空间蛋白组细胞通讯与微环境分析服务

适用研究场景

肿瘤中心与侵袭前沿的微环境差异

围绕肿瘤中心、边缘、邻近基质或浸润区域采集有位置标记的ROI，即感兴趣区域。可以比较同类细胞富集区域在不同位置的蛋白变化，也可研究不同细胞类别之间的候选配体受体关系，筛选与局部组织结构相关的信号分子。

免疫细胞与基质细胞的空间关系

免疫细胞富集区、成纤维细胞富集区及血管周围区可依据病理或荧光标记分别取样。区域差异蛋白与配体受体数据库匹配后，按细胞组合和空间分组比较候选关系，确定哪些来源与接收类别适合进一步开展共定位或细胞功能实验。

治疗条件下的微环境重塑

在治疗前后或不同疗效分组中使用一致的区域定义，比较蛋白状态、功能特征及候选通讯关系的变化。具备患者配对资料时，以患者为组间推断的独立单位，保留每位患者内部的多个ROI，研究不同组织位置对治疗的响应。

服务特色与技术优势

将细胞类别与空间位置同时纳入分析

样本信息同时记录细胞富集类别、空间区室、患者或动物编号及比较分组。分析分别比较同类细胞富集区域在不同位置的蛋白变化、同一区室内不同细胞富集类别的差异，以及不同患者组的区域蛋白特征。

从区域差异进一步筛选分子关系

已测蛋白中的配体、受体及相关复合物组分与已知相互作用注释匹配，形成注明区域类别的候选表。网络概括不同细胞组合的候选关系及相对得分，分子明细则保留具体配体、受体、区域表达和相关功能特征。

将候选对应回原始组织图像

ROI轮廓或区域掩膜确定丰度着色的组织范围，每个区域的颜色表示对应蛋白定量。将该图与病理结构并列后，可确定候选主要分布于哪些取样位置，并据此安排蛋白共定位或定向取样。

分析项目

区域样本与蛋白鉴定分布

• 区域与细胞富集信息：连接患者编号、ROI、细胞富集类别、空间分组和配对关系，形成各项位置比较及候选关系分析的样本集合。
• 细胞富集区域鉴定数量：按区域类别统计蛋白检出数量及样本分布，输出组内盒型图和明细，比较不同区域的定量覆盖。
• 共有特有蛋白与功能组成：比较不同细胞富集区域的共有和特有蛋白，提供UpSet图及KEGG功能分类，展示各类区域的蛋白组成。
• 蛋白检出率与丰度曲线：统计蛋白在ROI中的检出比例，按细胞类别和比较分组展示排序丰度曲线、覆盖区间及代表蛋白。

整体区域结构与蛋白差异

• 区域数据预处理与PCA：按数据覆盖和丰度分布完成预处理，主成分图同时标注细胞富集类别、空间分组及患者内配对关系。
• 全局ROI高变蛋白热图：选取高变蛋白展示区域整体表达结构，按细胞富集类别、患者和空间方案注释样本，输出标准化热图与矩阵。
• 位置及细胞富集区域差异：围绕预设区域比较建立蛋白层模型，结合患者与ROI层级输出效应、区间、校正结果和差异火山图。
• 多组差异合并展示：并列展示多个空间比较中的蛋白变化，输出差异数量、效应散点、和弦图及重点蛋白条形图。
• 关键分子区域丰度：针对重点差异蛋白或指定候选展示各区域的样本分布、配对变化和比较结果，形成表达盒型图及定量明细。

功能富集 成员关系与通路图

• 区域差异GO与KEGG富集：对全部、上升及下降蛋白分别开展功能分析，结合可检测背景输出富集比例、校正结果和功能气泡图。
• 功能与差异蛋白对应：以和弦图及功能成员热图展示各通路包含的差异蛋白、共同成员和变化方向，提供对应功能分子明细。
• 多比较功能汇总：对不同空间方案中的功能结果进行共有特有比较，输出功能并集表、Venn或UpSet图及各比较对应关系。
• KEGG通路成员映射：将区域差异蛋白叠加到已知通路图，在成员位置展示变化信息，输出通路图及重点蛋白的差异结果。

PROGENy区域特征评分

• PROGENy对应蛋白评分：根据扰动响应签名与区域中测得的蛋白对应关系计算相对特征分数，输出通路签名、覆盖成员及ROI评分矩阵。
• PROGENy样本分布热图：按空间位置、细胞富集类别及患者信息展示各ROI的相对特征分数，比较不同区域的功能响应模式。
• PROGENy配对分数变化：对各空间方案中的配对区域计算终点相对起点的分数差值，以热图展示变化方向、幅度和患者间分布。

