2026年3月24日，北京大学-云南白药国际医学研究中心副主任张宁教授、谢正伟研究员在国际知名期刊《Genome Biology》上在线发表研究论文“scComm: a contrastive learning framework for deciphering cell-cell communications at single-cell resolution”。该研究建立单细胞分辨率的细胞通讯推断算法，极大地提升了细胞互作的研究精度，并在一个大规模肝癌数据集中识别出肿瘤细胞的三种互作模式，为刻画肿瘤微环境提供了具有可操作性的计算框架。
研究背景
在多细胞生物体中，细胞通讯是调节生命活动的核心机制。分析细胞通讯网络对于理解正常组织的稳态维持及疾病的发生与发展至关重要。目前，现有方法（如CellChat、CellPhoneDB等）需要先进行细胞聚类与注释，然后通过聚合同一细胞类型的基因表达，推断细胞群体之间的相互作用关系。然而，这类方法往往忽略了同一细胞群体内部的异质性，尤其是在肿瘤细胞等高度异质的细胞群体中，现有算法难以有效识别稀有细胞亚群或具有特定功能细胞的通讯模式。为解决上述难题，张宁教授团队提出了单细胞分辨率的细胞通讯推断算法scComm，该算法仅需要用户输入单细胞测序数据以及对应的细胞类型注释，即可对细胞通讯事件进行系统建模。
scComm具有以下几方面的技术优势：
• 单细胞分辨率：直接在单细胞层面推断细胞通讯事件，能够保留细胞类型内部的异质性，尤其适用于高度异质的肿瘤微环境研究；
• 配受体基因对加权评分机制：从特异性、竞争性及下游激活三个维度对配受体对进行加权评估，有效过滤低贡献的配受体基因对；
• 对数据库依赖性较低：在八个主流配受体数据库上的评估结果显示，算法输出的细胞通讯评分具有较高一致性，表明该方法对数据库选择具有较强的稳健性；
• 检出性能优越：在模拟数据集上的平均检出率显著高于CellChat和其它同类方法。
图 1: 算法的框架
在大规模单细胞数据中，研究团队使用scComm计算识别出三类具有显著差异通讯模式的肿瘤细胞亚型：
• 肿瘤亚型1：主要与成纤维细胞发生相互作用，表现为低免疫浸润、预后较差；其中 myCAF 分泌大量胶原蛋白，并通过整合素受体激活 PI3K–Akt 等促肿瘤信号通路；
• 肿瘤亚型2：主要与 T 细胞和 NK 细胞相互作用，处于高免疫浸润微环境，细胞毒性免疫应答活跃，预后较好；
• 肿瘤亚型3：主要与中性粒细胞相互作用，但未观察到显著的预后相关特征。
综上，scComm构建了一个面向单细胞分辨率的细胞间通讯推断计算框架，系统性地解决了传统方法难以兼顾分辨率与细胞异质性的问题，从而实现了更高精度的细胞通讯解析。scComm具有多层面的科学意义与应用价值：（1）在方法论层面，scComm 通过将数据自适应加权、标准化评分与监督对比学习有机整合，实现了在真正单细胞层面的通讯推断，同时有效过滤背景噪声，实现了研究人员一行代码看结论的效果；（2）在生物学分析层面，首次从细胞通讯角度将肿瘤细胞分为三种微环境亚型，为肿瘤异质性研究提供了新的分类维度。这些发现为免疫治疗响应预测和预后生物标志物的开发提供了新线索；（3）在技术创新层面，将监督对比学习引入细胞间通讯分析是较为新颖的尝试，其数据增强构建正样本、标签置换构建负样本的策略为后续其它算法的提供了参考。
本论文由北京大学-云南白药国际医学研究中心张宁教授与谢正伟研究员共同担任通讯作者，金子捷博士后、唐宗立、李欣怡和张宽根参与了本课题的研究。该工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项科研项目的资助。
原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-026-04043-9
作者简介
通讯作者 张宁 教授
北京大学博雅特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者、国家“万人计划”入选者、科技部中青年科技创新领军人才、人事部百千万人才、突出贡献专家。获教育部自然科学研究成果奖一等奖（2025）、中国抗癌协会科技一等奖（2023）、中国生物信息学十大进展（2022）等。现担任北京大学-云南白药国际医学研究中心副主任、北京大学国际癌症研究院副院长、北京大学第一医院肿瘤转化研究中心主任、云南白药集团股份有限公司首席科学家。中国抗癌协会常务理事、副秘书长，《Cancer Biology & Medicine》常务副主编，《Medical Review》副主编 。天津市第十三届政协委员。
张宁教授长期从事生物医学及细胞生物学研究，在Nature、Science、Cancer Cell、Nature Biotechnology、Gastroenterology、Science Advances等国际期刊中发表SCI文章155篇，被引用过万次、获得授权专利29项；作为项目负责人，主持了多项国家重点、重大科学研究计划。
通讯作者 谢正伟 研究员
博士生导师，北京大学-云南白药国际医学中心、北京大学国际癌症研究院、天然药物与仿生药物国家重点实验室PI，教育部长江学者奖励计划校企联聘教授。
主要从事计算生物学和AI驱动的药物研发算法开发，并在衰老、代谢疾病、癌症等领域进行机制研究和创新药物研发。开发了第一代衰老微流芯片和AI药效预测系统——灵素系统。近年的工作以第一作者/通讯作者（含并列）在Nature Biotechnology、Cell、Cell Stem Cell、Nature Communication、Advanced Science等杂志发表论文。
申请国家专利14项，已经获批6项。研究工作获评中国生物信息年度十大进展，中国医学科技年度十大进展、中国抗癌协会科技奖、教育部自然科学奖、全国颠覆性技术大赛决赛（优秀奖）等20多项奖项和荣誉。承担国家重点研发计划课题两项，国家自然科学基金面上项目三项，北京市面上项目一项。
第一作者 金子捷 博士后
北京大学国际癌症研究院博士后、助理研究员。2022年于北京大学数学科学学院获得博士学位，研究方向主要聚焦于（1）单细胞测序数据和空间组学数据的分析与算法开发研究，（2）肿瘤多组学数据的分析与微环境的探究，（3）计算生物学、生物信息学中的统计理论研究。在Nature Communications、Genome Biology、Cell Discovery、Cell Reports Methods等期刊发表多篇文章。主持国家自然科学基金一项，博士后科学基金面上资助一项，累计申请发明专利5项。
