一种检测肿瘤异质性程度的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种检测肿瘤异质性程度的方法及系统，该方法包括：获取肿瘤组织样本和对照样本的测序数据，进行体细胞变异检测，获得体细胞变异位点；将体细胞变异位点按簇进行聚类；根据聚类结果，判断主克隆突变簇和亚克隆突变簇；计算肿瘤组织样本中亚克隆突变簇中的体细胞变异数量占所有体细胞变异数量的比值，该比值即为肿瘤异质性数值。本发明专利技术充分利用样本各突变位点检测的突变频率，估算出对应肿瘤克隆的细胞占比，从而推算出肿瘤异质性程度的具体数值，为后续预测免疫治疗疗效提供了一个数值上可以参考的依据。

【技术实现步骤摘要】
一种检测肿瘤异质性程度的方法及系统
本专利技术涉及生物信息学
，特别涉及一种检测肿瘤异质性程度的方法及系统。
技术介绍
癌症是全球最主要的非传染性疾病之一，也是死亡率很高的一种病种，在我国，每年有接近430万人被诊断为癌症，有超过280万人死于癌症。抗肿瘤靶向药物和免疫检查点抑制剂是目前治疗癌症较为有效的手段，目前比较公认的免疫检查点抑制剂anti-PD-(L)1疗效评估潜在指标如TMB(肿瘤突变负荷)、MSI(微卫星不稳定)等都不能完全将免疫检查点抑制剂获益的患者有效筛选出来。最近有研究提出ITH(肿瘤异质性)有可能作为新的免疫检查点抑制剂PD-1疗效评估潜在指标。ITH是指肿瘤在生长过程中，经过多次分裂增殖，其子细胞呈现出分子生物学或基因方面的改变，从而使肿瘤的生长速度、侵袭能力、对药物的敏感性、预后等各方面产生差异。它是恶性肿瘤的特征之一。一般临床上建议这些免疫检查点抑制剂药物在用于肿瘤治疗前进行基因检测以确定是否适合用药，以及用何种药物。目前该领域内并未有权威的量化和计算ITH方法，这些方法计算出来的ITH指标不能或者只能在少量数据集中验证出能够评估免疫检查点抑制剂anti-PD-(L)1的疗效。例如，申请公布号为CN106676178A的中国专利公开了一种评估肿瘤异质性的方法及装置，其方法包括：1)对患者的cfDNA进行测序(优选高通量测序)，获得测序信息；2)利用测序信息确定ctDNA变异，根据测序信息和确定的ctDNA变异，计算变异等位频率，确定变异所在区域的实际总拷贝数，计算ctDNA占cfDNA的比例；3)根据步骤2)中确定的比例以及ctDNA变异的测序信息和拷贝数信息对ctDNA变异进行聚类，聚类得到的每一个簇确定为一个分子克隆，得到聚类的克隆层级；4)根据患者的克隆层级对其肿瘤异质性进行评估，患者的克隆层级越多，其肿瘤异质性越高。其主要缺陷在于，ctDNA在血液中的含量较低,约占整个cfDNA的1％甚至0.01％([1]DiehlF,SchmidtK,ChotiMA,etal.CirculatingmutantDNAtoassesstumordynamics[J].Naturemedicine,2008,14(9):985.[2]DiehlF,LiM,DressmanD,etal.Detectionandquantificationofmutationsintheplasmaofpatientswithcolorectaltumors[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2005,102(45):16368-16373.),检测难度较大，测序成本较高；其次，该专利技术需要使用PyClone软件对ctDNA变异进行聚类，因为ctDNA的含量低，导致每个ctDNA变异所在区域的实际总拷贝数检测的准确性降低(在1％ctDNA含量中需要100个拷贝数以上的突变才能够被全基因组测序检测出，而且探针捕获测序无法检测)(MolpariaB,NichaniE,TorkamaniA.Assessmentofcirculatingcopynumbervariantdetectionforcancerscreening[J].PloSone,2017,12(7).)