一种影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法技术方案

本发明专利技术涉及生物信息学，特别是涉及一种影响细胞间通讯的受体‑配体系统分析方法。本发明专利技术提供一种分析方法，包括：根据所提供的基因表达定量数据，对细胞进行一次聚类分析；将所提供的细胞群进行差异基因表达分析；筛选所提供的差异基因；根据所提供的配体和受体的关系对，以提供富集的通路和/或生物学过程；和/或，根据所提供的差异基因和所提供的配体和受体的关系对，以提供配体和受体的关系对所对应的细胞群间通讯关系。本发明专利技术所提供的分析方法基于单细胞测序而不是传统RNA‑seq，能够在单细胞分辨率下深入了解转录组，可以对肿瘤内异质性有更深入的了解，并可以结合外部的公共数据集，进一步构建预后风险模型。

A receptor ligand system analysis method for intercellular communication

【技术实现步骤摘要】
一种影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法
本专利技术涉及生物信息学，特别是涉及一种影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，所述分析方法基于单细胞测序。
技术介绍
肿瘤微环境由多种细胞组成，包括恶性细胞、基质细胞和免疫细胞，而每个细胞类型的异质性(如肿瘤细胞的不同克隆或免疫细胞的各种亚群)进一步增加了肿瘤细胞复杂性，这些不同的细胞类型都通过配体-受体相互作用进行相互通讯。此外，这些不同类型的细胞之间的交流与肿瘤发生、发展的机制、抗药性、免疫浸润和炎症有关，鉴于配体-受体相互作用对患者预后的重要性，靶细胞-细胞相互作用的治疗方法已成为临床实践中的有用工具，尽管这些疗法在几种肿瘤类型中取得了明显的成功，但其疗效有限，这种有限的应答率很可能是因为肿瘤微环境中存在着复杂的细胞-细胞相互作用网络，我们对此的了解还不完全。为了更好地发现可被靶向的相互作用，需要更全面地了解肿瘤微环境中发生的细胞-细胞相互作用以及这些相互作用如何发挥作用机制。单细胞rna测序(scrna-seq)方法已经广泛被用于计算肿瘤相关细胞类型的丰度，同时利用单细胞测序我们也能预知细胞即时的功能状态，这种测序手段对于分析细胞组成的异质性也具有重要意义。然而，除了描述肿瘤的细胞组成外，了解不同的细胞间如何相互作用，从而导致肿瘤的突发行为是至关重要的。虽然已有研究表明细胞间可以通过受体-配体的结合实现通讯，但是大部分的研究都是基于功能性实验来进行，这些实验费时且每次仅限于单一的交互作用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，所述分析方法基于单细胞测序，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术一方面提供一种影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：S1：提供多个单细胞的基因表达定量数据；S2：根据步骤S1所提供的基因表达定量数据，对细胞进行一次聚类分析，以提供正常细胞群和肿瘤细胞群；S3：将步骤S2所提供的细胞群进行差异基因表达分析，以提供各个细胞群之间的差异基因；S4：筛选步骤S3所提供的差异基因，以提供差异基因中所涉及的配体和受体的关系对；S5：根据步骤S4所提供的配体和受体的关系对，以提供富集的通路和/或生物学过程；和/或，根据步骤S3所提供的差异基因和步骤S4所提供的配体和受体的关系对，以提供配体和受体的关系对所对应的细胞群间通讯关系。本专利技术另一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法的步骤。本专利技术另一方面提供一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行上述的影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法的步骤。本专利技术另一方面提供一种装置，所述装置可以包括：数据提供模块，用于提供多个单细胞的基因表达定量数据；一次聚类分析模块，用于根据数据提供模块所提供的基因表达定量数据，对细胞进行一次聚类分析，以提供正常细胞群和肿瘤细胞群；第一分析模块，用于将一次聚类分析模块所提供的细胞群进行差异基因表达分析，以提供各个细胞群之间的差异基因；第二分析模块，用于筛选第一分析模块所提供的差异基因，以提供差异基因中所涉及的配体和受体的关系对；第三分析模块，用于根据第二分析模块所提供的配体和受体的关系对，以提供富集的通路和/或生物学过程；和/或，用于根据第一分析模块所提供的差异基因和第二分析模块所提供的配体和受体的关系对，以提供配体和受体的关系对所对应的细胞群间通讯关系；可选的，还可以包括：模型构建模块，用于根据第三分析模块所提供的细胞群间通讯关系和第二分析模块所提供的配体和受体的关系对，构建预后风险模型。附图说明图1显示为本专利技术影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法流程示意图。图2显示为本专利技术红细胞UMI占比的分布和关系图示意图。图3显示为本专利技术基因数量与UMI数相关性示意图。图4显示为本专利技术聚类分析结果示意图。图5显示为本专利技术配体和受体的关系对分析结果示意图。