3月29日，中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所李虹研究團(tuán)隊(duì)在國際學(xué)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(xué)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(duì)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(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的迅猛發(fā)展使在組織原位上高通量捕獲單細(xì)胞層面的分子特征成為可能,深化了科學(xué)家對(duì)組織微環(huán)境的理解。李虹研究組前期運(yùn)用計(jì)算手段對(duì)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(xì)胞的表達(dá)異質(zhì)性、功能多樣性、空間分布和細(xì)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(jì)算方法，及對(duì)癌癥基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的影響（NPJ Precis Oncol?2025, 9(1):68）。然而，空間組學(xué)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性也帶來了計(jì)算挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的分析方法較為零散，迫切需要一個(gè)對(duì)微環(huán)境空間結(jié)構(gòu)進(jìn)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(gè)靈活且多功能的分析框架。SOAPy通過靈活的預(yù)處理模塊，兼容多種空間組學(xué)平臺(tái)的數(shù)據(jù)；從空間域識(shí)別、空間表達(dá)趨勢、時(shí)空表達(dá)模式、細(xì)胞共定位、多細(xì)胞生態(tài)位及細(xì)胞間通訊六個(gè)維度，系統(tǒng)解析空間組學(xué)中的常見問題。利用多種空間組學(xué)技術(shù)的數(shù)據(jù)集對(duì)SOAPy進(jìn)行了測試，驗(yàn)證了其在腫瘤和發(fā)育等多種應(yīng)用場景下解析細(xì)胞和基因空間分布模式的優(yōu)越性。例如，SOAPy針對(duì)細(xì)胞間通訊和受配體相互作用設(shè)計(jì)了新的度量指標(biāo)，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(dǎo)的遠(yuǎn)距離相互作用和接觸型LR介導(dǎo)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(xì)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(yù)后相關(guān)的微生態(tài)；將SOAPy的時(shí)空分解模塊應(yīng)用于小鼠胚胎發(fā)育和肝損傷，可捕獲時(shí)間和空間引起的基因表達(dá)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(xué)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(xué)基金項(xiàng)目、上海市級(jí)科技重大專項(xiàng)及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助，同時(shí)得到研究所王振、李于和章海兵研究員、所級(jí)公共技術(shù)中心形態(tài)與空間多維組學(xué)技術(shù)平臺(tái)陳瑜潔工程師的大力支持。研究使用的所有組學(xué)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(xué)的微環(huán)境解析工具包SOAPy，包括預(yù)處理、空間分子動(dòng)力學(xué)、空間結(jié)構(gòu)和空間通訊四個(gè)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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