空间图谱模拟
生成具有空间特征和细胞共定位模式的细胞空间坐标。
当无空间参考时，使用随机游走算法定义区域并随机分配细胞；当有空间参考时，使用Delaunay三角剖分估计空间窗口，拟合泊松点过程模型并用Metropolis-Hastings算法生成新坐标，然后删除重叠细胞。
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sCCIgen：用于细胞间相互作用研究的高保真空间分辨转录组数据模拟器
sCCIgen: a high-fidelity spatially resolved transcriptomics data simulator for cell-cell interaction studies
实验完整度
高包含真实数据模拟、性能比较、去 novo 模式模拟、工具基准测试等多个独立验证层级。
主要模型
SeqFISH+ 小鼠皮层数据 GTEx 乳腺组织 snRNAseq 数据 MERFISH 卵巢癌数据
重点核对
参考数据来源：SeqFISH+ 小鼠皮层、GTEx 乳腺 snRNAseq、MERFISH 卵巢癌 细胞类型注释的准确性 细胞邻域定义方法（k近邻、Delaunay三角剖分、距离基础） 细胞-细胞共定位效应大小（β值） 基因表达效应大小、标准差及方向
摘要
空间分辨转录组学（SRT）促进了在原生组织环境中研究细胞间相互作用。为了支持方法开发和基准测试，我们引入了sCCIgen，一个基于真实数据的模拟器，可生成具有已知相互作用特征的高保真合成SRT数据。sCCIgen保留了转录组和空间特征，并提供了关键的相互作用特征，包括细胞共定位、基因表达的空间依赖性以及相邻细胞之间的基因-基因相互作用。它支持来自SRT数据、仅单细胞表达数据以及不配对的表达和空间数据的输入。sCCIgen具有交互性、用户友好、可重复性好且文档完善，可用于研究细胞相互作用和空间生物学。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 如何生成带有已知相互作用特征的高保真空间转录组数据，以支持方法开发和基准测试？
- 核心机制
- sCCIgen通过两步流程模拟数据：先模拟细胞空间图谱（包括共定位、空间依赖性和基因互作），再基于零膨胀负二项模型和高斯copula模拟基因表达，并加入细胞间相互作用对表达的效应。
- 主要证据
- 基于SeqFISH+、snRNAseq、MERFISH数据的模拟实验表明，sCCIgen能较好再现空间和转录组特征，且其估计的CCI效应在相关性和MSE上优于SRTsim和scDesign3。
- 研究意义
- sCCIgen为空间转录组分析工具提供了可靠的基准测试平台，并有助于实验设计和功效分析。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
基因表达模拟
生成符合参考数据边缘分布和基因-基因相关性的单细胞表达矩阵。
对每个细胞类型拟合ZINB模型，使用高斯copula生成相关计数，然后根据用户指定的CCI效应和区域变异对log计数进行更新，最终取整输出。
去 novo CCI模式生成
展示sCCIgen生成自定义细胞共定位、表达空间依赖性和基因互作模式的能力。
基于GTEx乳腺snRNAseq数据，分别设置不同的共定位效应大小、表达依赖效应大小和基因对效应大小，生成模拟数据并可视化。
区域性变异与CCI联合模拟
评估CCI和空间变异对空间可变基因识别的影响。
在两个模拟场景中，基于GTEx乳腺snRNAseq数据，在三个区域模拟1000个细胞，并分别改变细胞类型组成和区域基因表达，然后进行空间可变基因分析。
基于不配对数据的模拟
展示sCCIgen利用来自不同来源的表达和空间数据生成模拟数据的能力。
使用MERFISH卵巢癌数据，采用slide 1的表达谱和slide 3的空间图谱，模拟209,173个细胞的表达谱。
工具基准测试
利用sCCIgen模拟数据评估基于scRNAseq/snRNAseq的配体-受体推断工具的性能。
基于SeqFISH+小鼠皮层数据模拟10个独立数据集，使用9种LR推断工具进行基准测试，比较平衡准确率和归一化F1分数。
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
产品清单
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| 软件/接口 | sCCIgen | -- | -- |
| 交互式用户界面 | Shiny | -- | -- |
| 软件依赖 | R | -- | -- |
| 空间模型拟合 | spatstat.random::rmh | -- | -- |
| 数据分析 | Giotto | -- | -- |
| Seurat | -- | -- | |
| SpatialExperiment | -- | -- | |
| 用户界面包 | shiny | -- | version |
| minUI | -- | version | |
| shinyFiles | -- | version | |
| scDesign3 模拟 | scDesign3 包 | -- | -- |
| SRTsim 模拟 | SRTsim 包 | -- | -- |
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 空间图谱模拟 | 参考数据来源（SeqFISH+、snRNAseq、MERFISH）、细胞类型注释、坐标范围、区域定义、邻居定义方法（k近邻、Delaunay、距离阈值） 阅读提示：Methods: sCCIgen Stage 1, 以及参考数据集部分的描述 |
| 基因表达模拟 | 基因集（如2500个高度可变基因）、细胞数（如511、5990、500、1000等）、测序深度、ZINB模型拟合参数、copula协方差估计 阅读提示：Methods: sCCIgen Stage 2, 以及数据模拟部分的描述 |
| CCI模式设置 | 效应大小（如：共定位效应-3,0,3；表达依赖效应0,0.1,…,0.5；基因互作效应0,0.1,…,0.5）、扰动基因比例（如10%、20%）、距离阈值 阅读提示：Methods: 计算CCI对基因表达的影响部分，以及图5、6、7的图注 |
| 空间变异设置 | 区域数量（如3）、区域内的细胞类型组成差异、区域特异性基因表达扰动（如20%的基因） 阅读提示：Methods: 计算CCI和区域变异对log counts的影响部分，以及图6、7 |
| 基准测试 | 模拟数据集数量（如10）、工具列表、评估指标（平衡准确率、归一化F1）、Giotto估计的LR集合作为真实值 阅读提示：Methods: Benchmarking the snRNAseq/scRNAseq-based CCI analytical tools |