图6显示为本专利技术生物学过程和通路富集示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术第一方面提供一种影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，所述分析方法包括：S1：提供多个单细胞的基因表达定量数据；S2：根据步骤S1所提供的基因表达定量数据，对细胞进行一次聚类分析，以提供正常细胞群和肿瘤细胞群；S3：将步骤S2所提供的细胞群进行差异基因表达分析，以提供各个细胞群之间的差异基因；S4：筛选步骤S3所提供的差异基因，以提供差异基因中所涉及的配体和受体的关系对；S5：根据步骤S4所提供的配体和受体的关系对，以提供富集的通路和/或生物学过程；和/或，根据步骤S3所提供的差异基因和步骤S4所提供的配体和受体的关系对，以提供配体和受体的关系对所对应的细胞群间通讯关系。本专利技术所提供的影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，可以通过使用单细胞测序数据来分析受体-配体的结合，同时将这些特征与感兴趣的生物学结果和临床生存信息联系起来，从而有效预测细胞与细胞间的相互通讯并合理解释这些相互交流发挥作用的机制。本专利技术所提供的影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法可以包括：提供多个单细胞的基因表达定量数据。所述基因表达定量数据具体是各个单细胞中的基因表达量。获取并提供基因表达定量数据的方法对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，所述步骤S1中，可以根据单细胞测序下机数据获取多个单细胞的基因表达定量数据，再例如，此处的多个单细胞通常可以包括多类细胞，多个单细胞的数量具体可以是数百、数千、数万或更多的数量，例如，可以是500～1000、1000～2000、2000～4000、4000～6000、6000～10000、10000～20000、20000～40000、或更多的数量。具体来说，可以将测序reads与参考基因组进行比对，对比对上的基因reads数进行定量。通常来说，原始的单细胞测序下机数据通常需要进行质控，以获得高质量的测序reads，并进一步将测序reads与参考基因组进行比对。合适的质量控制方法、以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：/nS1：提供多个单细胞的基因表达定量数据；/nS2：根据步骤S1所提供的基因表达定量数据，对细胞进行一次聚类分析，以提供正常细胞群和肿瘤细胞群；/nS3：将步骤S2所提供的细胞群进行差异基因表达分析，以提供各个细胞群之间的差异基因；/nS4：筛选步骤S3所提供的差异基因，以提供差异基因中所涉及的配体和受体的关系对；/nS5：根据步骤S4所提供的配体和受体的关系对，以提供富集的通路和/或生物学过程；/n和/或，根据步骤S3所提供的差异基因和步骤S4所提供的配体和受体的关系对，以提供配体和受体的关系对所对应的细胞群间通讯关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：
S1：提供多个单细胞的基因表达定量数据；
S2：根据步骤S1所提供的基因表达定量数据，对细胞进行一次聚类分析，以提供正常细胞群和肿瘤细胞群；
S3：将步骤S2所提供的细胞群进行差异基因表达分析，以提供各个细胞群之间的差异基因；
S4：筛选步骤S3所提供的差异基因，以提供差异基因中所涉及的配体和受体的关系对；
S5：根据步骤S4所提供的配体和受体的关系对，以提供富集的通路和/或生物学过程；
和/或，根据步骤S3所提供的差异基因和步骤S4所提供的配体和受体的关系对，以提供配体和受体的关系对所对应的细胞群间通讯关系。


2.如权利要求1所述的影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据单细胞测序下机数据提供多个单细胞的基因表达定量数据。


3.如权利要求1所述的影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过t-SNE方法对细胞进行一次聚类分析；
和/或，所述步骤S2还包括：对正常细胞群进行二次聚类分析，以提供多个正常细胞亚群，优选的，通过细胞的标记基因对正常细胞群进行二次聚类分析。


4.如权利要求1所述的影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过R包LIMMA将步骤S2所提供的细胞群进行差异基因表达分析，以提供各个细胞群之间的差异倍数大于设定阈值的差异基因。


5.如权利要求1所述的影响细胞间通讯的受体-配体系统分析方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述配体和受体的关系对中，配体和受体分别属于不同的细胞群；
和/或，所述步骤S4还包括：计算配体和受体的关系对之间的相关系数，以提供相关系数大于设定阈值的关系对，所述相关系数优选为Spearman相关系数。


6.如权利要求1所述的影响细胞间通讯的受...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑运霞，左冰云，宋青芳，吴崇超，
申请(专利权)人：上海源兹生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31