[发明专利]基于单细胞转录组测序数据预测细胞空间关系的方法

权利要求书

1.一种基于单细胞转录组测序数据预测细胞空间关系的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取基于单细胞转录组测序数据的细胞-细胞相互作用强度矩阵A的概率矩阵P；

根据获取的所述细胞-细胞相互作用强度矩阵A的概率矩阵P，重构细胞相互作用的三维空间结构；

对于重构细胞相互作用的三维空间结构中的每个细胞，确定平均每个细胞与h个细胞相互作用的细胞间距离阈值，得到细胞间作用网络。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，重构细胞相互作用的三维空间结构的模型为：

最小化目标函数使得：

其中，I是细胞的总数，

p_ij是所述细胞-细胞相互作用强度矩阵A的概率矩阵P中细胞i与细胞j的作用强度，

q_ij是细胞j在细胞i周围的概率，

d_ij是细胞i与细胞j在三维空间中的欧几里得距离，

是细胞i的第m维的坐标值，

是细胞j的第m维的坐标值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，最小化目标函数采用梯度下降法更新细胞坐标，计算当前坐标下每个细胞的梯度方向：

其中，C为目标函数，y_i为细胞i在一维度上的当前坐标，y_j为细胞j在该维度上的当前坐标，

以该梯度方向为坐标更新方向，以固定步长更新细胞坐标，进行多次迭代。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当细胞i与细胞j的距离小于三维空间中两个细胞间的最小距离r时，若p_ij-q_ij0，则令p_ij-q_ij＝s，s为不小于-1的负数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于单细胞转录组测序数据，根据公开的受体-配体数据库，得到细胞-细胞相互作用强度矩阵A，将所述细胞-细胞相互作用强度矩阵A的每个元素除以细胞-细胞相互作用强度矩阵A中所有元素之和Z_p，得到所述细胞-细胞相互作用强度矩阵A的概率矩阵P，其中：

I是细胞的总数；

K是配体-受体对的总数；

是表示第k对配体-受体的化学结合常数；

是第k个配体在细胞i中的表达水平；

是第k个受体在细胞i中的表达水平；

是第k个配体在细胞j中的表达水平；

是第k个受体在细胞j中的表达水平。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述细胞-细胞相互作用强度矩阵A的概率矩阵P中的元素为：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细胞-细胞相互作用强度矩阵A中的每个元素为对应的细胞C1与细胞C2之间的相互作用强度，所述相互作用强度的关系式为：

或者

或者

其中，A_C1,C2表示细胞C1和细胞C2之间的细胞-细胞相互作用强度，

w_A,B表示配体A和受体B之间相互作用的权重，

A_C1和A_C2分别表示配体A在细胞C1和细胞C2中的表达水平，

B_C1和B_C2分别表示受体B在细胞C1和细胞C2中的表达水平，

K表示配体-受体对的总数。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均每个细胞与h个细胞相互作用的细胞间距离阈值采用如下方法确定：

对于每一个细胞，均确定与与其第h次序接近的细胞的距离，对所有细胞确定的所述距离值求中位数，获得平均每个细胞与h个细胞相互作用的细胞间距离阈值。