利用 CONCISE 从空间分辨转录组学中推断空间共表达与细胞间通信

细胞间通信是组织构建、稳态维持和疾病进展的基础。近年来，空间转录组学的进展为直接在完整组织内系统表征配体-受体相互作用提供了前所未有的机遇。然而，空间配体-受体相互作用的稳健推断仍然面临挑战，因为空间转录组学数据的内在特征，包括空间自相关、总分子计数的变异以及测量误差，可能诱导伪性的空间共表达，并导致假阳性结果膨胀。现有大多数方法未能充分考虑这些混杂因素，从而限制了细胞通信推断结果的可靠性。 在此，我们提出CONCISE，一种用于空间约束共表达与配体-受体相互作用推断的统计方法，该方法联合建模空间自相关、总分子计数变异、测量误差以及空间邻近性约束。CONCISE将高效的基于矩的参数估计与解析性假设检验相结合，在无需施加严格分布假设的前提下，实现了快速且统计学上严谨的推断。通过大规模模拟、真实数据置换实验以及跨不同空间转录组学平台的生物学驱动负对照分析，我们表明，大多数现有方法都表现出膨胀的假阳性率，而CONCISE则实现了校准良好的推断、稳健的假阳性控制以及更高的检测效能。 将CONCISE应用于肠道炎症和非小细胞肺癌的高分辨率MERFISH和CosMx数据集，进一步凸显了其在疾病情境中的生物学应用价值。CONCISE揭示了肠道炎症过程中与炎症相关的成纤维细胞特异性相互作用，并刻画了肿瘤微环境中复杂的肿瘤-免疫及肿瘤-基质信号传导网络。

细胞间通信是组织构成、稳态维持和疾病进展的基础。近年来，空间转录组学的进展为直接在完整组织内系统表征配体-受体相互作用提供了前所未有的机会。然而，空间配体-受体相互作用的稳健推断仍然面临挑战，因为空间转录组学数据的内在特征，包括空间自相关、总分子计数的变化以及测量误差，均可能诱导虚假的空间共表达，并导致假阳性结果膨胀。现有大多数方法未能充分考虑这些混杂因素，从而限制了所推断细胞通信结果的可靠性。

在此，我们提出 CONCISE，这是一种用于空间约束共表达和配体-受体相互作用推断的统计方法，能够联合建模空间自相关、总分子计数变异、测量误差以及空间邻近性约束。CONCISE 将高效的基于矩的参数估计与解析性假设检验相结合，在无需施加严格分布假设的情况下，实现了快速且具有统计学严谨性的推断。

通过广泛的模拟实验、真实数据置换实验，以及跨不同空间转录组平台开展的基于生物学动机的阴性对照分析，我们表明，大多数现有方法均表现出膨胀的假阳性率，而 CONCISE 则实现了校准良好的推断、稳健的假阳性控制以及更高的检测效能。将 CONCISE 应用于肠道炎症和非小细胞肺癌的高分辨率 MERFISH 和 CosMx 数据集，进一步凸显了其在疾病背景中的生物学实用性。CONCISE 揭示了肠道炎症过程中与炎症相关的成纤维细胞特异性相互作用，并刻画了肿瘤微环境内复杂的肿瘤-免疫及肿瘤-基质信号网络。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.22.733860v1?rss=1

🏷️ 空间转录组学 细胞间通信 配体-受体相互作用 空间共表达 统计推断 肿瘤微环境