。此外，在其实施例中，每个患者检测出的ctDNA突变数量较少，为2-8个不等，与实际应用的情况相符(AbboshC,BirkbakNJ,WilsonGA,etal.PhylogeneticctDNAanalysisdepictsearly-stagelungcancerevolution[J].Nature,2017,545(7655):446-451.)，当突变数量较少时，PyClone软件计算的聚类克隆层级数量受突变数量的影响较大，ctDNA突变数量多的患者对应的聚类克隆层级数更多，因此通过该方法计算出的克隆层级有可能更多地是反映患者的ctDNA突变数量而不是肿瘤异质性，并且ctDNA突变的数量也是与患者的生存期存在显著相关性(OcanaA,Díez-GonzálezL,García-OlmoDC,etal.CirculatingDNAandsurvivalinsolidtumors[J].CancerEpidemiologyandPreventionBiomarkers,2016,25(2):399-406.)。因此，现有技术无法对肿瘤异质性程度进行检测。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是免疫检查点抑制剂anti-PD-(L)1疗效评估缺乏足够的潜在指标问题，以及如何使ITH指标能够在更大规模更大范围内对免疫检查点抑制剂PD-1的疗效进行评估。根据第一方面，一种实施例中提供一种检测肿瘤异质性程度的方法，包括以下步骤：获取来自于每一受试者的同一肿瘤组织样本和对照样本的测序数据，对所述肿瘤组织样本和对照样本进行体细胞变异检测，获得体细胞变异位点；将所述体细胞变异位点按簇进行聚类；根据聚类结果，如果肿瘤细胞簇比例最高的簇包含两个或两个以上变异的异常结果，则将肿瘤细胞簇比例最高的簇判断为主克隆突变簇，剩余的突变簇判断为亚克隆突变簇；如果肿瘤细胞簇比例最高的簇仅包含一个变异的异常结果，则将肿瘤细胞簇比例最高和次高的突变簇同时判断为主克隆突变簇，剩余的突变簇判断为亚克隆突变簇；计算所述肿瘤组织样本中亚克隆突变簇中的体细胞变异数量占所有体细胞变异数量的比值，该比值即为肿瘤异质性数值。本领域技术人员可以理解，体细胞变异也可称为体细胞突变，变异位点也可称为突变位点。本领域技术人员可以理解，同一肿瘤组织样本和对照样本是指来源于同一受试者的肿瘤组织样本和对照样本。在一些实施方案中，根据所述体细胞变异位点，计算变异等位测序深度、变异等位频率、变异位点拷贝数、肿瘤纯度值，根据所述体细胞变异位点以及变异等位测序深度、变异等位频率、变异位点拷贝数、肿瘤纯度值进行聚类分析，将所述体细胞变异位点按簇进行聚类。在一些实施方案中，所述变异等位测序深度Vi是指测序数据中在相应位点发生体细胞变异的变异序列的条数；所述变异等位频率Ri是指参考等位测序深度，即测序数据中在相应位点未发生所述体细胞变异的正常序列的条数；所述肿瘤纯度值是指肿瘤细胞数量在所述肿瘤组织样本细胞总数中的占比Pur，取值范围为(0，1]，所述肿瘤细胞是指发生体细胞变异的所有细胞的总和；所述变异位点拷贝数的计算过程如下：根据体细胞变异位点vari所在区域的拷贝数变异CNVi，计算所述体细胞变异位点vari所在区域的参考拷贝数NCNi和实际总拷贝数NCNi,其中：并获得体细胞变异位点vari所在的两条染色体上等位特异的拷贝数变异CNVi，major、CNVi，minor，其中CNVi，major≥CNVi，minor，从而计算出实际的等位特异的拷贝数CNi，major、CNi，minor：...

