Cell2location是桑格研究院（Sanger Institute）的Omer Ali Bayraktar團(tuán)隊(duì)于2022年所開(kāi)發(fā)的單細(xì)胞-空間轉(zhuǎn)錄組整合工具。與其他的整合工具一樣，Cell2location著眼于以單細(xì)胞數(shù)據(jù)的細(xì)胞分類信息對(duì)空間轉(zhuǎn)錄組中的spot進(jìn)行細(xì)胞組成預(yù)測(cè)，以彌補(bǔ)空間轉(zhuǎn)錄組非單細(xì)胞分辨率的缺點(diǎn)。

該方法首先估計(jì)用戶所提供的參考單細(xì)胞（或單細(xì)胞核）數(shù)據(jù)中細(xì)胞類型的基因表達(dá)特征譜，并且在該步驟中使用負(fù)二項(xiàng)分布回歸以消除不同技術(shù)或批次影響。然后在第二步中，使用這些參考特征和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)在每個(gè)空間位置上將轉(zhuǎn)錄組表達(dá)信息去卷積為參考細(xì)胞類型（圖1）。

圖1

相較于現(xiàn)有的去卷積方法，Cell2location具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 在細(xì)胞組成類似的空間位置間借用統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度；2. 將空間數(shù)據(jù)的技術(shù)與批次差異納入考慮。另外，得益于變分近似推理和GPU加速計(jì)算，Cell2location的計(jì)算速度可以很高。

在不同分布類型的（均勻分布與特異分布，高豐度與低豐度）模擬數(shù)據(jù)測(cè)試中，Cell2location的預(yù)測(cè)細(xì)胞類型豐度與實(shí)際豐度之間具有很好的一致性。與現(xiàn)有多種去卷積分析工具進(jìn)行比較，Cell2location也展現(xiàn)了更好的預(yù)測(cè)能力（圖2）。

圖2

在真實(shí)的小鼠大腦樣本測(cè)試中，Cell2location所預(yù)測(cè)的細(xì)胞類型空間位置與實(shí)際的解剖位置也很好的匹配起來(lái)。不論是廣泛分布的細(xì)胞類型、較為罕見(jiàn)的細(xì)胞亞型還是規(guī)律分布在特定空間區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞類型，均有很好的預(yù)測(cè)結(jié)果（圖3c,d,e,f）。在相鄰組織切片的重復(fù)實(shí)驗(yàn)中，Cell2location的預(yù)測(cè)結(jié)果也高度吻合（圖3g）。在其他類型的空間數(shù)據(jù)（如slide-seq）中，預(yù)測(cè)結(jié)果也具有良好的重復(fù)性(圖3h)。

圖3

更值得一提的是，對(duì)于那些在某些空間區(qū)域內(nèi)不該存在，但在單細(xì)胞數(shù)據(jù)中大量存在的細(xì)胞類型（圖4i），Cell2location也展現(xiàn)了良好的預(yù)測(cè)特異性，例如只存在于海馬體中的細(xì)胞類型在皮層中顯示“陰性”，而其他細(xì)胞類型則不受影響。而與其他現(xiàn)有工具的比較中，Cell2location的預(yù)測(cè)特異性也顯示了極大的優(yōu)勢(shì)(圖4j)

圖4

另外，由于已有文獻(xiàn)指出，星形膠質(zhì)細(xì)胞在不同空間區(qū)域具有差異性，Cell2location也被用來(lái)研究這些差異程度上尚不明確的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞型。首先在單細(xì)胞數(shù)據(jù)上對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞基于基因表達(dá)信息進(jìn)行分類（圖5a），將區(qū)分后的細(xì)胞亞型通過(guò)Cell2location解卷積到空間上（圖5b），去除那些在空間上和基因表達(dá)上都不夠特異性的亞型，就得到了既有空間差異又有表達(dá)差異的星形膠質(zhì)細(xì)胞亞型（圖5c）。最后，單分子熒光原位雜交證實(shí)了這些通過(guò)生物信息手段分析得到的亞型（圖5d），而其他解卷積工具對(duì)亞型的空間定位也證明了Cell2location的可靠（圖5e）。

圖5

總之，Cell2location相較于其他解卷積工具有著更加良好性能和準(zhǔn)確性，其預(yù)測(cè)結(jié)果在生物學(xué)意義上也得到了證實(shí)，對(duì)于探索細(xì)胞表達(dá)與空間信息具有重要的意義。SBC服務(wù)平臺(tái)生信團(tuán)隊(duì)深耕單細(xì)胞空間數(shù)據(jù)組學(xué)分析，可提供多種單細(xì)胞空間組學(xué)聯(lián)合分析方法，如有需要，可聯(lián)系當(dāng)?shù)劁N售。