课前准备--visium HD的课题分析思路

作者，Evil Genius

2026的培训这就打算开始了，我自己也需要准备很多的内容，完善空转分析的拼图。

无论课程是否可以正常开始，详细的总结都是要做的，既然选择了开始，无论发生什么，都认真做一下，这是对自己负责，后续分析项目，这都是财富，即使课程取消，项目分析也是要用的。

关于visium HD的分析，在去年培训的过程中能够借鉴的文章不到10篇，所以课程内容添加了很多关于日常分析的项目经验、个人的思路想法等等，时至今日，HD的文章已经有不低于50篇了，很多的思路得到了验证，也有一些新的内容需要总结和运用。

到目前为止（6月10号），2026年搜集到的文章，包括visium、visium HD、stereo-seq、xenium、CosMx等，不到200篇，均是高分文献，很值得我们借鉴。

其中我认为非常经典的文献，全部打了标签（标签为课件），很多思路想法都是从文献中出来的，如果培训能正常开起来的话，拉群的时候都给分享给大家。

每种空间平台的分析都有其特点，很多人以为HD或者Stereo-seq可以进行细胞分割分析了，那xenium等高精度完全可以被取代，实际上是完全不可能。

多组学必然是趋势，希望大家能够在精通单细胞空间的基础上，扩展一下多组学，当然，这是我个人的热情，也应该是科研人员的基本素质与能力。

今天我们来总结visium HD的分析思路，参考文献如下

知识积累

脑膜瘤的四种分子亚型（MG）：免疫原性型（MG1），表现为免疫浸润且预后良好；NF2野生型（MG2），携带非NF2驱动突变且预后良好；高代谢型（MG3），代谢通路上调，预后中等至不良；增殖型（MG4），表现为细胞周期激活、预后不良且对放疗抵抗。

