杰论系列 | 上车！生信小白零代码也能做肿瘤免疫微环境分析

肿瘤免疫微环境（tumor immune microenvironment，TIME）由B细胞、T细胞、巨噬细胞、树突状细胞、 中心粒细胞 、肿瘤相关成纤维细胞以及分泌的细胞因子等共同组成。肿瘤细胞与TIME的相互作用与肿瘤发生，发展和转移息息相关。基于下一代测序技术（next generation sequencing，NGS）依据各类型细胞的基因表达特征，我们可以通过生物信息学手段分析转录组样本中各类型免疫细胞丰度。但作为生信分析流程中的一环，TIME分析通常由专业的生信分析人员编写代码完成，具有一定的技术门槛。本文中，迈杰生信老司机将介绍几个适合非生信人员的在线分析工具，带你实现零代码TIME分析。

TIME分析需要基因表达矩阵文件作为输入，每一行为一个基因在各样本中的表达量，每一列为一个样本的基因表达集合。第一列为基因名（gene symbol形式），基因名不能有重复，第一行为需要分析的样本的名称，即样本ID，一般为字母或字母与数字的组合。通常TME在线分析工具仅接受文本格式文件输入，我们可以使用EXCEL等软件制作基因表达矩阵后，将内容拷贝至txt格式的文本文档（windows电脑中的那个“记事本”）中上传，若直接上传EXCEL文件则可能报错。基因表达量数值需要标准化处理，如 FPKM ，RPKM，RSEM或TPM。若只有counts数据，可以在EXCEL进行简单的标准化处理：每个基因的counts数除以该样本的总counts数，再乘以一个固定的系数（例如乘以1000000，否则表达量的小数位数过多）。

图1. 基因表达矩阵在EXCEL中的示例

我们以GEO数据库GSE256047数据集(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE256047)为例，该数据集在“Supplementary file”处提供了标准化的表达量文件，并且已符合表达矩阵格式，可直接使用，若遇到不符合格式要求的数据集则需要自己动手制作成相关格式。有些数据集未提供基因表达量集合，则需要在“Sample”处依次进入各样本信息页收集表达量。

图2. GSE256047数据集基因表达量结果下载

图3. EcoTyper界面

进入分析界面后，选择“Run EcoTyper”，随后点击”Browse”按钮选择基因表达矩阵文件上传，点击黑色按钮运行计算。

图4. EcoTyper分析示例

图5. EcoTyper在线结果示例

图6. EcoTyper下载结果示例

图7. xCell: digitally portraying the tissue cellular heterogeneity landscape. Genome Biol. 2017 Nov 15;18(1):220.

进入分析页面后将网页下拉至底部，依次选择基因特征数据集，上传基因表达矩阵文件，点击运行按钮，分析结束后可下载分析结果文件:

图8. xCell运行示例

图9. EPIC运行示例

图10. EPIC结果示例

图11.转录组生信分析概览

[1]   Luca BA, Steen CB, Matusiak M, Azizi A, Varma S, Zhu C, Przybyl J, Espín-Pérez A, Diehn M, Alizadeh AA, van de Rijn M, Gentles AJ, Newman AM. Atlas of clinically distinct cell states and ecosystems across human solid tumors. Cell. 2021 Oct 14;184(21):5482-5496.e28. 

[2] Aran D, Hu Z, Butte AJ. xCell: digitally portraying the tissue cellular heterogeneity landscape. Genome Biol. 2017 Nov 15;18(1):220.

[3]   Racle J, de Jonge K, Baumgaertner P, Speiser DE, Gfeller D. Simultaneous enumeration of cancer and immune cell types from bulk tumor gene expression data. Elife. 2017 Nov 13;6:e26476. 

[4] Wang B, Zhou B, Chen J, Sun X, Yang W, Yang T, Yu H, Chen P, Chen K, Huang X, Fan X, He W, Huang J, Lin T. Type III interferon inhibits bladder cancer progression by reprogramming macrophage-mediated phagocytosis and orchestrating effective immune responses. J Immunother Cancer. 2024 Apr 8;12(4):e007808.