[发明专利]使用下一代测序的免疫-肿瘤学应用

说明书

本文提供了用于从生物样品生成免疫‑肿瘤学概况的系统和方法。该免疫‑肿瘤学概况可以包括免疫细胞的比例或百分比、免疫逃逸基因的表达和/或突变负荷。该免疫‑肿瘤学概况可允许生成用于作出预后或诊断预测的分类器。

交叉引用

本申请要求2017年7月14日提交的第62/532,921号美国临时专利申请和2018年4月16日提交的第62/658,418号美国临时专利申请的权益，这两个临时申请均通过引用整体并入本文。

背景技术

癌症是复杂的一组疾病，其涉及异常细胞生长，具有侵袭或扩散到身体其他部位的潜力。全球每年发生数百万例新的癌症病例。了解免疫和肿瘤概况可能有助于诊断和治疗。

发明内容

在一方面，本文公开了使用核糖核酸(RNA)测序数据生成免疫-肿瘤学概况的方法，其包括：(a)从获自受试者的样品获得RNA测序数据；(b)评价所述RNA测序数据的至少一个子集，以确定至少一个免疫调节基因的基因表达水平；(c)分析所述RNA测序数据的至少一个子集，以基于来自表5的多个基因计算突变负荷；(d)对所述RNA测序数据的至少一个子集应用去卷积算法，以基于来自表1A-1E的多个表达特征基因鉴定并量化所述样品中存在的一种或多种细胞类型；以及(e)基于在(b)中确定的基因表达水平、在(c)中计算的突变负荷和在(d)中量化的一种或多种细胞类型，生成免疫-肿瘤学概况。在一些情况下，所述多个表达特征基因包括来自表1A、1B、1C、1D和1E中的每一个的至少一个基因。在一些情况下，所述多个表达特征基因包括来自表2、3或4的至少10、20、30、40、50、60、70、80、90或100个基因。在一些情况下，所述免疫-肿瘤学概况包含预测的对治疗性干预的反应。在一些情况下，所述预测的反应是对治疗性干预的阳性反应或阴性反应。在一些情况下，阳性反应包括肿瘤消退、肿瘤进展减慢或肿瘤进展停止。在一些情况下，阴性反应包括肿瘤进展、对治疗性干预缺乏反应或其组合。在一些情况下，所述治疗性干预包括免疫疗法。在一些情况下，所述治疗性干预进一步包括放疗、化疗、手术或其组合。在一些情况下，所述方法进一步包括基于免疫-肿瘤学概况提供建议。在一些情况下，所述建议是开始、停止、改变或继续治疗性干预。在一些情况下，所述方法进一步包括使用所述概况为所述受试者提供治疗性干预。在一些情况下，所述治疗性干预是主动免疫疗法、被动免疫疗法或其组合。在一些情况下，所述治疗性干预是癌症疫苗、细胞因子治疗、免疫细胞治疗、抗体治疗或其组合。在一些情况下，所述抗体治疗包括引入靶向肿瘤的单克隆抗体、激活免疫细胞的抗体或其组合。在一些情况下，所述免疫-肿瘤学概况包含基于在(d)中鉴定的一种或多种癌症基因表达特征而预测的对一种或多种治疗剂的抗性水平。在一些情况下，在(c)中，所述去卷积算法向所述RNA测序数据应用去卷积矩阵，以量化所述样品中存在的一种或多种细胞类型。在一些情况下，所述去卷积矩阵包含多个免疫细胞表达特征基因。在一些情况下，所述去卷积矩阵包含多个肿瘤细胞表达特征基因。在一些情况下，所述去卷积矩阵包含多种细胞类型，每种细胞类型包含多个表达特征基因，其中每个表达特征基因的表达计数在所述多种细胞类型之间进行归一化。在一些情况下，所述去卷积算法使用线性最小二乘回归(LLSR)、二次规划(QP)、基因表达去卷积的摄动模型(PERT)、鲁棒线性回归(RLR)、具有差异分析的微阵列显微切割(MMAD)、数字分类算法(DSA)或支持向量回归来鉴定并量化所述样品中存在的一种或多种细胞类型。