相信單細(xì)胞領(lǐng)域的小伙伴們對(duì)SCENIC分析（Single-Cell Regulatory Network Inference And Clustering）并不陌生，但如何升華該分析的生物學(xué)意義？如何將自己的結(jié)果制作成高分文章的樣子（SCENIC熱圖）？難倒的英雄好漢應(yīng)該不少。（趕緊關(guān)注我們吧～為您講解詳細(xì)的ScRNA-Seq數(shù)據(jù)分析結(jié)果，及具體分析工具！?。。?

? SCENIC分析高分文章案例分享：

SCENIC分析是對(duì)ScRNA-Seq數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)錄因子（Transcription Factors，TFs）進(jìn)行研究，最終篩選得到調(diào)控強(qiáng)度顯著、處于核心作用的TFs，結(jié)果通常以熱圖形式展示。尤其在腫瘤學(xué)中，SCENIC分析可以幫助找到與腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)的關(guān)鍵“驅(qū)動(dòng)基因（Driver）”，從而為探究其發(fā)病機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

圖1 肺癌組織中內(nèi)皮細(xì)胞SCENIC分析熱圖

（圖片來(lái)源于文獻(xiàn)Lambrechts, D., et al. "Phenotype molding of stromal cells in the lung tumor microenvironment. " Nature Medicine 24.8(2018):1277. IF=32.621）

圖1為肺癌組織中內(nèi)皮細(xì)胞SCENIC分析結(jié)果。其中，EHF在腫瘤中表達(dá)具有異質(zhì)性，在腫瘤發(fā)生及不同階段發(fā)揮不同作用。從圖1可以看出，與非惡性內(nèi)皮細(xì)胞相比，EHF在Tumour細(xì)胞中具有較顯著的調(diào)控作用，提示可以進(jìn)一步研究EHF通過(guò)開啟下游何種信號(hào)通路調(diào)控Tumour細(xì)胞的增殖與遷移，進(jìn)而影響肺癌進(jìn)展。

? SCENIC分析工具

圖2 SCENIC分析流程

l step 1：采用grnboost2識(shí)別并篩選出與TFs共表達(dá)（co-expression）的基因。注意：其中部分基因僅與TFs表達(dá)相關(guān)，而非靶基因；

l step 2：使用RcisTarget對(duì)每個(gè)共表達(dá)模塊進(jìn)行顯著性Motif富集，篩選得到顯著表達(dá)的靶基因，我們將每一對(duì)TFs與靶基因的組合稱為調(diào)節(jié)子（regulons）。

l step 3：采用AUCell算法對(duì)每一組regulon的轉(zhuǎn)錄活性進(jìn)行打分，從而確定TFs對(duì)靶基因的調(diào)控強(qiáng)度（圖2）。

（算法參考文獻(xiàn)：Aibar, Sara, et al. "SCENIC: single-cell regulatory network inference and clustering." Nature methods 14.11 (2017): 1083.）

? 烈冰科技SCENIC分析工作流搭建

? 結(jié)果展示

小編以發(fā)表于《Nature》的腦組織測(cè)序數(shù)據(jù)為Demo，進(jìn)行了SCENIC分析，結(jié)果如下：

1. TFs調(diào)控強(qiáng)度t-SNE圖

我們根據(jù)AUCell算法對(duì)TFs調(diào)控強(qiáng)度的打分值進(jìn)行染色，繪制了不同TFs在各細(xì)胞中調(diào)控強(qiáng)度的 t-SNE圖（圖4）。結(jié)合鑒定的細(xì)胞類型，得到轉(zhuǎn)錄因子ISL1在GABA神經(jīng)元中調(diào)控強(qiáng)度較高，SOX5則高強(qiáng)度調(diào)控谷氨酸能神經(jīng)元，FOXA1在星形膠質(zhì)細(xì)胞中調(diào)控作用較高，E2F1則顯著調(diào)控中間前體細(xì)胞與放射狀膠質(zhì)細(xì)胞。

圖4 不同TFs的調(diào)控強(qiáng)度

（數(shù)據(jù)來(lái)源：Birey F , Andersen J , Makinson C D , et al. Assembly of functionally integrated human forebrain spheroids[J]. Nature, 2017.）

2. TFs調(diào)控的靶基因

表1記錄了每個(gè)TF調(diào)控的靶基因及對(duì)應(yīng)的調(diào)控強(qiáng)度（僅展示調(diào)控強(qiáng)度Top20的regulons）。TFs所調(diào)控的靶基因往往不止一個(gè)，如FOXA1可以調(diào)控靶基因SPON1、NTN1和SULF1。該部分結(jié)果將為后續(xù)篩選關(guān)鍵TFs提供一定的依據(jù)。

表1 TFs調(diào)控的靶基因及其調(diào)控強(qiáng)度

3. TFs調(diào)控強(qiáng)度熱圖

圖5展示了該腦組織各神經(jīng)細(xì)胞類型調(diào)控強(qiáng)度較高的TFs熱圖（一般文章發(fā)表時(shí)多采用此圖），可以從圖中挑選出特定細(xì)胞類型高調(diào)控強(qiáng)度的TFs，為下一步Driver的研究和驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。以此圖為例，可以看出E2F家族在中間前體細(xì)胞中調(diào)控作用顯著增強(qiáng)，提示E2F可能成為中間前體細(xì)胞群體中的驅(qū)動(dòng)基因。

圖5 TFs調(diào)控強(qiáng)度的熱圖

? SCENIC分析拓展

SCENIC分析不僅可以用于篩選得到有價(jià)值的TFs，還可以結(jié)合其他的驗(yàn)證手段或數(shù)據(jù)分析工具來(lái)探索更深層次的生物學(xué)意義。這里小編為大家提供了一些TFs后續(xù)研究的分析思路，歡迎大家在下方留言～：

1. 在研究某種疾病進(jìn)展（如腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移）時(shí)，我們可以針對(duì)特定的細(xì)胞類型，對(duì)該細(xì)胞類型進(jìn)行SCENIC分析，找到與復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移特定功能相關(guān)的TFs及其靶基因，從而通過(guò)分子生物學(xué)手段（敲低/過(guò)表達(dá)等）在體外進(jìn)一步驗(yàn)證。

2. 結(jié)合基因模塊（gene module）分析及TFs注釋，判斷TFs是否是關(guān)鍵基因（hub-gene），分析其調(diào)控的相關(guān)通路和靶基因，建立起以TFs為驅(qū)動(dòng)中心的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。