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转录组分析中的免疫浸润的评估方法

2020-04-24  本文已影响0人  Bio_Learner

注:本文仅讨论转录组数据中的免疫浸润评估。
关于免疫浸润的计算,其实有不少综述进行过总结。笔者看到过2篇发表于2018年的相关综述(虽然现在都2020年了),大致看了下(也没仔细看),先记录于此。笔者暂时不深入研究各个方法的原理,因此本文只算是概述。
先贴一下这两篇综述:
Computational deconvolution of transcriptomics data from mixed cell populations
Quantifying tumor-infiltrating immune cells from transcriptomics data

概述

一般而言,可以使用解卷积(deconvolution)的方法评估免疫浸润。


图1

T = matrix containing the observed (measured) expression values from heterogeneous (tissue/tumor) samples (M genes, N samples);
C = matrix consisting of cell type- specific average expression values (M genes, K cell types);
P = matrix containing the mixing proportions (=relative composition) (K cell types, N samples)
图1的解释可参考原论文或这篇博客:对混合细胞类型的转录组数据去卷积 (综述)

在解卷积方法的基础上,又有不少人提出近似计算方法,如基于细胞标志计算方法,这些方法被称为“广义的解卷积”。

大致上,计算免疫浸润的方法分为3大类:
第一类:基于细胞标志分子的方法,核心思路基于ssGSEA。
第三类:完全解卷积的方法,纯数学建模拟合。
第二类:部分解卷积的方法,上述两种思路的结合。

到2018年之前,主要的方法可总结如下表(摘自上述论文):


图2

其中用得最多的主要是这5个:
CIBERSORT (Newman et al., 2015):耳熟能详的工具了,最近开始支持absolute模式了。输入数据一般为normalization形式的(包括芯片数据)。
TIMER (Li et al., 2016):几乎只支持web工具,虽然github上有R包https://github.com/hanfeisun/TIMER,但是似乎没有维护。具体请参考:TIMER官网/肿瘤免疫火得飞起,TIMER数据库真心好用TIMER:对浸润性肿瘤免疫细胞进行全面分析的WEB SERVER

ESTIMATE (Yoshihara et al., 2013):早期研究用这个评估免疫浸润。目前也是支持RNA-Seq数据的。
xCell (Aran D et al., 2017):基于ssGSEA,支持的细胞种类多。输入数据需要normalization形式(normalizing to gene length (RPKM/FPKM/TPM/RSEM) is required)。
MCP-counter (Becht E et al., 2016):论文说MCPcounter是一个绝对计数方法。注意输入数据需要normalization形式(包括芯片数据)。
可以看到,2015-2017年之间,免疫浸润的研究是非常热的。有一个包集成了各种免疫评估的方法:github_immunedeconvimmunedeconv文档,这个包主要集成了6种方法:CIBERSORT, TIMER, xCell, MCPcounter, EPIC, quanTIseq。

关于上述提到的第一篇综述,可以参考某个博客,其对综述进行了大致翻译:对混合细胞类型的转录组数据去卷积 (综述),可以仔细读一读。

ssGSEA类方法

关于ssGSEA类方法(以xCell为代表),一方面可以自己选择更好的基因集,比如有文章就选择Bindea研究提供的基因集(2013年一篇Immunity),构建免疫细胞打分。示例:Oncolmmunology上一篇文章,使用GSVA包的ssGSEA法,基于Bindea的研究工作,进行富集分析,得到24个免疫细胞的情况。

Identification of genetic determinants of breast cancer immune phenotypes by integrative genome-scale analysis

图2

只要有不错的基因集,ssGSEA都可以构建相应的打分。

部分解卷积类方法

关于部分解卷积类方法,CIBERSORT和刘小乐大神实验室的TIMER是优秀的典范,有时间可以研究下。
此外,EPIC方法似乎也有一部分人在使用(笔者装了这个包没怎么用过hhh)。还有个2019年发表的quanTIseq是一个bash脚本,还没尝试过。这两个方法在上述表1中都有提到,并且可以使用immunedeconv这个集成包试一试。
2019年还发表了一个叫ABIS的方法,用于建模解卷积,计算细胞的absolute值,可以参考:RNA-Seq Signatures Normalized by mRNA Abundance Allow Absolute Deconvolution of Human Immune Cell Types学习一个R包——免疫浸润ABIS

完全解卷积类方法

另外就是完全解卷积类方法了,大致分为4类计算方法:基于线性回归、基于SVM、基于PCA、基于NMF;此外,也有基于贝叶斯的计算方法。除了上述表中提到的,还有人推荐DeMixT(Zeya Wang et al., 2018. 论文:Transcriptome Deconvolution of Heterogeneous Tumor Samples with Immune Infiltration

其他方法:ISOpureR (Catalina V Anghel et al., 2015)

其他数据类型评估免疫浸润

根据甲基化数据的:EpiDISH (Teschendorff et al., 2017)、MeDeCom (Lutsik et al., 2017)等。
根据DNA-Seq数据的:ABSOLUTE (Carter et al., 2012)、CloneCNA (Yu et al., 2016)等。

肿瘤免疫的其他内容

免疫调节基因的分析:好像有六七十个基因受到较多认可。

免疫分型分析:有好几种分型方法(如:荒漠型、枯竭型、激活型等等)。

免疫细胞表面CD分子表达分析

Cytolytic index分析:如 Immune Cytolytic Activity Stratifies Molecular Subsets of Human Pancreatic Cancer

其他相关参考资料

使用xcell根据表达谱推断样本组成细胞的类型
3到11分文章解读(肿瘤免疫浸润挖掘方向)
MCPcounter实战点点滴滴
纯R代码实现ssGSEA算法评估肿瘤免疫浸润程度

 

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