细胞通讯分析（Nichenet）

1.工具概述：

细胞通讯分析可以给我们⼀些细胞类群之间相互调控/交流的信息，这种细胞之间的调控主要是通过受配体结合，传递信号来实现的。不同的分化、疾病过程，可能存在特异的细胞通讯关系，因此阐明这些通讯关系⾄关重要。

NicheNet从公共数据库中收集配体-受体配对信息、信号通路、基因调控网络等数据，整合成配体主导的权重配体-靶基因调控模型。然后将可能受到细胞通讯影响的差异基因集输入先验模型，可以计算与这些基因相关的配体的相关性系数。最后挑选根据相关性系数排行靠前的配体，依据先验数据推测与之匹配的受体、靶基因及下游信号网络等信息。

2.操作方法：

①任务名称：对本次小工具运行任务进行命名，方便后续任务查找及分析结果查看。

②Seurat RDS文件：此文件格式为RDS，rds是R语言中利用二进制保存的源文件。此处需要上传的是单细胞数据中Seurat软件的RDS文件。此文件主要包括表达量矩阵文件、降维聚类之后每个细胞对应的cluster和样本（sample）结果。以上信息为必须，除此之外也可以加上每个细胞对应的组别（group）和细胞类型（celltype）信息。

示例文件：

③细胞类型注释结果：此表共计两列，第一列为cluster，第二列为celltype;只能以英文字符开头，允许字母、数字、下划线，不能出现“+”“-”等特殊符号，此表格为文本文件(制表符分隔)(*.txt)文件。

示例文件：

④样本选择：输入待分析的样本名称，允许多个同时检索，中间以英文状态逗号隔开。

⑤分组信息表：分组方案，第一列为样本名，第二列为组名，制表符分隔。表头固定，必须包含sample和group2列信息。

示例文件：

⑥对照组文件：文件格式为txt，制表符分隔，前两列有效。此为差异分组方案，第一列为对照组名，第二列为处理组名。表头固定，必须包含control和treatment列。

示例文件：

⑦物种选择：选择需要分析的物种信息。默认仅能分析人、大小鼠。其他物种需要与人的基因做同源比对。

⑧receiver&sender文件：用于设置NicheNet的receiver和sender。receiver&sender文件中receiver一列只能指定一个细胞类型，sender允许为空或者指定一个或多个，多个中间以英文字符逗号隔开。具体可参照示例文件。

示例文件：

⑨sender为空时默认参数：默认receiver一列必填，sender可以为空，为空会默认除receiver之外的所有其他细胞类型皆为sender。

3.结果解读：

NicheNet的特点是做差异组别之间的细胞通讯分析，故而会根据参数设置处输入的差异组别以及细胞类型，展示不同的结果。此处需要在结果展示处，先选择自己需要查看的差异组别以及差异细胞类型，才能看到对应此差异结果的对应细胞通讯结果。此处可以在结果上方鼠标点击“切换差异组别”和“切换差异细胞类型”进行切换。除此之外，每个差异组别与差异细胞类型，分别对应靶基因情况、配体活性分析结果以及受体情况，也需要在结果上方鼠标点击“切换展示结果”进行查看。

3.1配体活性分析结果

NicheNet会根据预测的配体活性对配体的优先级进行排序，这些配体由所有的发送者细胞（sender cell）表达。

（1）配体在各个细胞亚群中的活性信息表

注：Auroc、aupr、pearson是评估配体活性的指标；rank根据pearson相关系数进行排序；主要参考pearson指标，bona_fide_ligand=True代表有文献报道的配体-受体，bona_fide_ligand=False代表PPI预测未经实验证实的配体-受体。

（2）top20配体在各个细胞亚群中表达活性气泡图

注：横坐标为配体，纵坐标为细胞类型，气泡大小表示表达比例高低，颜色表示标准化后的平均表达量。

（3）top20配体分组别对比配体的活性气泡图

注：横坐标为配体，纵坐标为细胞与细胞关系对，气泡大小表示表达比例高低，颜色表示标准化后的平均表达量。

（4）top20 ligands分组别对比配体的表达小提琴图

注：横坐标为细胞类型，纵坐标是标准化后的平均表达量，颜色代表不同的分组

注意：该图默认展示top20配体在各个细胞亚群中表达活性气泡图。此图上方可以切换可视化方式。如需下载图片，点击下载按钮即可！

3.2配体靶基因情况

配体基因会调控靶基因的表达，根据预测的活性的配体，推断可调控的靶基因。

（1）配体调控靶基因信息表（ligand_target_matrix.csv）

注：行代表配体，列代表差异的靶基因，数字为调控强弱。

（2）配体基因对应的靶基因详情表

注：此表为配体对应的调控靶基因，weight代表调控关系的强弱，数值越大，调控关系越强。

（3）所有预测的配体对应的活性靶基因热图

注：纵坐标为配体，横坐标为对应的活性靶基因，颜色深浅代表调控强弱。

（4）配体基因pearson相关性活性热图和调控的靶基因调控热图

注：左侧图为预测配体的活性，颜色越深活性越高，左侧为配体与预测靶基因的调控关系热图，颜色越深调控能力越强。

（5）top20的靶基因在接受（receiver）细胞中，不同处理下的表达气泡图

注：纵坐标为不同分组下的细胞类型，横坐标为对应的活性靶基因，气泡大小表示该基因的表达比例。

（6）top20的靶基因在接受细胞中，不同处理下的表达小提琴图

注：Top20 的靶基因在接受细胞中，不同处理下的表达小提琴图。红色代表处理组，绿色代表对照组。

注意：该图默认所有预测的配体对应的活性靶基因热图。此图上方可以切换可视化方式。如需下载图片，点击下载按钮即可！

3.3 受体情况

对于配体基因对应的受体情况，NicheNet会根据预测的活性配体，推断其受体。

（1）配体-受体信息表

注：行代表配体，列代表差异受体。数字为调控强弱。

（2）根据数据库推断的所有配体和受体存在的通讯关系热图

注：纵坐标为配体，横坐标为受体，颜色越深相互作用潜力越大。

（3）有文章支持的受体和配体的相互作用热图

注：纵坐标为配体，横坐标为受体，颜色越深相互作用潜力越大。

（4）受体基因在接受细胞中，不同处理下的表达气泡图

注：纵坐标为不同分组下的细胞类型，横坐标为受体基因，气泡大小表示该基因的表达比例。

注意：该图默认展示根据数据库推断的所有配体和受体存在的通讯关系热图。此图上方可以切换可视化方式。如需下载图片，点击下载按钮即可！