单细胞代谢分析之-scMetabolism

企业   2024-11-27 17:23   浙江  


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方法概述


 

基于单细胞数据的代谢分析助于深入理解细胞功能、揭示细胞异质性和相互作用,为疾病诊疗、解析细胞命运决定机制等提供关键依据。
scMetabolism(Wu等,2022)发布于CANCER DISCOVERY,是一种基于单细胞测序数据(scRNA-seq data)来量化单细胞代谢的计算方法,该方法可以基于数据库中的代谢通路对单细胞数据集中的每一个细胞进行打分,进而推断代谢活性。使用的代谢数据集来自KEGG和REACTOME两个数据库,有4种打分方法可供选择(ssGSEA,AUCell,VISION和GSVA)。分析获得所有细胞的代谢通路打分结果,此结果可以绘制气泡图,umap/tsne图和箱线图来展示不同类型细胞的代谢活性。


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操作方法

scMetabolism(https://github.com/wu-yc/scMetabolism)的核心方法是代谢活性分析。

核心函数:

countexp.Seurat<-sc.metabolism.Seurat(  obj = countexp.Seurat,   method = "AUCell",  imputation = F,  cores = 2,  metabolism.type = "KEGG")

obj:是一个包含 UMI count 矩阵的Seurat对象。

method:支持 VISION(默认), AUCell, ssgsea, 和 gsva四种方法。

imputation:允许使用者在代谢打分前选择是否插补数据。

ncores: 并行计算的线程数。

metabolism.type:支持 KEGG 和 REACTOME两个数据库, KEGG 数据库包含 85 个代谢通路,REACTOME 数据库包含82 个代谢通路。

为了提取代谢通路打分结果, 可以运行 metabolism.matrix <- countexp.Seurat@assays$METABOLISM$score。



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分析结果展示

气泡图:横轴为细胞类型,纵轴为代谢通路,气泡大小和颜色均代表经过以下处理后的分值。

特征图:颜色代表该通路对应的打分分值,颜色越红,分值越高

 

箱线图:横轴为细胞类型,纵轴为该通路的打分分值

 


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案例

《Spatiotemporal Immune Landscape of Colorectal Cancer Liver Metastasis at Single-Cell Level 》,作者以单细胞和空转技术研究结直肠癌肝转移的时空免疫景观,以scMetabolism分析了不同单核/巨噬细胞亚型的代谢通路,展示了不同亚型的异质性和独特生物学作用。

 

此外,用类似的方法分析并绘制了了MRC1+CCL18+巨噬细胞代谢基因平均表达水平和代谢通路打分中位值的热图。MRC1+CCL18+巨噬细胞具有免疫抑制作用并表现出强烈的代谢活性,新辅助化疗可以阻止这种状态,并恢复反应性患者的抗肿瘤免疫平衡。代谢通路分析为解析疾病过程提供了基础,为进一步寻找药物靶点提供了参考。

 

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