Cytoscape 安装与入门完整教程

Cytoscape 是一个开源的、功能强大的生物信息学可视化软件，主要用于分析、整合和可视化复杂的网络数据（如蛋白质-蛋白质相互作用网络、基因调控网络、代谢网络等），它不仅拥有丰富的内置功能，还通过插件系统扩展了无限可能。

本教程将以目前最主流的 Cytoscape 3.9.x 版本为例，在 Windows 操作系统上进行讲解，但 macOS 和 Linux 用户的大多数步骤也是相通的。

第一部分：安装 Cytoscape

步骤 1：下载 Cytoscape

1. 访问官网：打开你的浏览器，访问 Cytoscape 的官方网站： https://cytoscape.org/

2. 找到下载链接：在官网首页，你会看到一个醒目的 "Download" 按钮，点击它。

3. 选择版本：在下载页面，你会看到几个选项。

   • Stable Release (推荐)：这是稳定版，适合绝大多数用户，我们选择这个。
   • Beta Release：测试版，包含最新功能但可能不稳定。
   • Previous Releases：旧版本，如果你需要兼容特定插件或脚本，可以选择这里。

   选择最新的 Stable Release。

4. 选择操作系统：下载页面会自动检测你的操作系统并提供相应的安装包，你也可以手动选择 Windows, macOS, 或 Linux。

   • Windows: 你会看到一个 .exe 文件，Cytoscape_3.9.1.x64.exe。
   • macOS: 你会看到一个 .dmg 文件。
   • Linux: 你会看到一个 .tar.gz 压缩包。

5. 下载：点击下载链接，等待文件下载完成。

步骤 2：安装 Cytoscape (以 Windows 为例)

1. 找到安装文件：在你的浏览器下载目录中找到刚刚下载的 .exe 文件（Cytoscape_3.9.1.x64.exe）。

2. 启动安装程序：双击该文件，启动安装向导。

3. 遵循安装向导：

   • Language Selection (语言选择)：选择 "English" 或 "简体中文"，然后点击 "OK"。
   • Welcome (欢迎)：点击 "Next"。
   • License Agreement (许可协议)：阅读协议，勾选 "I accept the terms in the License Agreement"，然后点击 "Next"。
   • Choose Install Location (选择安装位置)：默认安装路径通常是 C:\Program Files\Cytoscape_v3.9.1，如果你没有特殊需求，直接点击 "Next" 即可。
   • Choose Start Menu Folder (选择开始菜单文件夹)：默认即可，点击 "Next"。
   • Additional Tasks (附加任务)：
     • Create a desktop shortcut: 建议勾选，这样可以在桌面快速启动。
     • Add Cytoscape to the PATH: 强烈建议勾选此项！ 将 Cytoscape 添加到系统环境变量后，你就可以在命令行（CMD 或 PowerShell）中直接使用 cytoscape.sh (Windows) 或 cytoscape.sh (macOS/Linux) 命令来启动 Cytoscape，这对于自动化和脚本操作至关重要。
     • Install Java: Cytoscape 是基于 Java 的，如果你的电脑上没有安装 Java 或版本过低，安装程序会自动帮你安装一个合适的 OpenJDK 版本，通常保持默认即可。
   • Ready to Install (准备安装)：点击 "Install" 开始安装。

4. 完成安装：等待安装进度条走完，然后点击 "Finish"。

步骤 3：验证安装

1. 启动 Cytoscape：

   • 如果你在桌面创建了快捷方式,直接双击图标。
   • 或者通过 "开始菜单" -> "Cytoscape" -> "Cytoscape" 启动。

2. 检查界面：成功启动后，你会看到一个包含多个面板的图形用户界面。

   • Control Panel (控制面板)：左侧面板，用于导入数据、控制视图、运行命令等。
   • Network & Style (网络与样式)：中间和右侧面板，用于显示网络图和调整节点/边的样式。
   • Command Log (命令日志)：底部面板，显示操作历史和错误信息。

如果能看到这个界面,恭喜你，Cytoscape 已经成功安装！

第二部分：安装核心插件 (非常重要)

Cytoscape 的强大之处在于其插件生态系统，对于新手，有几个插件是必装的，它们能让你事半功倍。

必装插件列表

1. CyREST: 提供一个 RESTful API，允许你通过编程语言（如 Python, R）来控制 Cytoscape，是实现自动化的基础。
2. CyBrowser: 在 Cytoscape 内部打开一个浏览器窗口，方便查看在线文档、教程或使用 Web App。
3. STRINGapp: 用于直接从 STRING 数据库导入和分析蛋白质-蛋白质相互作用网络。
4. MCODE: 一个经典的聚类算法插件，用于在网络中寻找 densely connected regions（密集连接区域），即功能模块。

安装插件步骤

1. 打开 App Manager：在 Cytoscape 的顶部菜单栏中，选择 Apps -> App Manager。

2. 搜索插件：在 App Manager 窗口中，你会看到 "Installed", "Available", "Updates" 等标签页，点击 Available 标签页。

