[發明專利]基于血液循環腫瘤DNA的單核苷酸變異檢測方法、裝置和存儲介質

有效

• 申請號: 201910255969.6
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN110010197B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 倪帥;李淼;陳龍昀;張艷鵬;但旭;陳超
• 申請（專利權）人: 深圳裕策生物科技有限公司
• 主分類號: G16B20/50
• 分類號: G16B20/50
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 孫銀行;彭家恩

一種基于血液循環腫瘤DNA的單核苷酸變異檢測方法、裝置和存儲介質，該方法包括：獲取測試樣本的血液循環腫瘤DNA各位點的突變數據，該突變數據包括位點突變頻率；獲取訓練樣本的每個位點背景突變頻率的置信范圍，該置信范圍是通過對每一例訓練樣本中的所有三堿基突變頻率和位點突變頻率進行學習建模，并使用原地更新的列表對模型進行訓練而得到；對測試樣本的各位點的位點突變頻率和模型中每個位點的背景突變頻率的置信范圍進行比較，輸出測試樣本的位點突變頻率未在置信范圍內的單核苷酸變異作為檢測結果。本發明在大幅優化計算資源需求和檢測速度的同時，提升了檢測ctDNA單核苷酸突變的敏感性和準確性，滿足腫瘤臨床檢測ctDNA單核苷酸突變可靠性需求。

技術領域

本發明涉及腫瘤檢測技術領域，具體涉及一種基于血液循環腫瘤DNA的單核苷酸變異檢測方法、裝置和存儲介質。

背景技術

循環腫瘤DNA(ctDNA)是指癌細胞死亡時被釋放到患者血液中的腫瘤DNA。對ctDNA的分析有助于確定腫瘤的突變類型，同時監測腫瘤的生長。腫瘤來源的DNA可能攜帶與正常DNA不同的突變，從而被區分開來。然而，有時ctDNA在血液DNA中的含量極少，準確檢測出突變DNA，對現有的數據分析方法提出了挑戰。

近年來，DNA測序技術飛速發展。以Illumina邊合成邊測序技術(SBS)為代表的二代測序技術，由于價格較低、準確度較高而成為癌癥基因組測序方法的首選。二代測序技術可以同時對基因組中多個區域進行測序，從而在基因層面準確地確定腫瘤的突變類型。可是，由于二代測序過程中的一些步驟如PCR擴增和熒光識別有一定的錯誤率，這給測序結果帶來了一定的非生物來源的變異噪音。為了使癌癥患者有機會獲得更加精準的治療，從背景突變噪音中分辨腫瘤來源的突變DNA顯得至關重要。

ctDNA在血液DNA中的含量從0.01％到50％不等。在ctDNA含量極低時，ctDNA中攜帶的突變容易被測序結果的變異噪音所干擾。Aaron M Newman等人發現，二代測序的PCR擴增過程總會引起特定的堿基變異，變異集中表現為鳥嘌呤(G)到胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)到胸腺嘧啶(T)的替換?；诖税l現，Aaron等人第一次提出了通過學習已知背景變異信息而降低背景突變噪音的模型iDES(integrated digital error suppression)，這是ctDNA測序應用中第一個通過學習正常樣本的變異信息來獲得背景突變特征的模型。經過iDES的校正，樣本中不帶突變噪音的位點的比例從90％提高到了98％，很大程度上提高了樣本變異檢測的靈敏度。

iDES有效地降低了背景變異中的噪音，而Shibing Deng等人對模型進行了更精細的優化，提出了基于學習已知背景變異信息中的連續三堿基的變異率來降低背景突變噪音的模型TNER(Tri-Nucleotide Error Reducer)。他們將單堿基突變擴展為該突變與前后各一個堿基的組合(Tri-nucleotide)，將6種變異類型擴展為96種，發現上述連續三堿基組合的突變頻率在某個單堿基突變中的出現頻率也并不相同。同時，Shibing Deng等人用二項分布和貝葉斯方法替代了iDES中基于高斯分布對變異次數的描述，使模型更加符合真實數據的表現。

在14組測試數據中，相比于iDES，TNER將背景中不帶突變噪音的位點的比例從平均98％提高到了99％，并且將錯誤率從平均0.03降低到0.02。然而，TNER只適用于少量數據的訓練，并沒有考慮到在訓練樣本和測試樣本增加時消耗的計算內存和時間。這導致TNER在訓練樣本的數量快速增加時會占用大量的內存。另外，TNER只在學習正常樣本的變異信息時考慮了背景測序數據中測序深度對突變檢測可信度的影響，忽略了實際檢測過程中同一個樣本的測序深度可能不一致的事實。這導致了在實際檢測中，樣本測序深度低的區域更容易出現假陽性。