Hallmark单样本集合评分

• Hallmark ssGSEA分析：将区域测得的蛋白对应到Hallmark成员集合，计算每个ROI的相对富集分数，输出评分矩阵和集合覆盖。
• Hallmark区域模式展示：按细胞富集类别和空间分组展示单样本评分热图，描述免疫、应激、代谢等集合在区域层的相对模式。
• Hallmark配对差值分析：在同一空间方案的配对区域中计算ssGSEA分数差值，展示不同细胞富集类别及患者中的共同和特异变化。

配体受体候选关系与空间网络

• 配体受体及复合物注释：参考CellPhoneDB收录的相互作用，将区域检出蛋白与配体、受体及复合物成员对应，形成候选分子关系表。
• 分空间方案候选评分：根据空间位置和细胞富集类别组织候选组合，计算相互作用候选得分，输出各方案的得分及统计结果。
• 细胞类别候选网络：以细胞富集类别为节点、候选关系为连接，按得分汇总边与节点信息，展示不同空间方案中的候选网络结构。
• 配体受体气泡矩阵：以来源类别和接收类别组织气泡图，比较各空间方案中同一候选关系的统计分布，并列展示对应蛋白的区域覆盖。

药物靶标与候选优先级

• 区域差异分子药靶注释：将各空间比较中的重点蛋白对应到DGIdb，整理已有基因与药物关系、相互作用类型及相关蛋白信息。
• 候选细胞组合与功能整合：结合区域蛋白效应、功能评分、相互作用注释及药靶信息，筛选适合组织共定位或细胞功能研究的组合。

区域丰度映射与组织位置展示

• ROI轮廓与原图对应：将蛋白定量的区域编号及区域掩膜对应到组织图像，展示原始标记、空间分组和取样位置。
• 候选蛋白区域组回填：依据对应区域组的平均蛋白丰度对取样区域着色，同一比较使用统一色标，输出原始图像与丰度映射并列图。
• 跨图像区域展示：按组织图像分别展示同一比较中各组区域的位置及候选丰度，提供对应区域与蛋白信息，支持后续定向取样和定位。

专题分析说明

区域蛋白覆盖与整体结构

蛋白覆盖按细胞富集类别与空间分组统计，列出检出数量、覆盖比例及丰度分布。主成分分析显示区域整体关系，高变蛋白热图展开主要丰度组合；患者内的配对连线说明这些区域关系在同一个体中的变化。

细胞富集区域的空间差异

空间差异分析按课题定义位置、细胞类别和临床条件之间的比较，分别估计蛋白变化方向及幅度。同类细胞富集区的跨位置比较描述其区域状态，多个比较并列则区分共有和特有变化。存在重复取样时，模型纳入患者与ROI的层级关系，估计对应比较的蛋白效应。

功能模块与区域响应特征

功能分析先归纳区域差异蛋白涉及的通路，再用基因集所对应的已测蛋白计算每个区域的相对特征分数。分数与临床分组、空间位置及细胞富集类别并列，比较免疫、基质、代谢或应激相关模式；患者配对区域则进一步计算分数差值，展示其在不同患者中的方向与幅度。

配体受体候选关系与网络

CellPhoneDB等数据库提供配体受体关系及复合物组分注释，区域中检测到的蛋白按这些关系匹配。分析在指定空间分组中计算候选得分，并按来源与接收细胞类别比较相同分子对；网络汇总类别间联系，候选明细列出具体分子及其相应得分。

重点分子组合的空间比较

同一配体受体组合在不同来源和接收类别中的统计结果，以气泡矩阵逐格展示，并在空间分组间比较。每个候选同时查看配体和受体在对应区域的覆盖及丰度，从而确定分子对所涉及的组织位置与细胞组合，供定位或共培养实验选取。

区域丰度回填与候选定位

候选蛋白按ROI轮廓绘制到原始组织图像，着色值可采用单一区域丰度或区域组平均丰度。图注注明着色的分析单位，每项比较使用对应标尺，使颜色与取样区域准确对应。病理标记再用于确定多重免疫荧光、免疫组化或进一步LCM取样的位置。

药物靶标注释与功能实验设计

药物靶标注释整理重点差异蛋白及配体受体候选已有的分子与药物关系，候选列表保留所属细胞类别、空间位置和研究表型。根据课题可实施的实验，可进一步选择受体阻断、配体干预或共培养方式，并确定相应下游蛋白的检测内容。

