AltraFlowSOM：一种用于成像质谱流式细胞术表型分析的半监督框架

成像质谱流式细胞术（Imaging Mass Cytometry，IMC）能够在组织中以单细胞分辨率同时定量检测40余种蛋白标志物，然而，如何在大规模分析中实现具有生物学保真性的细胞表型鉴定，仍是一个关键瓶颈。无监督聚类会将具有一致性的细胞群体碎片化，或反之将生物学上不一致的群体合并为单一簇；监督分类器则受限于封闭的分类词汇体系；此外，稀有亚群（其承载着具有临床意义的生物学信息）与大量细胞亚群并存，也可能不利于检测性能。我们提出了AltraFlowSOM，这是一种FlowSOM的半监督扩展方法，通过双层SuperSOM架构将部分专家标注直接嵌入自组织映射训练过程，在标签引导的拓扑锚定与无监督发现之间实现平衡。通过将映射锚定于具有生物学标注的参考点，AltraFlowSOM规避了批次校正与聚类之间的经典依赖关系。在两个独立的IMC队列——狼疮性肾炎（n=22个感兴趣区域，ROIs）和干燥综合征（n=10个ROIs）——中进行留一交叉验证的评估结果显示，AltraFlowSOM在调整兰德指数、F1分数（宏平均和加权平均）、加权纯度以及稀有群体识别方面均优于所有无监督和监督基线方法。其Treg细胞的中位回收率也超过了所有比较方法。AltraFlowSOM通过建立一种具有普适性的半监督SOM方法，解决了高维IMC表型鉴定中的可扩展性、对齐性与发现能力三难困境。

成像质谱流式细胞术（Imaging Mass Cytometry，IMC）能够在组织中以单细胞分辨率同时定量检测40余种蛋白质标志物，然而，实现大规模且符合生物学真实情况的细胞表型分析仍是一个关键瓶颈。无监督聚类会将具有一致性的细胞群体割裂开来，或反之将生物学上不相容的细胞群体合并为单一簇；监督分类器则受限于封闭的类别词汇体系；此外，稀有细胞亚群（其往往承载具有临床意义的生物学信息）与大量细胞亚群并存，也可能损害检测性能。我们提出了AltraFlowSOM，这是一种FlowSOM的半监督扩展方法，通过双层SuperSOM架构将部分专家标注直接嵌入自组织映射训练过程，在标签引导的拓扑锚定与无监督发现之间实现平衡。通过将映射锚定于具有生物学标注的参考点，AltraFlowSOM规避了批次校正与聚类之间的传统依赖关系。在两个独立的IMC队列上采用留一法交叉验证进行评估：狼疮性肾炎队列（n=22个感兴趣区域，ROIs）和干燥综合征队列（n=10个ROIs）。在调整兰德指数、F1分数（宏平均与加权平均）、加权纯度以及稀有细胞群体识别方面，AltraFlowSOM均优于所有无监督和监督基线方法。其Treg细胞的中位数回收率也高于所有对照方法。AltraFlowSOM解决了可扩展性、一致性与发现能力之间的三难困境，确立了半监督SOM作为一种适用于高维IMC表型分析的通用方法。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.31.748226v1?rss=1

🏷️ 成像质谱流式细胞术 半监督学习 FlowSOM 单细胞表型分析 自组织映射 稀有细胞亚群