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bioRxiv来源发表:

组织切片里的蛋白不必都靠抗体测:MorphoProt用RNA引导多尺度H&E,在三组织留出切片上超过SPRINT

核心概要

空间转录组测了RNA却常常没有配套蛋白测量,而蛋白丰度并不能由RNA完全反映。MorphoProt把每个位点的RNA表达当作查询,对五个尺度的H&E视野做交叉注意力,再经物理邻域与转录组邻域两路门控聚合,联合解码整套蛋白面板。在人扁桃体、小鼠脾和人肝的留出切片上,其平均逐蛋白Spearman相关分别为0.652、0.604和0.372,三种组织均高于仅RNA、图方法和HIPI、SPRINT等对照。

AI-generated editorial illustration: MorphoProt: RNA-Conditioned Integration of Multiscale Histology for Spatial Protein Inference

深度剖析

空间蛋白丰度现在可以直接从常规随空间转录组采集的H&E图像和RNA表达推断,覆盖整套蛋白面板,而不只限于抗体面板选定的少数蛋白。 此前的空间蛋白推断主要依赖转录组谱和空间邻接关系,或只用组织学切片预测蛋白;多模态的SPRINT虽结合组织学与空间转录组,但没有让每个位点的分子状态去决定读哪一尺度的形态信息。 在人扁桃体、小鼠脾和人肝的留出切片上,MorphoProt的平均逐蛋白Spearman相关为0.652、0.604和0.372,三种组织均为所比较方法中最高;相对匹配的仅RNA网络分别高出0.038、0.040和0.065,相对最强的多模态对照SPRINT分别高出0.018、0.068和0.018。

每个位点读哪一尺度的组织形态,由它自身的RNA状态决定,因此同一张切片里不同分子状态的区域可以侧重不同视野。 固定单一视野或对所有位点统一加权时,多尺度信息无法按位点分化;把五个视野直接拼接送入Transformer也不如RNA引导的交叉注意力。 在小鼠脾中,白髓位点把最大注意力放在最细视野(0.29,最粗为0.19),红髓位点则放在最粗视野(0.27,最细为0.13),四个随机种子顺序一致;去掉物理邻域图使Spearman相关下降0.010至0.014,降幅大于去掉转录组邻域图。

预测出的蛋白保留了由蛋白定义的组织域和生发中心结构,而不只是逐点数值接近。 仅看相关系数无法说明预测是否还原组织架构;此前的对照方法在同样聚类下与实测蛋白域的一致性更低。 对实测蛋白与预测蛋白分别做k均值聚类,MorphoProt在扁桃体k=5时调整兰德指数为0.703、脾为0.334,SPRINT为0.513和0.195,仅RNA为0.656和0.280;扁桃体预测蛋白域与实测域逐域标记谱相关0.95至0.98,86.8%的位点归入同一域。

启示与展望

评估限于人扁桃体、小鼠脾和人肝各一个留出切片划分,蛋白面板分别为29、21和31个,训练需要与空间转录组配对的蛋白测量参考切片。读者对象是做空间转录组与组织图像分析的研究者;跨供体、染色方案、平台和未见面板的泛化仍需独立验证。

扁桃体的组织学增益很小,验证选出的单视野模型与五视野模型持平(0.651对0.652),且该组织五个视野嵌入最相似;肝上相对SPRINT的配对区间包含零,两法在生发中心识别上表现相当;逐蛋白比较未做多重检验校正,置信区间也未涵盖独立供体或切片间的变异。