【技术保护点】
1.检测肿瘤异质性程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取来自于每一受试者的同一肿瘤组织样本和对照样本的测序数据，对所述肿瘤组织样本和对照样本进行体细胞变异检测，获得体细胞变异位点；/n将所述体细胞变异位点按簇进行聚类；/n根据聚类结果，如果肿瘤细胞簇比例最高的簇包含两个或两个以上变异的异常结果，则将肿瘤细胞簇比例最高的簇判断为主克隆突变簇，剩余的突变簇判断为亚克隆突变簇；如果肿瘤细胞簇比例最高的簇仅包含一个变异的异常结果，则将肿瘤细胞簇比例最高和次高的突变簇同时判断为主克隆突变簇，剩余的突变簇判断为亚克隆突变簇；/n计算所述肿瘤组织样本中亚克隆突变簇中的体细胞变异数量占所有体细胞变异数量的比值，该比值即为肿瘤异质性数值。/n

【技术特征摘要】
1.检测肿瘤异质性程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取来自于每一受试者的同一肿瘤组织样本和对照样本的测序数据，对所述肿瘤组织样本和对照样本进行体细胞变异检测，获得体细胞变异位点；
将所述体细胞变异位点按簇进行聚类；
根据聚类结果，如果肿瘤细胞簇比例最高的簇包含两个或两个以上变异的异常结果，则将肿瘤细胞簇比例最高的簇判断为主克隆突变簇，剩余的突变簇判断为亚克隆突变簇；如果肿瘤细胞簇比例最高的簇仅包含一个变异的异常结果，则将肿瘤细胞簇比例最高和次高的突变簇同时判断为主克隆突变簇，剩余的突变簇判断为亚克隆突变簇；
计算所述肿瘤组织样本中亚克隆突变簇中的体细胞变异数量占所有体细胞变异数量的比值，该比值即为肿瘤异质性数值。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述体细胞变异位点，计算变异等位测序深度、变异等位频率、变异位点拷贝数、肿瘤纯度值，根据所述体细胞变异位点以及变异等位测序深度、变异等位频率、变异位点拷贝数、肿瘤纯度值进行聚类分析，将所述体细胞变异位点按簇进行聚类。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变异等位测序深度Vi是指测序数据中在相应位点发生体细胞变异的变异序列的条数；
所述变异等位频率Ri是指参考等位测序深度，即测序数据中在相应位点未发生体细胞变异的正常序列的条数；
所述肿瘤纯度值是指肿瘤细胞数量在所述肿瘤组织样本细胞总数中的占比Pur，取值范围为(0，1]，所述肿瘤细胞是指发生体细胞变异的所有细胞的总和；
所述变异位点拷贝数的计算过程如下：根据体细胞变异位点vari所在区域的拷贝数变异CNVi，计算所述体细胞变异位点vari所在区域的参考拷贝数NCNi和实际总拷贝数TCNi，其中：






并获得体细胞变异位点vari所在的两条染色体上等位特异的拷贝数变异CNVi，major、CNVi，minor，其中CNVi，major≥CNVi，minor，
从而计算出实际的等位特异的拷贝数CNi，major、CNi，minor：








4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，聚类分析时，对于任一类型的体细胞变异，将所述受试者的肿瘤组织样本中的细胞被分为三类：正常细胞N、不携带所述体细胞变异的肿瘤细胞Twt和携带所述体细胞变异的肿瘤细胞Tmuut，携带所述体细胞变异的肿瘤细胞Tmut占所有肿瘤细胞(Tmut+Twt)的比例称为该体细胞变异的肿瘤细胞比例，如果两个或以上体细胞变异的变异肿瘤细胞比例满足在同一个分布模型中，则对所述同一个分布模型中的变异赋予相同的簇标签，聚类成一簇，称为一个克隆；
每个受试者的每个簇标签Cj(j＝1，…，c)，都有与之对应的肿瘤细胞簇比例
如果所述肿瘤细胞簇比例最高的簇包含两个或两个以上变异的异常结果，则将所述肿瘤细胞簇比例最高...

【专利技术属性】
技术研发人员：金皓玄，方文峰，陈龙昀，苏小凡，廖裕威，
申请(专利权)人：深圳裕策生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44