CNS图表复现18—细胞亚群的比例展示

2021-03-07 本文已影响0人 PhageNanoenzyme

本文是参考学习 CNS图表复现18—细胞亚群的比例展示的学习笔记。可能根据学习情况有所改动。
在前面的教程 CNS图表复现05—免疫细胞亚群再分类，我提到到免疫细胞通常是以CD45阳性为标志，第一次分群规则是：

immune (CD45+,PTPRC),
epithelial/cancer (EpCAM+,EPCAM),
stromal (CD10+,MME,fibo or CD31+,PECAM1,endo)

这样挑出来的immune (CD45+,PTPRC),细胞亚群继续细分可以成为: B细胞，T细胞，巨噬细胞，树突细胞等等。不过这个时候的分群就没有那么死板的规则了，很多灵活调整的余地。

文章展示的一个简单的亚群分布如下：

图片

原文的免疫细胞细分亚群</figcaption>

作者依据自己的生物学背景做了一些自适应的调整，见：CNS图表复现06—根据CellMarker网站进行人工校验免疫细胞亚群

我们也可以使用如下代码检查自己的免疫细胞细分亚群的结果：

rm(list=ls())
options(stringsAsFactors = F)
library(Seurat)
library(ggplot2)

### 来源于：CNS图表复现02—Seurat标准流程之聚类分群的step1-create-sce.R
load(file = 'first_sce.Rdata')

### 来源于 step2-anno-first.R 
load(file = 'phe-of-first-anno.Rdata')

sce=sce.first
table(phe$immune_annotation)
sce
cells.use <- row.names(sce@meta.data)[which(phe$immune_annotation=='immune')]
length(cells.use)
sce <-subset(sce, cells=cells.use)  
sce 

# 实际上这里需要重新对sce进行降维聚类分群，为了节省时间
# 我们直接载入前面的降维聚类分群结果，但是并没有载入tSNE哦
## 来源于：CNS图表复现05—免疫细胞亚群再分类 
load(file = 'phe-of-subtypes-Immune-by-manual.Rdata')
sce@meta.data=phe
DimPlot(sce,reduction = "tsne",label=T, group.by = "immuSub") 
table(phe$immuSub)
genes_to_check = c("PTPRC","CD19",'PECAM1','MME','CD3G', 'CD4', 'CD8A' )
p <- DotPlot(sce, features = genes_to_check,
             assay='RNA',group.by = 'immuSub')  
p

本来是23514个细胞，挑出来了13792个免疫细胞。然后，可以看到，单个基因都不能绝对的区分某个细胞亚群：

图片

自己的免疫细胞细分亚群标记基因混淆</figcaption>

调整的空间还很大，一些标记基因混淆，其实亚群可以更加细致，然后合并同类亚群，总之实际操作会非常耗费时间，这里就不展开讲解了。并不需要与原文一模一样的。

查看各个单细胞的表型信息

这13792个免疫细胞的表型信息如下所示：

> as.data.frame(table(phe$biopsy_time_status))
           Var1 Freq
1         Early 2550
2 off treatment 4068
3            PD 5389
4            PR  613
> as.data.frame(table(phe$biopsy_site))
     Var1 Freq
1 Adrenal  566
2   Brain    9
3   Liver 1944
4      LN 3279
5    lung 1172
6    Lung 4850
7  Pleura 1972

通常情况下我们并不会比较不同免疫细胞的比例差异，就好像我们做基因表达量差异分析，很少会比较不同基因之间的表达量，因为基因本来就是不同的功能，管家基因的表达量本来就是超级高，无需跟其它基因比较。我们更关心的是同一个基因在不同的组的表达量变化，同理，我们想关心的也是不同的组的某个细胞亚群比例的变化。而在这个文章里面，就是：

图片

原文的细胞亚群在不同处理组的比例差异</figcaption>

首先我们可以使用前面的gplots包的balloonplot可视化方法：

library(gplots)
tab.1=table(phe$biopsy_time_status,phe$immuSub) 
balloonplot(tab.1)

