Nucleic Acids Research：使用 PANDA 对空间转录组学中的细胞类型和基因表达进行双重解码

摘要：基于测序的空间转录组学技术通过在保留空间背景的同时实现转录组分析，彻底改变了我们对复杂生物系统的理解。然而，每个测序位点通常会整合来自不同细胞的信号，从而掩盖潜在的异质性。现有方法旨在使用单细胞 RNA 测序参考将空间转录组学数据反卷积为细胞类型比例，但忽略了细胞类型特异性基因表达，这对于揭示类型内异质性至关重要。研究者提出了一种新颖的空间转录组数据反卷积方法PANDA，可同时将spot水平的基因表达解码为细胞类型比例和细胞类型特异性基因表达。PANDA利用原型分析捕获细胞类型内部的异质性，并在反卷积过程中动态学习每个spot特定的细胞类型特征（cell type signature）。模拟实验证实了PANDA的卓越性能。在应用于来自不同组织（肿瘤、大脑和心脏）的真实空间转录组数据时，PANDA成功重建了组织的空间结构，揭示了特定细胞类型内的细微转录变异，为全面理解组织动态提供了支持。

图形摘要：

研究内容：

① 基于测序的空间转录组学技术为生物系统的研究带来了革命性的突破。它能够在保留空间背景的同时，对转录组进行精确的分析，从而帮助我们更深入地理解复杂的生物系统。然而，在实际操作中，基于点的表达测量往往存在一个问题，即将来自不同细胞的信号混合在一起，导致潜在的异质性被掩盖。为了解决这一问题，研究者们一直在探索新的方法和技术。

② 最近，一种新的方法PANDA被提出，它旨在同时解析点的基因表达，将其分解为细胞类型比例和细胞类型特异性基因表达。这种方法不仅利用了单细胞RNA测序数据作为参考，还整合了原型分析，以捕捉细胞类型内的异质性。在解卷积过程中，PANDA能够动态地学习每个点的细胞类型特征，从而更准确地解析空间转录组学数据。通过模拟实验，研究者们验证了PANDA的优越性能，证明了其在处理空间转录组学数据方面的有效性。

③ 当PANDA被应用于真实的空间转录组学数据时，它展现出了强大的解析能力。在包括肿瘤、大脑和发育中的心脏等多种组织的样本中，PANDA成功地重建了空间结构，并揭示了特定细胞类型内的微妙转录变化。这些发现不仅有助于我们更全面地理解组织动态，还为疾病诊断和治疗策略的制定提供了重要的参考。可以预见，随着PANDA等先进技术的不断发展，空间转录组学将在生物医学研究中发挥越来越重要的作用。

图1  PANDA原理示意图

原文链接：Wang MG, Chen L, Zhang XF. Dual decoding of cell types and gene expression in spatial transcriptomics with PANDA. Nucleic Acids Res. Published online October 15, 2024. doi:10.1093/nar/gkae876.