样本设计与资料要求

组织取样前需明确关注的空间结构及细胞标记，统一患者或动物之间的ROI定义。可围绕目标病理区室选取多个区域，也可按组织边界两侧或不同距离层级设计取样。易算结合切片、染色、目标细胞群及可获得材料讨论区域规模与质谱检测安排。

项目资料包括组织图像、ROI编号与轮廓、细胞富集类别、空间位置、患者或动物编号、临床或处理分组，以及相关配对关系。具有单细胞转录组或其他配套数据时，可提供细胞注释和样本对应，用于解释区域组成及候选分子的细胞背景。已有空间蛋白数据也可按同一结构组织补充分析。

服务流程与交付结果

项目先确定研究问题、细胞标记与ROI取样位置，完成区域蛋白检测和定量。空间差异分析给出区域相关分子，功能评分和配体受体匹配进一步整理区域特征与候选关系；重点蛋白绘制到组织图像后，结果讨论确定所研究的细胞组合、分子及实验位置。

交付包含区域样本说明、蛋白覆盖与差异结果、通路特征分数、配体受体候选表、细胞组合网络及气泡图、重点分子的区域表达和图像回填，以及专题报告和主要方法说明。图件标注组织位置、细胞富集类别和候选分子关系，并提供相应图注及分析方法。

项目咨询：请提供目标组织、关注的细胞或病理区域、现有标记与图像，以及患者分组和配套数据。多组学与生信定制咨询：multiomics@omicsolution.com。

图文示例

图文为分析方法、公开数据再分析或研究示例。示例中的样本数量、效应和模型性能对应各自数据与分析条件，不代表其他项目的结果保证。服务用于科研；候选关系与预测结果不能替代机制验证、独立队列验证或临床诊断。

图1 不同细胞类型富集区域的蛋白覆盖

易算生物分析示例

箱线图显示各细胞类型富集ROI的蛋白数量中位数，散点保留同类区域内部的差异。取样量、组织组成和检测深度有助于解释覆盖变化，各类别中稳定定量的蛋白集合分别用于区域差异、功能评分及配体受体匹配。

图2 区域类别间共有与特有蛋白

易算生物分析示例

上方柱形中的每一组蛋白由下方交集标记确定所属区域类别，左侧集合大小则保留各类别的总体覆盖。共有蛋白描述共同检测范围，特定组合中的蛋白需再比较单个ROI检出率与丰度，判断其出现范围及区域集中程度。

图3 同类区域 A/B 的丰度排序

易算生物分析示例

celltype3富集ROI的A、B丰度排序曲线可直接比较动态范围及两端的代表蛋白。若某候选在两组中的排序或覆盖不同，其配对区域丰度可进一步区分单蛋白变化与整体丰度分布偏移。

图4 跨 ROI 的蛋白检出率分布

易算生物分析示例

三档检出率概括哪些蛋白可在多数ROI中定量，哪些主要出现于部分区域。前者为连续丰度比较和通路评分提供较完整的观测，后者可按空间类别分析检出模式；两类蛋白据相应定量覆盖进入差异模型及候选展示。

图5 保留区域配对关系的 PCA

易算生物分析示例

配对连线直接显示同类区域从A到B时整体蛋白特征如何移动，颜色则区分细胞富集类别。各类连线的方向与点位分布可比较空间变化是否相近，并结合个体注释展开对应的分层或配对分析。

图6 不同区域类别的蛋白动态范围

易算生物分析示例

五类区域各自的丰度排序保留了动态范围，并标出高、低丰度端的代表蛋白。高丰度组成与低丰度覆盖可按类别比较，区域面积、取样细胞组成及鉴定数量则用于解释不同曲线之间的差别。

图7 全局高变异蛋白的区域表达模式

易算生物分析示例

高变异蛋白按同一标准化尺度展示后，成组的高、低丰度模式可与区域类别及A/B注释逐列比较。配对编号说明同类模式是否在多个配对中重复，各蛋白的共同变化再与差异分析结果对应，整理区域特征模块。

图8 同类区域 A/B 的差异蛋白火山图

易算生物分析示例

本比较限定在celltype3富集ROI，log2倍数变化的正负分别表示B相对A升高或降低。效应幅度与P值为候选排序提供不同信息，上下调蛋白可分别开展功能富集和相互作用匹配，重点分子的ROI分布及覆盖用于确定原位验证对象。

图9 多个细胞类型富集区域的差异总览

易算生物分析示例

三类ROI使用相同的B相对A方向，可逐类比较上升、下降蛋白的数量分布与效应幅度。共有趋势和类别相关模式分别归纳其成员与功能，再与全组织蛋白结果比较，观察局部富集区域的响应是否也出现在整体组织中。

