哈佛大学刘小乐教授讲述：大数据挖掘在肿瘤免疫治疗中的关键作用

美国癌症研究协会(AACR)2018年度会议，于当地时间4月14-18日在美国芝加哥市举行。成立于1907年的AACR是当今世界肿瘤研究领域最权威的机构，AACR的年会也是肿瘤研究与治疗领域最重要的全球性会议，今年更是吸引了超过2万名来自世界各地的参会者。

AACR的主会议演讲(PlenarySession)作为AACR年会的核心部分，在肿瘤研究最热门的领域，仅邀请少数顶尖科学家做主题报告，此前一直难见华人学者的身影。

在本届AACR年会，来自美国哈佛大学及Dana-Farber癌症研究所的刘小乐教授(Dr.ShirleyLiu)成为AACR历史上首位在主会议上发表演讲的华人女性科学家。此前曾在2016年发表大会上演讲的华人是CRISPR基因编辑技术的主要发明人，麻省理工学院的张锋教授。

近几年来，肿瘤免疫治疗技术和药物(Immuno-Oncology,IO)有了突破性进展，而与此同时，对于肿瘤免疫机制理解的不足，也导致了一些免疫治疗药物临床试验的失败。对此，肿瘤免疫基因组学(immunogenomics)上的大数据挖掘作为解决该问题的突破口，现已成为肿瘤免疫领域的重要热点。

身为国际肿瘤免疫基因组学和生物信息学领域的领军人物，哈佛大学华人教授刘小乐受到AACR大会邀请，演讲主题为“Miningandintegratinglarge-scaletumormolecularprofilestoinformcancerimmunologyandimmunotherapy”。

刘小乐教授将大规模公共转录组学数据挖掘，应用于癌症免疫研究与癌症免疫治疗的新发现。为深入理解大数据挖掘和肿瘤免疫基因组学(immunogenomics)在免疫治疗研发中的关键作用，笔者对演讲内容作了如下总结。

刘小乐教授的演讲中，以转录组RNA-seq大数据为基础，介绍了她的团队开发的三项重要算法研究成果，分别是TIMER、TRUST和TIDE，从三个维度理解肿瘤免疫基因组学(immunogenomics)在肿瘤免疫治疗中的应用。

TIMER算法精准确定肿瘤组织内免疫细胞浸润度

TIMER算法是指“TumorImmuneEstimationResource”，能够从RNA-seq表达谱数据中，检测和量化肿瘤组织中免疫细胞浸润的情况，由此来确定肿瘤细胞-免疫细胞之间的关系。

刘教授团队分析了TCGA数据库中上万个个表达谱数据，利用TIMER算法来精准量化免疫细胞浸润的丰度,发现和病人临床信息的相关性。还发现TIM3基因在一些肾癌肿瘤中，同时在肿瘤和T细胞都有高表达的情况，因此建议在TIM3抗体用药时，针对这一现象在临床病人的选择上有所考虑。

TRUST算法精准鉴定肿瘤组织中的免疫组库

肿瘤中浸润的T细胞和B细胞，在肿瘤免疫反应中有重要作用，但是以前从肿瘤里描绘免疫组库是又贵又费样品的实验技术。刘教授团队开发了TRUST算法(TCRReceptorUtilitiesforSolidTissue)，可以从肿瘤RNA-seq数据中直接计算出免疫组库信息。

首先，对30种癌症的上万个表达谱数据进行挖掘后，鉴定得到了超过两百万种肿瘤浸润T细胞受体(TCR)的序列。然后，在对于B细胞受体(BCR)的研究中，团队发现了三千多万个抗体序列，揭示了肿瘤抗体进化的强选择性，并且确定了IgG1/3在B细胞介导的肿瘤免疫中有至关重要的作用。

TRUST算法使我们能够高通量地精准鉴定出肿瘤组织中T细胞受体和B细胞受体抗体的多样性，预示着大数据挖掘能用于鉴定肿瘤抗原特异性T细胞受体和抗体，并以此为基础找到新的免疫治疗生物标记和药物。

TIDE算法有效地预测病人对免疫检查点抑制剂疗效

作为肿瘤免疫治疗的明星药物，免疫检查点抑制剂最主要的缺陷是仅仅对少数病人有效。因此找到准确的生物标志物(biomarker)，对判别药物的对病人的有效性和优化药物的临床试验都是至关重要的。

刘小乐教授介绍了她的团队开发的TIDE算法（TumorImmuneDysfunctionandExclusion），通过对上百组不同肿瘤表达谱的综合分析，找到生物标志物来预测免疫检查点抑制剂的疗效。

TIDE算法的精髓是在免疫热肿瘤里判断T细胞是否衰竭，而在免疫冷肿瘤里判断是否有三种抑制T细胞浸润的细胞，因为这两类病人不太容易获益于免疫检查点抑制剂单药治疗。在最近发布的免疫检查点抑制剂临床试验中，TIDE预测效果要显著优于现有的生物标志物，而且可以预测病人生存期。

刘教授在演讲中阐述通过这三个算法在肿瘤表达谱数据的有效挖掘，能够精准地获得大量肿瘤微环境和肿瘤免疫的关键信息，从而指导免疫治疗。

同时，刘教授还介绍了最近由美国卫生部（NIH）发起的加速癌症免疫治疗研究的“癌症登月计划（CancerMoonshot）”项目。本项目由肿瘤免疫和大数据领域的顶尖科学家组成，并与11家业界领先的生物制药企业强强联手。

刘小乐教授团队将在未来5年中，负责该项目的肿瘤免疫治疗药物的临床试验数据整合分析与大数据挖掘工作，目标是找到对癌症病人进行免疫治疗的最佳方案。

最后，刘教授展望未来，认为靶向药物、免疫药物和表观遗传药物作用在不同机理，将它们合理组合，很有潜力提高癌症治疗效果。随着高通量测序成本不断降低，肿瘤测序、CRISPR筛选和大数据挖掘的有效应用，将会针对每个病人的肿瘤找到个体化的最佳药物组合，真正做到癌症精准治疗而攻克癌症。