床预后较好[1]。在早期三阴性乳腺癌中，HRD状态也与更好的生存预后相关。
四、HRD检测的关键实验要素
4.1 样本要求
样本类型一般为福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）肿瘤组织。对肿瘤细胞含量有一定要求，需保证肿瘤细胞含量>30%，同时需要配对对照组，用正常对照样本（血液或癌旁组织）以区分胚系和体细胞变异。
4.2 核酸提取
高质量的DNA提取是HRD检测成功的首要前提。FFPE样本需特别注意去除交联和降解片段，确保有足够的DNA产量进行下游建库，且要求质检纯度合格（A260/A280=1.8-2.0）。
4.3 文库构建、杂交捕获与测序
由于FFPE样本质量不一，文库构建需要较高的接头连接效率，增加建库的成功率，尽可能多的保留样本信息。HRD检测通常采用目标区域杂交捕获策略，需要注意SNP覆盖密度，保证足够的全基因组SNP位点覆盖，以支撑LOH、TAI、LST计算。通常需要较高深度（>500X）以保证SNP分型准确性。
4.4 生物信息学分析
HRD检测的核心在于算法，计算全基因组范围的CNV和LOH事件；识别TAI和LST特征，综合计算GIS值；设定阈值判定HRD阳性/阴性。
五、总结
HRD已从科研概念转化为临床实践的常规检测。它不仅是PARP抑制剂获益的核心预测标志物，也是铂类化疗敏感性的重要参考。
然而，HRD检测的复杂性不容忽视——基因组瘢痕的计算、阈值的设定、不同平台的一致性，都需要严格的质量控制和标准化流程。
翌圣生物致力于为HRD精准诊断提供NGS解决方案，从高质量FFPE DNA提取到稳定可靠的文库构建，助力每一位科研人员和临床医生，解码基因组瘢痕，开启精准获益时代。
六、参考文献
- 《同源重组修复缺陷临床检测与应用专家共识（2021版）》，2021.
- Evaluation of the 1021-HRD assay compared to established HRD testing platforms in ovarian cancer. Transl Oncol. 2026;63:102621.
- AcornHRD: an HRD algorithm highly associated with anthracycline-based neoadjuvant chemotherapy in breast cancer in China. Eur J Med Res. 2024;29:366.
翌圣生物NGS相关试剂选择指南
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类别 |
产品应用 |
货号 |
产品名称 |
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提取 |
FFPE提取 |
MolPure® Magnetic FFPE DNA Kit |
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血液DNA提取 |
MolPure® Magnetic M4P1 Blood DNA Kit |
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修复 |
FFPE修复 |
Hieff NGS® FFPE DNA Repair Reagent |
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建库 |
机械法建库 |
Hieff NGS® DNA Library Prep Kit 2.0 |
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酶切法建库 |
Hieff NGS® OnePot Pro DNA Library Prep Kit V3 |
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RNA建库 |
Hieff NGS® Ultima Dual-mode RNA Library Prep Kit（预混版） |
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Hieff NGS® Ultima Dual-mode RNA Library Prep Kit |
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杂交捕获 |
illumina文库套装 |
Hieff NGS® Hyb & Wash Kit for Illumina Illumina平台捕获杂交清洗试剂盒 |
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Hieff NGS® Human All Exon Probes |
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Hieff NGS® Cap Beads |
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MGI双端接头文库套装（注意：不能适配MGI单端接头文库） |
Hieff NGS® Hyb & Wash Kit for MGI MGI平台捕获杂交清洗试剂盒 |
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Hieff NGS® Human All Exon Probes |
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Hieff NGS® Cap Beads |
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定量 |
双链DNA（dsDNA）定量 |
1×dsDNA HSAssay Kit/dsDNA HS Assay Kit |
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ssDNA Assay Kit |
ssDNA Assay Kit |