图10 多区域比较的变化方向与幅度

易算生物分析示例

外圈在每项ROI比较内按绝对变化幅度排列蛋白，因此可查看较强变化涉及多少分子，以及升高与降低各占哪些部分。对应差异明细保留蛋白身份，功能分析进一步归纳这些变化涉及的过程。

图11 差异蛋白的 GO 与 KEGG 富集

易算生物分析示例

GO的细胞组分、生物过程和分子功能与KEGG通路分别概括区域差异的不同功能层面。每项比较以对应可检测蛋白为背景，富集倍数与调整后统计量说明集合偏离背景的程度，命中成员则用于解释其与病理位置及相互作用候选的关系。

图12 功能条目与差异蛋白的对应矩阵

易算生物分析示例

同一蛋白可同时对应多个功能条目，矩阵中横向重复的着色格显示这些条目共享的成员。颜色保留蛋白变化方向，因而能够归并成员重叠的功能主题，并将每个主题具体到可定位或靶向检测的分子。

图13 差异蛋白在通路结构中的位置

易算生物分析示例

铁死亡通路的原始结构保留分子之间已知的物质转换与调控关系，已测蛋白的差异标记说明变化位于哪个环节。转运、代谢及氧化还原分支可按节点覆盖和效应方向比较，再确定共定位、靶向检测或功能实验中的重点蛋白。

图14 不同 ROI 比较的功能集合交集

易算生物分析示例

三组ROI比较的交集区分反复出现的功能主题和仅在某项比较中筛出的集合。相同条目在不同区域可能由不同蛋白支持，分别查看命中成员及其变化方向，才能比较这些区域的具体分子组成。

图15 代表差异蛋白的区域丰度分布

易算生物分析示例

候选蛋白在celltype3的A、B区域中逐个展示，组内散点显示各样本的实际丰度及离散范围。检出率、肽段信号及配对资料可进一步区分高丰度变化和低覆盖候选的表现，确定适合原位染色或靶向质谱复测的蛋白。

图16 区域蛋白的 PROGENy 通路特征评分

易算生物分析示例

PROGENy响应特征匹配到可测蛋白后，按同一通路特征比较各ROI的相对分数。区域类别、A/B和配对注释显示分数变化发生于哪些区域，相关成员的丰度则说明候选相互作用所在区域具有何种蛋白功能背景。

图17 PROGENy 通路特征的配对变化

易算生物分析示例

B减A的配对差值以每个比较单元自身的A区为参照，突出其区域内变化。相同通路特征可跨配对比较正负方向及幅度，并按细胞富集类别判断变化集中在哪类区域，随后查看该特征对应的蛋白成员与取样位置。

图18 Hallmark 功能集合的区域评分

易算生物分析示例

Hallmark ssGSEA以单个ROI内的蛋白排序计算集合分数，同一集合可跨区域比较代谢、应激、增殖及免疫相关模式。区域和配对注释标明分数变化所在的样本，成员覆盖及差异方向进一步说明哪些已测蛋白支持该功能特征。

图19 Hallmark 集合的空间配对差值

易算生物分析示例

同一Hallmark集合的B减A差值按区域类别和配对编号排列，可比较变化方向是否跨配对重复，以及较大幅度集中在哪一类ROI。单蛋白差异与PROGENy特征提供相应分子及功能参照，展开这些共有或区域相关的变化。

图20 细胞类型富集区域的相互作用候选网络

易算生物分析示例

每条网络边汇总指定来源与接收类别的分子对匹配结果，边宽和节点大小均由候选得分计算。A、B条件下同一细胞组合的得分可并列比较，具体配体受体的覆盖、区域丰度及统计结果则保留在对应分子明细中。

图21 具体分子对的来源与接收组合

易算生物分析示例

LGALS9与P4HB、TF与TFRC、PPIA与BSG分别按来源及接收类别展开，A、B与合并条件使用对应矩阵。相同分子对可逐格比较不同空间分组中的结果，再依据区域丰度和蛋白注释确定共定位或功能实验所需的细胞组合。

图22 候选蛋白的区域组平均丰度回填

易算生物分析示例

CLPP按celltype3的A/B区域组平均丰度着色，同组ROI因此具有相同颜色。原坐标保留了这些区域组在组织中的分布，结合区域差异和配对丰度，可确定连续切片染色或靶向验证的具体位置。

图23 分析展示 候选蛋白的药物靶点注释

易算生物分析示例

DGIdb注释把候选蛋白与已有药靶及药物类别并列，热图保留这些蛋白的丰度模式。空间研究可对区域差异蛋白、相互作用候选或功能成员采用同样注释，按其空间分布、检测覆盖与研究目标筛选干预对象。