空间转录组基因表达梯度的运动学解释框架：人肝图谱中的可重复性验证与识别边界界定

《BMC Bioinformatics》：A kinematic interpretation of spatial expression gradients from single-snapshot spatial transcriptomics

## 摘要### 背景空间转录组学可测量基因表达在组织位置上的变化，但对空间梯度的时间性或机制性解读需要显式模型。我们针对具有位置条件化稳态表达场、且细胞沿解剖轴存在正向平均位移的组织，推导出一套运动学解释框架。在这些假设下，某基因的梯度符号等于其净产生符号。所测量的统计量仍然是空间梯度，而在缺乏独立速度估计的情况下，该框架无法还原绝对速率。### 结果我们在一个人肝图谱上评估了该框架，该图谱包含16张标准Visium切片、3张匹配的Visium HD切片以及配套的单核RNA测序数据；主要的跨供者分析使用了8张活体供者切片。梯度方向具有可重复性：在严格的66基因面板上，跨供者平均相关性为0.87；在广泛的15,192基因面板上为0.67。在预设的前四分位子集上，M2的跨平台符号一致率为14/14基因，M6为13/14（每位供者*n* = 14）；跨流程一致率为76%。四项诊断指标和一个几何论证表明，基因-基因耦合矩阵无法从单次采样轨迹中稳定识别，也不能被解释为调控雅可比矩阵。在四名供者的分级脂肪变性中，*GLUL*、*LYZ*和*ORM1*显示出对脂质一致的空间梯度响应，但野群校准发现群稳健显著性具有反保守性；我们报告的是方向性观察，而非显著性发现。在小鼠隐窝-绒毛轴上，全部15个经典标志物在基于解剖结构的坐标上均恢复了预期方向。### 结论该框架提供了一个可重复的、无剪接的基因表达空间梯度估计器，适用于基于成像的平台。在显式稳态和正向流动假设下，梯度方向具有运动学解释，即净产生方向；横断面数据建立的是梯度的可重复性，而非时间分辨的动力学。将可观测值与其条件性解释相分离，并诊断耦合矩阵的识别失败，既定义了该方法，也界定了其推论边界。