在一些情况下，在(c)中，在至少500个基因中计算突变负荷。在一些情况下，在(c)中，在至少1000个基因中计算突变负荷。在一些情况下，在(c)中，在至少2000个基因中计算突变负荷。在一些情况下，在(c)中，所述多个基因包括至少500个基因。在一些情况下，在(c)中，所述多个基因包括至少1000个基因。在一些情况下，在(d)中，所述多个表达特征基因包括至少100个细胞表达特征基因。在一些情况下，在(d)中，所述多个表达特征基因包括至少200个细胞表达特征基因。在一些情况下，在(d)中，所述多个表达特征基因包括在至少两种细胞类型之间具有双峰表达特征的基因，各模式之间的重叠不超过50％。在一些情况下，在(d)中，所述去卷积算法需要不超过200个细胞表达特征基因来鉴定并量化所述一种或多种细胞类型，对于100个独立样品具有至少90％的准确度。在一些情况下，在(d)中，所述一种或多种细胞类型包括至少一种白细胞细胞类型、基质细胞类型、肿瘤细胞类型或其组合。在一些情况下，在(d)中，所述一种或多种细胞类型包括至少10种白细胞类型。在一些情况下，在(d)中，所述一种或多种细胞类型包括至少20种白细胞类型。在一些情况下，在(d)中，所述一种或多种细胞类型包括至少1种肿瘤细胞类型。在一些情况下，(a)包括从所述样品中获得RNA分子，并测定所述RNA分子上的基因表达水平。在一些情况下，(a)包括从所述样品中获得RNA分子，并对所述RNA分子进行逆转录聚合酶链反应以生成互补脱氧核糖核酸(cDNA)分子，并对所述cDNA分子进行测序。在一些情况下，所述cDNA分子用独特分子标识符进行标记，并在测序前通过聚合酶链反应进行扩增。在一些情况下，(a)包括对从所述样品生成的cDNA文库进行下一代RNA测序。在一些情况下，所述至少一种免疫调节分子是CTLA-4、PD-L1、LAG-3、KIR、TIM-3、CECAM1、VISTA、TIGIT、CD73或其组合。在一些情况下，所述样品是肿瘤活检物。在一些情况下，所述样品是至少一个福尔马林固定、石蜡包埋的(FFPE)卷曲切片(curl)。在一些情况下，所述样品的RNA完整性指数(RIN)不超过6.0。在一些情况下，所述样品的RNA完整性指数(RIN)不超过2.0。在一些情况下，所述样品包含大小至少为200个核苷酸的RNA分子，这些RNA分子占所述样品中总RNA的不超过90％。在一些情况下，所述样品包含大小至少为200个核苷酸的RNA分子，这些RNA分子占所述样品中总RNA的不超过60％。在一些情况下，所述样品包含大小至少为200个核苷酸的RNA分子，这些RNA分子占所述样品中总RNA的不超过30％。在一些情况下，所述样品获自皮肤、血液、脑、膀胱、骨骼、骨髓、乳房、结肠、胃、食道、卵巢、子宫、胆囊、输卵管、睾丸、肾脏、肝脏、胰腺、肾上腺、子宫颈、子宫内膜、头或颈、肺、前列腺、胸腺、甲状腺、淋巴结或膀胱。在一些情况下，所述受试者患有癌症。在一些情况下，所述方法进一步包括以报告的形式呈现所述免疫-肿瘤学概况，所述报告具有表示在(b)中确定的基因表达水平、在(c)中计算的突变负荷以及在(d)中鉴定并量化的一种或多种细胞类型的图形元素。在一些情况下，在(b)中确定的基因表达水平与参考表达水平组合显示在所述报告中。在一些情况下，在(c)中计算的突变负荷沿着单轴显示，其范围在低突变负荷与高突变负荷之间。在一些情况下，在(d)中鉴定并量化的所述一种或多种细胞类型以饼图显示，该饼图指示所述样品中每种细胞类型的百分比。