Não, você não pode fazer isso. A caixa de correio deve residir em um ou outro em um ambiente híbrido.
O que você está perguntando é mais como tentar usar o Office 365 como uma espécie de membro do DAG com seu servidor Exchange local, que o Office 365 não oferece.
Você pode procurar hospedar uma VM com um provedor que permita criar uma VM do Exchange para fazer parte da sua organização do Exchange e fazer parte de um DAG com seu servidor local se você não tiver uma conta separada. escritório já que você poderia colocar outro servidor Exchange em.