3. 安装插件：

   • 在搜索框中输入插件名称,如 "CyREST"。
   • 在搜索结果中找到该插件,点击它右侧的 Install 按钮。
   • 系统会提示你安装依赖,点击 "OK"。
   • 等待下载和安装完成,插件会出现在 "Installed" 标签页中。

4. 重复操作：按照同样的方法，依次安装 CyBrowser, STRINGapp, 和 MCODE。

5. 重启 Cytoscape：安装完所有插件后，建议重启 Cytoscape 以确保所有插件都能正常加载，可以通过 File -> Restart Cytoscape 来实现。

第三部分：运行你的第一个网络案例

让我们通过导入一个示例网络,来熟悉 Cytoscape 的基本操作。

使用内置示例网络

1. 导入示例：在顶部菜单栏选择 File -> Import -> Network from File -> From Sample...。
2. 选择网络：在弹出的对话框中，选择一个你感兴趣的网络，"galFiltered.sif" (一个酵母基因表达调控网络)，然后点击 "OK"。
3. 查看网络：一个网络图会立刻出现在中间的画布上，此时网络可能看起来比较乱。

使用 STRINGapp 导入网络 (更推荐)

1. 启动 STRINGapp：在左侧的 Control Panel 中，确保你在 Apps 标签页下，找到并点击 STRINGapp。
2. 输入基因：在 STRINGapp 面板中，找到 "Search" 输入框，输入一些人类基因，用逗号或空格隔开，

   TP53, BRCA1, ATM, CHEK2, MDM2

   这些都是与 DNA 损伤修复和癌症相关的关键基因。

3. 搜索并创建网络：点击 "Search" 按钮，STRINGapp 会在线查询这些基因之间的相互作用。
4. 加载网络：查询完成后，点击 "Create Network" 按钮，Cytoscape 会自动导入一个包含这些基因及其相互作用的网络。

布局和美化网络

一个杂乱的图是无法阅读的,我们需要对它进行布局和样式美化。

1. 自动布局：

   • 在左侧的 Control Panel 中，切换到 Layout 标签页。
   • 在 Preferred Layouts 列表中，选择一个布局算法，对于 PPI 网络，"Prefuse Force-Directed Layout" 或 "yFiles Organic Layout" 通常是不错的选择。
   • 选中网络名称,点击该布局算法的按钮，网络图会立即重新排列。

2. 调整样式：

   • 在右侧的 Style 面板中，你可以调整节点和边的颜色、大小、形状等。
   • 选择节点：在左侧的 Network 标签页中，点击网络名称以选中整个网络。
   • 改变节点颜色：在 Style 面板中，找到 Node Fill Color，点击旁边的颜色选择器，选择一个你喜欢的颜色，所有节点的颜色都会改变。
   • 改变节点大小：找到 Node Size，你可以拖动滑块来调整所有节点的大小。
   • 改变边颜色/粗细：类似地，你可以调整 Edge Stroke Color (边颜色) 和 Edge Width (边粗细)。

3. 使用内置样式：

   • Cytoscape 提供了许多预设的样式，一键美化。
   • 在 Style 面板顶部的 Styles 下拉菜单中，选择一个预设样式，"Big Labels" 或 "Marquee"，网络的外观会立刻发生变化。

分析网络 (使用 MCODE 插件)

现在我们用之前安装的 MCODE 插件来在这个网络中寻找功能模块。

1. 启动 MCODE：在左侧 Control Panel 的 Apps 标签页中，找到并点击 MCODE。
2. 运行分析：在 MCODE 面板中，保持默认参数，直接点击 Run 按钮。
3. 查看结果：分析完成后，左侧的 Networks 列表下会出现几个新的网络，它们是 MCODE 找到的聚类结果（"Cluster 1 (Score: 12.5)"），点击其中一个，你就能在画布上看到这个高连通性的子网络。

总结与后续学习

恭喜！你已经成功安装了 Cytoscape，并完成了从导入、布局、美化到分析的全过程。

后续学习建议：

• 官方教程：Cytoscape 官网的 Learn (https://cytoscape.org/cytoscape-tutorials/) 拥有最权威、最全面的视频和文档教程。
• 官方手册：当你需要深入了解某个功能或插件时，可以查阅官方手册 (https://manual.cytoscape.org/)。
• 探索插件：在 App Manager 中浏览 "Available" 插件，你会发现更多有趣和强大的工具，如 clusterMaker2 (更全面的聚类分析)、Glayde (基因富集分析可视化) 等。
• 学习编程控制：如果你是程序员或生物信息分析师，强烈建议学习使用 Python (通过 py4cytoscape 库) 或 R (通过 RCy3 包) 来控制 Cytoscape，实现大规模、可重复的数据分析流程。

希望这份教程对你有帮助！祝你使用愉快！