随着单细胞转录组测序（scRNA-seq）技术的成熟，来自不同生物学系统的单细胞转录组数据不断累积，为揭示细胞类型在组织稳态、发育和病理状态下的基因表达异质性提供了重要的数据基础。然而，在组织解离过程中，单细胞的空间位置信息会丢失，限制了单细胞技术在解析与空间相关的分子特征方面的应用，如空间尺度的细胞间相互作用等。近年来，新兴的空间转录组学（Spatial Transcriptomics）技术快速发展，在实现基因表达水平的测量的同时，保留了原始的空间位置信息。因此，如果能将空间转录组学数据作为参考，用于指导单细胞组学数据的空间位置重构，有望提升海量单细胞组学数据的附加价值。

开发了网页端应用STellaris，可通过整合空间转录组学和单细胞转录组学数据，实现对单细胞组学数据的空间重构。进一步，利用重构的单细胞精度的空间转录组图谱，STellaris可以提供空间范围内的细胞间相互作用图谱，例如细胞的空间邻近关系和受体-配体相互作用等。

首先，通过整合公共数据资源，作者搭建了空间转录组学数据库作为空间比对的数据参考集合，其中收录了来自人和小鼠总计101套空间转录组数据，包含了823张组织切片。特别地，他们利用Stereo-seq技术产出一套E14.5小鼠胚胎大脑冠状面的空间转录组数据，并囊括在数据库中。其次，作者设计了一套筛选体系，能够帮助用户快速定位与其输入的单细胞组学数据匹配的空间转录组切片。同时，为了消除由于单细胞组学与空间转录组学数据不完全匹配所引入的假阳性的重构结果，作者引入了系统的质控评估体系，能够过滤无法有效整合的单细胞，并对重构结果的质量给予评估。在空间重构环节，作者整合并改进了目前流行的基于配套空间转录组数据实现单细胞空间重构的算法，以确保网页服务器的通用性。最后，基于重构的单细胞精度的空间转录组图谱，STellaris进一步描绘空间尺度的细胞间相互作用图谱，能够帮助用户找到邻近的细胞类型对及潜在的受体-配体相互作用。值得一提的是，利用转录组学作为连接桥梁，STellaris能够同时实现单细胞多组学数据的空间位置重构，帮助用户探究空间尺度的基因表达调控机制。

STellaris提供了用户友好的界面和丰富多样的功能，并已被应用于不同的生物学系统的案例中，包括胚胎时期小鼠大脑皮层发生过程、人类鳞状细胞癌肿瘤微环境内的细胞相互作用和小鼠大脑H3K4me3组蛋白修饰的空间特征。

在应用于大脑皮层的案例中，作者使用了来自E14.5发育中的小鼠大脑皮层的scRNA-seq数据并使用Stellaris基于最匹配的空间转录组数据实现单细胞的空间重构（图2A）。为了证明空间重构后单细胞图谱的可靠性，作者检查了代表性细胞类型的空间模式。例如，大脑皮层的放射状胶质细胞排列在脑室上。神经节隆起细胞作为侧端脑的祖细胞，精确地位于大脑的腹侧。丘脑细胞也位于正确的位置，尽管它们很少在scRNA-seq数据中被捕获（图2B）。除了不同细胞类型的精确定位外，其标记基因(如Hes5, Dlx2和Syt13)的表达谱也重现了空间转录组中的表达谱（图2C）。

在应用于肿瘤微环境 (tumor microenvironment, TME) 的案例中，作者使用了来自皮肤鳞状细胞癌 (cutaneous squamous cell carcinoma, cSCC) 患者病变皮肤组织的scRNA-seq数据，并将单个细胞映射到空间转录组切片上（图2D）。据报道，肿瘤特异性角质细胞 (tumor-specific keratinocyte, TSK) 群体富集于cSCC的前沿，并在纤维血管壁龛中充当细胞间通信的枢纽。与此一致的是，作者在空间重构后的单细胞数据中观察到TSK在前缘显著富集，在那里它们与不同的TME细胞类型共定位，如成纤维细胞和内皮细胞（图2E、F）。接下来，作者还研究了TSK-纤维血管TME中的配体-受体相互作用。他们观察到，TSK与TME中不同的基质细胞类型能进行广泛的相互作用。例如，TSKs可能通过MDK-LRP1, CCL5-ACKR4和VEGFA-NRP2的配受体相互作用来调节癌症相关成纤维细胞（图2G、H）。