如下所示：

图片

第一次摸索差异</figcaption>

文章是 residual disease (RD) 和 on therapy progressive disease (PD)，以及 patients before initiating systemic targeted therapy (TKI naive [TN]), 这3组。确实很诡异，但是作者提供的细胞表型列太多了了，看到我眼花缭乱，只好继续摸索，发现还有一个analysis列，就是3组：

ps=as.data.frame(table(phe$analysis,phe$biopsy_time_status))
ps=ps[ps$Freq>1,]
ps
> ps
         Var1          Var2 Freq
1  grouped_pd         Early 1129
2  grouped_pr         Early 1421
6       naive off treatment 4068
7  grouped_pd            PD 5389
11 grouped_pr            PR  613

也就是说前面的Early组仍然是可以区分成为PD和PR组，再次出图如下：

图片

第二次摸索差异</figcaption>

原文给出来的是条形图，而且是比例，原图的代码是：

if(T){
  library(ggrepel)
  require(qdapTools)
  require(REdaS)
  # 
  metadata <- phe
  # Keep only cells from tissues that are not brain or pleura 
  metadata <- metadata[-which(metadata$biopsy_site=="Brain" | metadata$biopsy_site=="Pleura"),]
  # Convert to factor with logical order 
  metadata$analysis <- factor(metadata$analysis, levels = c("naive", "grouped_pr", "grouped_pd"))
  # Create table and keep selected cell types 
  meta.temp <- metadata[,c("immuSub", "analysis")]
  # Loop over treatment response categories 
  # Create list to store frequency tables 
  prop.table.error <- list()
  for(i in 1:length(unique(meta.temp$analysis))){
    vec.temp <- meta.temp[meta.temp$analysis==unique(meta.temp$analysis)[i],"immuSub"]
    # Convert to counts and calculate 95% CI 
    # Store in list 
    table.temp <- freqCI(vec.temp, level = c(.95))
    prop.table.error[[i]] <- print(table.temp, percent = TRUE, digits = 3)
    # 
  }
  # Name list 
  names(prop.table.error) <- unique(meta.temp$analysis)
  # Convert to data frame 
  tab.1 <- as.data.frame.array(do.call(rbind, prop.table.error))
  # Add analysis column 
  b <- c()
  a <- c()
  for(i in names(prop.table.error)){
    a <- rep(i,nrow(prop.table.error[[1]]))
    b <- c(b,a)
  }
  tab.1$analysis <- b
  # Add common cell names 
  aa <- gsub(x = row.names(tab.1), ".1", "")
  aa <- gsub(x = aa, ".2", "")
  tab.1$cell <- aa
  # 
  # Resort factor analysis 
  tab.1$analysis <- factor(tab.1$analysis, levels = c("naive", "grouped_pr", "grouped_pd"))
  # Rename percentile columns 
  colnames(tab.1)[1] <- "lower"
  colnames(tab.1)[3] <- "upper"
  # 
  p<- ggplot(tab.1, aes(x=analysis, y=Estimate, group=cell)) +
    geom_line(aes(color=cell))+
    geom_point(aes(color=cell)) + facet_grid(cols =  vars(cell)) + 
    theme(axis.text.x = element_text(angle = 45, hjust=1, vjust=0.5), legend.position="bottom") + 
    xlab("") + 
    geom_errorbar(aes(ymin=lower, ymax=upper), width=.2,position=position_dodge(0.05))
  p1<- ggplot(tab.1, aes(x=analysis, y=Estimate, group=cell)) +
    geom_bar(stat = "identity", aes(fill=cell)) + facet_grid(cols =  vars(cell)) + 
    theme_bw() +  
    theme(axis.text.x = element_text(angle = 45, hjust=1, vjust=0.5), legend.position= "none") + 
    xlab("") + 
    geom_errorbar(aes(ymin=lower, ymax=upper), width=.2,position=position_dodge(0.05)) 
  p1
}

首先，我觉得作者的数据转换代码很弱，其次绘图太复杂了，我就懒得解读了。

用我们的数据出图效果是：

图片

作者的代码绘制我们的数据</figcaption>

可以看到，其实与前面的gplots包的balloonplot可视化差不多效果。

也可以具体看病人：

图片

细胞比例变化深入到不同组的具体某个病人</figcaption>

主要是为了说明前面的细胞亚群比例变化，即使深入到具体的某个病人也是如此，绘图细节我这里就不细讲了。

CNS图表复现18—细胞亚群的比例展示

查看各个单细胞的表型信息

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