数据队列

核心数据：单核RNA测序（102例样本，约58万个细胞核）和高精度空间转录组学（43例样本，约714万个细胞）。

分类依据：利用整体DNA甲基化数据确定肿瘤的分子亚型。

验证数据：通过配对的全基因组测序（DNA和RNA）来验证单细胞层面的发现。

样本来源：整合了多个医学中心、临床试验及公共数据库的712例样本。

拓展数据：在子集中补充了蛋白质组学（88例）和液体活检（血浆甲基化，59例）数据。

结果1、脑膜瘤单细胞图谱揭示重复出现的转录组元程序

核心目标：利用单核RNA测序（68例样本，约39.3万个细胞核）构建脑膜瘤细胞图谱，并识别细胞内的“元程序”（NMF）。

细胞组成：

肿瘤细胞占主导（约75%）。

非肿瘤细胞中，髓系细胞最多（占全部细胞的22.3%），淋巴系和内皮细胞较少。

元程序发现：

肿瘤细胞：发现11个MP。仅周期型和代谢型两个MP在绝大多数样本中共享，其余MP仅在部分样本中存在，体现肿瘤异质性。部分稀有MP对应明确通路，部分功能未知。

非肿瘤细胞：

髓系：7个MP，包括周期、干扰素、炎症/TNF、组织修复等类型。

淋巴系：6个MP（如代谢、周期、T细胞、B细胞等）。

内皮细胞：4个MP。

验证与特点：

通过公共数据验证，证实无新MP，且大队列对发现稀有MP（如髓系EMT、淋巴B细胞MP）至关重要。

周期状态与更高的发育潜能相关，肿瘤细胞潜能通常高于非肿瘤细胞。

不同细胞类型间的代谢型MP高度相似；部分肿瘤MP与髓系MP共享基因（如IFN样、EMT样）。

结果2、髓系细胞的状态（由MP定义）与脑膜瘤的分子亚型和WHO分级显著相关

主要关联：

周期型MP：与增殖型亚型、高级别（WHO 2/3级）相关。

EMT型MP：与免疫原型亚型（MG1）相关。

TNF型MP：在免疫原型亚型中下调。

组织修复型MP：与NF2野生型亚型（MG2）、低级别（WHO 1级）相关。

跨肿瘤比较：多数髓系MP程序在胶质母细胞瘤中也存在（EMT型除外），提示部分免疫微环境特征在不同脑肿瘤中保守。

蛋白验证：通过蛋白质组学数据验证了各MP的生物学通路，并筛选出候选蛋白标志物（如LMNB1、STAT1、MRC1等），但强调多基因组合特征比单一标志物更可靠。

生物学意义：髓系细胞并非被动存在，其状态与肿瘤整体生物学行为密切相关，可能影响临床预后。

结果3、部分脑膜瘤在空间上表现出显著的肿瘤细胞转录异质性

区域异质性的细胞类型差异：

肿瘤细胞：部分脑膜瘤在不同空间区域表现出显著的转录异质性。

髓系细胞：未表现出同等程度的区域异质性。

染色体缺失的区域稳定性：

关键生物标志物——22q和1p缺失——在同一肿瘤的不同区域中比例基本稳定，即使是在转录异质性显著的病例中也是如此。

这支持了临床实践中单区域采样可能足够用于评估这些生物标志物的观点。

罕见的内部异质性：

少数病例（3例）存在单核RNA测序与甲基化数据之间的不一致，提示在极少数情况下可能存在染色体1p或22q状态的肿瘤内异质性，需更大规模研究确认。

缺失与空间异质性的关联：

有趣的是，存在22q和/或1p缺失的肿瘤，其多个肿瘤MP的空间异质性（Moran指数）更高。

TNF样MP（MP5） 是与区域异质性关联最强的程序。

这一发现提示：染色体缺失带来的不良预后和治疗抵抗，可能部分归因于它们促进了肿瘤细胞的空间转录异质性。

结果4、空间信息采样揭示了脑膜瘤免疫重编程的机制

样本队列设计：

建立“空间硬脑膜”snRNA-seq队列：每例患者取1个肿瘤样本 + 多个周围硬脑膜样本（共33个样本，156,480个细胞）。

对照样本：2例胶质母细胞瘤患者的正常外观硬脑膜（无肿瘤附着，额外6,893个细胞）。

细胞类型定量方法：

计算各解剖位置（肿瘤、上方硬脑膜、周边/边缘硬脑膜、1cm/2cm切缘）中不同细胞类型的比例，使用卡方检验比较差异。

转录组分析方法：

无监督聚类：对所有髓系细胞进行聚类，采用患者层面的批次校正以去除个体间差异，识别差异基因程序。

伪bulk分析：将每个样本的基因表达聚合为伪批量数据，进行样本水平的统计比较，使用统计检验评估MP表达差异。

MP丰度比较：

在不同解剖来源（GBM硬脑膜、脑膜瘤硬脑膜、脑膜瘤肿瘤）中，比较已建立的各髓系MP（TNF型、代谢型、EMT型）的细胞比例。

核心结论

髓系细胞在肿瘤中高度富集：肿瘤中髓系细胞占42.7%，而硬脑膜中仅占<5%，提示髓系细胞募集参与脑膜瘤发病。

肿瘤与硬脑膜髓系细胞的转录谱截然不同：无监督聚类清晰区分了肿瘤来源和硬脑膜来源的髓系细胞。

MP表达的重编程特征：

肿瘤中上调：EMT型MP、代谢型MP

肿瘤中下调/硬脑膜中富集：TNF型MP

GBM硬脑膜中TNF型MP占绝对主导（80.7%）

重编程的细胞类型特异性：这种髓系MP表达的显著差异仅见于髓系细胞，其他细胞类型（如成纤维细胞、内皮细胞）无此现象，强调髓系重编程在脑膜瘤发病中的特殊作用。

髓系TNF MP在硬脑膜-肿瘤界面受到抑制

空间样本：3个Visium HD空间转录组样本，包含硬脑膜-肿瘤交界区域。

分析策略：

从硬脑膜边界开始，以100微米为单位划分连续的“区间（bin）”。

计算每个区间内髓系细胞的平均MP表达。

分析MP表达与距硬脑膜边界的距离之间的相关性。

核心结论：

TNF MP的空间梯度：从硬脑膜向肿瘤内部移动时，髓系TNF MP的表达随距离增加而持续下降（在最初2mm范围内呈负相关）。

关键生物学意义：TNF MP在非常短的空间距离内（肿瘤侧）就被显著抑制，提示主动下调TNF型髓系细胞状态可能是脑膜瘤得以发生和进展的重要机制之一。

验证作用：这一发现从空间转录组层面直接验证了前文snRNA-seq的观察结果，强化了髓系细胞重编程在脑膜瘤发病中的关键作用。

结果5、髓系-肿瘤细胞相互作用具有状态特异性并影响肿瘤微环境

相互作用推断（CellChat）：对snRNA-seq数据使用CellChat算法，识别髓系细胞（配体）与肿瘤细胞（受体）之间的状态特异性相互作用。

空间关联分析：

对每个髓系细胞，将其MP表达与半径50μm邻域内所有肿瘤细胞的平均基因表达进行相关性分析。

定义“MP相关基因”：与特定局部髓系MP显著相关的肿瘤基因。

验证不同邻域大小（25μm、100μm）的结果稳健性。

基因重叠分析：比较“肿瘤MP相关基因”与“定义髓系MP的基因”之间的重叠程度，计算重叠指数。

深度学习空间分析（CellNEST）：使用基于深度学习的工具CellNEST识别重复出现的、具有空间信息的受体-配体相互作用，并与snRNA-seq结果进行交叉验证。

