生物数据工具箱：从入门到精通的数据库攻略（八）- CancerSEA数据库介绍

CancerSEA（Cancer Single-cell State Atlas）是一个专注于在单细胞水平上解析癌细胞功能状态的专用数据库。该数据库由哈尔滨医科大学的研发团队构建，其核心目标是帮助研究人员探索肿瘤细胞的功能异质性，并理解基因与关键癌症生物学过程之间的关联。

图1 CancerSEA 数据库概述

打开CancerSEA官网（http://biocc.hrbmu.edu.cn/CancerSEA/），进入数据库主页（图2）。该数据库主要提供以下4种功能，接下来将为您逐一介绍。

图2 CancerSEA 数据库主页

1、搜索与特定基因/基因集相关的肿瘤细胞功能状态

在CancerSEA主页上方选择“Search”进入搜索页面（图3）。您可以在第一个搜索框中输入某个蛋白编码基因（PCG）或lncRNA的名称，以查询该基因与哪些功能状态相关。以SOX4基因为例，搜索结果（图4）主要包含以下四个部分：

1）基因基本信息：显示SOX4基因的详细描述与功能摘要。

2）跨癌种功能状态相关性：以气泡图和分数表的形式，展示SOX4在不同类型肿瘤细胞中与14种功能状态的相关性。

3）特定数据集中的表达与关键状态：在选定肿瘤的某一数据集中，呈现SOX4的表达水平，并列出与其最相关的3个功能状态。

4）细胞亚群中的表达与功能分析：在同一数据集中，通过箱线图和feature plot展示SOX4的表达分布，并进一步在不同肿瘤细胞亚群中分析其表达水平及最相关的3个功能状态。

图3 CancerSEA 数据库搜索功能界面

图4 SOX4相关的肿瘤细胞功能状态搜索结果

在搜索功能页面的第三个搜索框中，您可以输入多个感兴趣的基因或上传基因集列表进行查询。此外，CancerSEA还内置了来自GO、KEGG、Reactome和MSigDB等多个权威数据库的肿瘤相关通路与基因集，方便用户直接选用。基因集搜索结果的展示形式与单基因结果类似，此处不再赘述。

2、搜索与特定肿瘤细胞功能状态相关的基因

在CancerSEA主页上方选择“Search”进入搜索页面（图3）。您可以在第二个搜索框中，通过选择目标肿瘤类型和感兴趣的功能状态，查询与该功能状态显著相关的PCG和lncRNA。以选择“乳腺癌（Breast cancer）”和“转移（Metastasis）”为例，搜索结果（图5）主要包含以下三个部分：

1）功能状态活性概览：展示“转移”功能在乳腺癌不同数据集的肿瘤细胞中的活性。用户可选择特定数据集，查看该数据集中的详细分析结果。

2）关联基因列表：列出在乳腺癌肿瘤细胞中，与“转移”功能显著相关的PCG和lncRNA。

3）功能富集分析：基于与“转移”显著相关的PCG，进行GO功能和KEGG通路富集分析，从而识别出与“转移”显著相关的信号通路和功能基因集。

图形用户界面, 应用程序

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图5 乳腺癌中与“转移”相关的PCG和lncRNA搜索结果

3、搜索特定数据集的信息

在CancerSEA主页上方选择"Browse"，进入浏览页面（图6）。用户可先选择目标癌症类型，再选定具体数据集，以查询该数据集的详细信息。以选择结直肠癌（Colorectal cancer）中的"Li H. Nat Genet. 2017 (Colon)"数据集为例，搜索结果（图6）主要包含以下五个部分：

1）数据集基本信息：包括癌症类型、肿瘤细胞数量、组织类型、细胞群数量、基因种类、详细描述、数据集来源及发表文献链接。

2）功能状态活性图谱：展示14种功能状态在该数据集肿瘤细胞中的活性分布。

3）细胞降维分布图：呈现肿瘤细胞在低维空间中的分布情况。

4）高可变基因表达热图：显示高可变基因在不同细胞群中的表达水平。

5）CNV推测图谱：基于单细胞转录组数据，推断不同肿瘤细胞群在各染色体上的拷贝数变异（CNV）扩增与缺失情况。

图6 结直肠癌中“Li H. Nat Genet. 2017 (Colon)”数据集的搜索结果

4、下载特定单细胞转录组数据集和功能状态基因集

在CancerSEA主页上方选择“Download”，即可进入下载页面（图7）。该页面主要提供两类资源的下载：

1）单细胞转录组数据集：页面第一个表格列出了CancerSEA收录的所有肿瘤单细胞转录组数据集信息。用户可通过搜索癌症名称筛选目标数据集。表格中的“Accession”号指明了数据集的原始来源，用户可据此到对应的公共数据库下载完整数据。“State Score”列则提供了由CancerSEA计算出的每个细胞在14种功能状态上的活性分数。

2）功能状态基因集：第二个表格提供了CancerSEA从GO、MsigDB及文献中收集整理的14种功能状态基因集，包含详细的功能描述，用户可直接下载使用。