3月29日，中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所李虹研究團隊在國際學術(shù)期刊Genome Biology在線發(fā)表了題為“SOAPy: a Python Package to Dissect Spatial Architecture, Dynamics and Communication”的研究論文。該研究推出了一款基于Python的空間組學集成分析工具包SOAPy，為解析空間微環(huán)境提供了多樣化的分析策略。
組織結(jié)構(gòu)與微環(huán)境對于維持器官正常生理功能和疾病發(fā)生發(fā)展都起著極為關(guān)鍵的作用。近年來，空間組學實驗技術(shù)的迅猛發(fā)展使在組織原位上高通量捕獲單細胞層面的分子特征成為可能,深化了科學家對組織微環(huán)境的理解。李虹研究組前期運用計算手段對肝癌組織的空間轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)深入解析，破譯了肝癌成纖維細胞的表達異質(zhì)性、功能多樣性、空間分布和細胞間通訊（Genome Med?2024, 16(1):98.）；全面闡述了不同尺度空間特征的計算方法，及對癌癥基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究的影響（NPJ Precis Oncol?2025, 9(1):68）。然而，空間組學數(shù)據(jù)的復雜性也帶來了計算挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的分析方法較為零散，迫切需要一個對微環(huán)境空間結(jié)構(gòu)進行綜合分析的工具包。
SOAPy通過整合現(xiàn)有高性能算法與自主開發(fā)新方法，構(gòu)建了一個靈活且多功能的分析框架。SOAPy通過靈活的預處理模塊，兼容多種空間組學平臺的數(shù)據(jù)；從空間域識別、空間表達趨勢、時空表達模式、細胞共定位、多細胞生態(tài)位及細胞間通訊六個維度，系統(tǒng)解析空間組學中的常見問題。利用多種空間組學技術(shù)的數(shù)據(jù)集對SOAPy進行了測試，驗證了其在腫瘤和發(fā)育等多種應(yīng)用場景下解析細胞和基因空間分布模式的優(yōu)越性。例如，SOAPy針對細胞間通訊和受配體相互作用設(shè)計了新的度量指標，與已有方法相比顯著降低了假陽性并成功推斷了分泌型LR介導的遠距離相互作用和接觸型LR介導的近距離作用；通過SOAPy的空間結(jié)構(gòu)模塊可定義腫瘤微環(huán)境中的細胞微生態(tài)，量化腫瘤的空間異質(zhì)性并發(fā)現(xiàn)與患者預后相關(guān)的微生態(tài)；將SOAPy的時空分解模塊應(yīng)用于小鼠胚胎發(fā)育和肝損傷，可捕獲時間和空間引起的基因表達變化。綜上，SOAPy為解析組織結(jié)構(gòu)和微環(huán)境提供了有效的工具，相關(guān)代碼可從PyPI（https://pypi.org/project/SOAPy-st/）或GitHub（https://github.com/LiHongCSBLab/SOAPy）下載。
中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所李虹研究員為本論文通訊作者，博士研究生王鶴锜和李家榮為本論文共同第一作者。該研究得到國家自然科學基金項目、上海市級科技重大專項及中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的資助，同時得到研究所王振、李于和章海兵研究員、所級公共技術(shù)中心形態(tài)與空間多維組學技術(shù)平臺陳瑜潔工程師的大力支持。研究使用的所有組學數(shù)據(jù)均來自公開發(fā)表的數(shù)據(jù)集。
文章鏈接：
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-025-03550-5
圖：面向空間組學的微環(huán)境解析工具包SOAPy，包括預處理、空間分子動力學、空間結(jié)構(gòu)和空間通訊四個模塊。
推送部門：李虹研究組、科技規(guī)劃與任務(wù)處
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