单细胞数据整合分析之寻找最近邻(k.anchor、k.filter、k.score、MNN)

在单细胞数据中,整合方法是我们用到的最常用的算法,至于函数当然是FindIntegrationAnchors,但是其中有些内容我们需要深入了解一下,anchor是怎么找的?
k.anthor、k.filter、k.score与寻找锚点有什么关系
在这里我们就需要来弄明白整合的一个分析原理。

首先第一步:找anchor

我们在做整合分析的时候,对每个seurat对象都进行了Normalize和FindVariableFeatures,而找到的高变基因就是我们寻找anthor的基础。(默认是2000),当然每个样本找到的高变基因不完全相同,也可以人为指定。对于多个样本的整合,也是重复两个样本的整合,就是对两个的高变基因取交集,进行anthor的查找。(anchor也就是MNN)。
对于anchor寻找的原理,以下图为例:

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蓝点表示一个样本的细胞,红点表示另外一个样本的细胞,在查找的过程中,蓝点细胞去寻找红点样本中的k个邻居(Seurat里面默认是5),而红点细胞取寻找蓝点样本中的k个邻居,如果此时有双向邻居,则定义为一个anchor(锚点)。这样在数据集中会找到很多的anchor。

第二步:过滤不可靠的anchor。

不是所有的anthor都可以拿来用的。
在过滤阶段,过滤条件需要放宽,也不要求必须是双向邻居,单向邻居就够了(k.filter: How many neighbors (k) to use when filtering anchors)。这里默认参数是200。200个邻居内所有的anthor都会保留,确定可靠的邻居对。


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第三步:量化邻居对的可靠程度,采用的是共享邻居的比例。参数是30

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说到这里,相信大家都知道了数据整合的最根本原理,由此也知道了control和疾病的样本整合,为什么Seurat会有过拟合的结果

另外我们来关注一下另外一个函数FindTransferAnchors

这个函数有助于我们做细胞定义、单细胞与空间转录组数据的整合。原理与上面讲到的一致。也是寻找anchors,如下图。


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也就是说,我们利用该方法,利用一个定义好的细胞集,通过该函数可以找到相关的anchors,从而识别可能的细胞类型,Seurat在做单细胞和空间的联合分析的时候用到了该方法。但是要注意两点:
(1)单细胞数据和空间数据必须是匹配的
(2)随便找一个单细胞数据都可以得到结果,但没什么用,对应的结果才是正确的。

细胞类型的预测

有了已知的anchors,有一个待预测的cell或者空间spot,我们可以计算出该spot归属于每个anchors的概率,按照细胞类型为单位进行累加,就可以计算出该细胞或者spot属于某种细胞的概率值,概率值加和等于1,具体算法如下:


图片.png

Seurat实现方法:
FindTransferAnchors和TransferData,大家可以多了解一下,真正对单细胞分析成竹在胸。预测结果有如下的表格:


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从而实现细胞类型的空间分布:


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