生信从湿到干 · 交互式动画教程
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第 1 章湿实验与测序

样本:肿瘤与配对正常

WES 要找的是肿瘤细胞在生命过程中获得的突变,可每个人生来就带着上万个与参考基因组不同的位点。所以肿瘤样本要配一份同一患者的正常样本:两边都有的是胚系变异,只有肿瘤有的才是体细胞突变。送进实验室的那块组织有多纯、怎样保存,会写进后面的每一个数字。

配对设计:肿瘤里有、正常里没有

一块肿瘤组织从来不只含肿瘤细胞,间质、血管和浸润的免疫细胞都混在里面。肿瘤细胞所占的比例叫肿瘤纯度。配对的正常样本在实体瘤中通常取外周血,它只携带胚系变异。两相比较,肿瘤中有、正常中没有的变异,才是体细胞突变的候选。

血液肿瘤是例外:血里本身就有肿瘤细胞,不能当正常对照。本教程使用的 TCGA-LAML 改用皮肤活检作为正常样本(Ley 等,NEJM 2013)。

纯度为什么重要?设想一个突变存在于全部肿瘤细胞,只在两条同源染色体中的一条上,且该区域没有拷贝数改变。纯度 100% 时,一半的 DNA 拷贝带有突变,VAF 约 50%;纯度 40% 时,只有 40% 的细胞贡献突变拷贝,VAF 约 20%。也就是说,期望 VAF ≈ 纯度 / 2。拷贝数改变和倍性会打破这个关系,第 12 章再细讲。

FFPE:固定剂留下的假突变

临床样本大多是福尔马林固定、石蜡包埋(FFPE)的。福尔马林让 DNA 交联和断裂,DNA 完整性随之下降;它还会让胞嘧啶脱去氨基变成尿嘧啶。尿嘧啶在 PCR 中被当作 T 复制,于是测序看到了一个并不存在的 C>T(在互补链上记为 G>A)。

这种损伤随机发生在原始 DNA 的某一条链上,因此有两个特征。第一,VAF 很低,因为同一位点只有少数分子受了损。第二,它几乎只出现在某一种配对方向的 reads 中,这就是读段方向偏好。真实突变在原始分子的两条链上都有,两种方向的 reads 都会出现。

常见误区

  • 把 tumor-only 的结果当作体细胞突变。 没有配对正常样本时,只能靠人群频率库和 panel of normals 排除胚系变异,罕见的胚系变异会大量混进结果。
  • 正常样本里混进了肿瘤细胞。 癌旁组织可能已有肿瘤细胞或癌前克隆,血液肿瘤用血作对照更是如此。真实突变在正常样本里也被看到时,会被当成胚系变异过滤掉。
  • 只凭 VAF 阈值判断真假。 低 VAF 可能是 FFPE 假象,也可能是低纯度样本或亚克隆中的真实突变,要结合方向偏好和突变谱一起判断。