内容复习--分子niche与细胞niche的区别

作者，Evil Genius

先给大家一张分析的思路图

其实很多学员问，说文章对visium的注释直接联合即可，后续分析细胞niche才会多样本比较， 而且用的是细胞矩阵，那么多样本的基因矩阵整合还有没有必要做呢？

其实问题的核心在于分子niche与细胞niche的差异点在哪里以及背后的生物学意义。

我们来简单判读一下

首先是细胞niche

首先看分析内容

对所有样本的所有空间 spots，基于其细胞类型组成向量（即每种细胞在该 spot 的丰度）进行无监督聚类；

聚类得到 cluster，每个cluster代表一种重复出现的细胞组合模式，被定义为一个 “细胞类型微环境”（cell-type niche）。

通过富集分析，将每个 niche 与特定功能或病理状态关联（如肌源性、炎症性、纤维化等）。

结合空间位置可视化，确认 niche 在组织中的空间分布特征（如均匀分布 vs 局部富集）。

进一步分析依赖关系

使用 MISTy 模型 分析：一个 spot 中某细胞类型的丰度是否可由其邻域内其他细胞的组成预测；

评估不同空间尺度（自身、局部邻域、扩展邻域）下的细胞间依赖性。

其核心生物学意义：

1、揭示组织的功能结构单元

这些 niche 被视为心肌组织中共享的、可重复的结构-功能模块（“building blocks”），在不同个体和切片间保守存在，便于跨样本比较。

2、关联病理状态

特定 niche 与疾病状态高度相关：

Niche 5（髓系+淋巴细胞富集）→ 炎症微环境，在缺血区域特异性富集；

Niche 4（成纤维细胞为主，伴髓系细胞）→ 纤维化微环境，反映心肌修复/瘢痕形成过程。

3、揭示细胞间互作与依赖关系

内皮细胞是多种血管相关细胞（vSMCs、周细胞、心肌细胞）丰度的关键预测因子 → 支持血管网络在心肌组织架构中的核心作用；

髓系细胞与成纤维细胞相互依赖 → 反映免疫-基质交互在纤维化中的机制（如巨噬细胞激活成纤维细胞）。

4、整合稀有细胞类型的空间生态位

成功识别包含血管平滑肌细胞（vSMCs）、脂肪细胞、增殖细胞等稀有群体的 niche，说明该方法能捕捉低丰度但功能重要的细胞共定位事件。

5、为分子机制研究提供空间上下文

建立了“细胞共定位图谱”，使得后续可在特定 niche 内进行差异表达、通路富集或配体-受体互作分析，实现从空间结构到分子机制的桥梁。

接下来看分子niche

分子niche是基于空间 spots 的基因表达谱进行聚类，定义了一组 “分子微环境”（molecular niches）。

核心意义在于

1. 揭示细胞功能状态的异质性，超越细胞类型组成

即使在相同细胞类型（如心肌细胞）占主导的区域，基因表达谱的差异可定义出多个分子 niche；

这些 niche 反映了细胞在代谢、电生理、结构和应激响应等方面的功能亚态（functional states），而非仅仅是“谁在那里”。

2. 捕捉组织重构中的细微病理变化

分子 niche 能区分细胞组成相似但功能状态不同的区域（如对照 vs 远端区 vs 边缘区），而传统基于细胞类型的 niche 无法做到；

揭示了看似“正常”的远端心肌其实已发生分子层面的适应性改变。

3. 关联空间位置与疾病进程

特定分子 niche 与特定病理区域高度共定位：

炎症/纤维化相关 niche → 缺血或瘢痕区域；

应激型心肌细胞 niche → 梗死边缘区（损伤前沿）；

稳态型心肌细胞 niche → 对照或远端区。

从而将空间位置、组织结构与分子功能三者统一。

总结一下就是：分子 niche 分析通过解码空间 spots 的基因表达程序，揭示了心肌组织在梗死后不仅“细胞种类变了”，更关键的是“同一种细胞的功能状态也发生了精细重编程”，从而在分子层面刻画了心脏损伤、适应与重构的动态图谱。

综合比较一下

所以综合分析才能得到全面、合理的结果。

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