状态特异性的相互作用：不同髓系MP状态与肿瘤细胞之间存在独特的配体-受体对，其中许多与促肿瘤微环境建立相关，提示髓系细胞是潜在的治疗靶点。

空间转录组验证：邻近髓系细胞的肿瘤细胞呈现与该髓系状态相关的独特转录谱，且这种影响具有距离依赖性。

转录谱的“模仿”现象：干扰素型和TNF型髓系细胞周围的肿瘤细胞，其MP相关基因与髓系自身的定义基因高度重叠（重叠指数0.68和0.57），提示髓系细胞可能诱导肿瘤细胞“模仿”其自身的转录特征。

关键配体-受体对：

IGF1-IGF1R：与组织修复MP强相关，在两种技术中均得到验证。

MERTK受体：涉及组织修复MP的多个相互作用，值得进一步研究。

TNF MP是关键：髓系TNF MP的表达水平与局部区域中髓系细胞和肿瘤细胞两者的密度关联最紧密。

其他MP也相关：EMT型、组织修复型和代谢型MP也与细胞密度存在较弱的正相关。

髓系细胞不仅仅是微环境中的被动成分，它们通过其不同的状态（MP），主动参与并塑造了脑膜瘤的微环境。

不同脑膜瘤在髓系细胞募集和激活状态上的差异，可能正是由上述这种髓系-肿瘤之间的相互作用所驱动的。

空间转录组学揭示细胞类型之间的全局空间依赖性

空间依赖性分析：利用空间转录组数据，分析不同细胞类型（肿瘤细胞、髓系细胞、淋巴系细胞、内皮细胞）在空间上的共定位/排斥模式。

尺度区分：区分“小尺度”（细胞邻近范围）和“大尺度”（组织整体范围）下的空间关系。

区域分类：

“免疫活跃”区域：富集非肿瘤细胞（髓系、淋巴系、内皮细胞）。

“肿瘤富集”区域：肿瘤细胞密集，非肿瘤细胞稀少。

空间组织模式：

小尺度：肿瘤细胞围绕髓系细胞聚集（提示局部相互作用）。

大尺度：肿瘤细胞呈分散分布。

两种空间区域类型：

免疫活跃区：所有非肿瘤细胞类型共同富集。

肿瘤富集区：以肿瘤细胞为主，非肿瘤细胞稀少。

MP的优先定位：

MP6 (EMT1) 和 MP11 (代谢型) 优先富集于肿瘤富集区，而非免疫活跃区。

生物学启示：

髓系细胞对肿瘤细胞的影响可能具有空间局限性，主要发生在“免疫活跃区”内。

提示脑膜瘤组织存在功能分区：不同区域可能由不同的细胞相互作用网络主导。

结果6、脑膜瘤细胞状态具有预后价值，且独立于分子亚型和细胞丰度

髓系MP的独立预后价值：

不良预后相关：周期型MP、代谢型MP

良好预后相关：EMT型MP、组织修复型MP

这些MP的预后价值独立于分子亚型和细胞丰度本身（细胞丰度无预后价值）。

其他细胞类型MP的预后价值：肿瘤细胞和淋巴系细胞的代谢型MP、淋巴系周期型MP也与不良预后相关。

液体活检可行性：血浆甲基化可推断髓系MP状态，周期型MP仍具有预后价值，提示无创生物标志物的潜力。

整合模型优于现有分类：

包含7个MP + 分子亚型的模型，预测误差（Brier评分）低于仅用分子亚型或WHO分级的模型。

综合细胞状态评分在调整多种临床因素后仍显著预测预后，并能进一步细化现有分子模型的预测分层。

放疗反应预测：综合细胞状态评分可识别出“预测为放疗敏感但实际预后不良”的亚组，提示其可能用于区分放疗抵抗患者。

核心观点：脑膜瘤微环境的细胞状态组成对肿瘤进展有强大影响，在分子亚型的基础上进一步提高了预后预测的精度。

髓系细胞是焦点：表现出显著的转录异质性、区域演变、状态依赖性相互作用及预后影响。

微环境高度复杂：多种细胞类型和状态共同构成脑膜瘤的生态系统。

最后，来看看方法visium HD

空间通讯推断

空间共定位

生活很好，有你更好。