2025-08-11
Highlight
1.空間(jian)轉錄組學突破傳統(tong)局限，通過保留細胞空間(jian)位(wei)置信息。
2.多平臺技術對比，覆(fu)蓋不同分辨率需求(qiu)。
3.空(kong)間轉錄組在疾(ji)病、發(fa)育等不同研究領域的應用(yong)。
傳統單細胞(bao)測序雖能鑒(jian)定細胞(bao)類(lei)型，但丟失了(le)細胞(bao)在組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)中的原始空(kong)(kong)(kong)(kong)間位(wei)置信息，無法(fa)區(qu)分(fen)同一(yi)類(lei)型細胞(bao)在不同組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)部位(wei)的功能差異；而“空(kong)(kong)(kong)(kong)轉(zhuan)”技術(shu)通過定位(wei)基因表達的空(kong)(kong)(kong)(kong)間“地圖”，實現了(le)空(kong)(kong)(kong)(kong)間維(wei)度的保留，可直接定位(wei)基因表達的空(kong)(kong)(kong)(kong)間熱點，為理(li)解組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)功能分(fen)區(qu)（如大腦認(ren)知區(qu)、腫瘤免(mian)疫抑制區(qu)）提供分(fen)子基礎(chu)。空(kong)(kong)(kong)(kong)轉(zhuan)技術(shu)通過空(kong)(kong)(kong)(kong)間維(wei)度的解析，解決了(le)傳統方(fang)法(fa)無法(fa)回答的核心生物(wu)學問題。
一.技術對比
基于測(ce)序的轉(zhuan)錄探針結合(he)技術
（1）Visium原(yuan)理
Visium空(kong)間轉(zhuan)錄組(zu)利用帶有(you)空(kong)間條形碼和唯一(yi)分(fen)(fen)子(zi)標(biao)識符(fu)（UMI）的探(tan)針芯片捕獲(huo)組(zu)織(zhi)切片中mRNA，通過原位反轉(zhuan)錄生成(cheng)帶空(kong)間位置(zhi)信(xin)息的cDNA，再經測序和數據分(fen)(fen)析將基(ji)因表達(da)數據精準映(ying)射回組(zu)織(zhi)原始(shi)位置(zhi)，從而(er)構建空(kong)間基(ji)因表達(da)圖譜。
（2）Visium CytAssist 原理(li)
Visium CytAssist空間轉(zhuan)錄(lu)組(zu)將普通玻片上組(zu)織切片的(de)(de)轉(zhuan)錄(lu)組(zu)探針（針對(dui)人或小鼠(shu)樣(yang)本設(she)計）自動轉(zhuan)移到Visium玻片捕獲(huo)區(qu)域，利用帶有空間條形(xing)碼(ma)和UMI的(de)(de)探針捕獲(huo)轉(zhuan)錄(lu)組(zu)信息，結合組(zu)織學染色在形(xing)態(tai)背(bei)景下獲(huo)取基因表達的(de)(de)空間分布數據，最終通過(guo)測序和數據分析實現(xian)空間轉(zhuan)錄(lu)組(zu)圖譜構建。
基于成像的原位分(fen)析(xi)技術(shu)
（3）Xenium原理(li)
Xenium測(ce)序(xu)原理基于(yu)鎖式探(tan)針與目標(biao)RNA雜(za)(za)交后環化，通過滾環擴增(zeng)增(zeng)強信號(hao)，再利用多輪熒光探(tan)針雜(za)(za)交與成像技術，在組織原位實現亞細胞分辨率的基因表達檢測(ce)，無需NGS測(ce)序(xu)即可直(zhi)接獲取(qu)空間轉錄組數據(ju)。
二.分辨(bian)率范圍
55μm（Visium）→單(dan)細胞級2μm（Visium CytAssist HD）→亞細胞級（<50nm，Xenium）
三.案例
（1）揭(jie)示(shi)胰腺導(dao)管腺癌(ai)（PDAC）轉移的生(sheng)態(tai)學特(te)征(zheng)：
中文名稱：原(yuan)發性(xing)和(he)轉移性(xing)胰腺癌的空間(jian)轉錄組分(fen)析突出了(le)腫瘤微環境的異質性(xing)
期刊：nature genetics
發表時間：2024.9
組學技術：單細胞轉錄組、空間轉錄組
結論：
對原(yuan)發(fa)性(xing)(xing)和轉(zhuan)(zhuan)移性(xing)(xing)PDAC樣本進(jin)行空間轉(zhuan)(zhuan)錄(lu)組分析，鑒定(ding)保守的纖維化(hua)(hua)、代謝和免(mian)疫(yi)抑制空間生態(tai)類型(xing)(xing)。發(fa)現(xian)10種保守的空間生態(tai)型(xing)(xing)（CC1-CC10），其中(zhong)原(yuan)發(fa)灶(zao)以(yi)高(gao)度纖維化(hua)(hua)（CC1/CC5）和免(mian)疫(yi)抑制為特征，轉(zhuan)(zhuan)移灶(zao)則表現(xian)為低纖維化(hua)(hua)、高(gao)增(zeng)殖活性(xing)(xing)（CC2/CC3）及(ji)代謝重編程（如糖酵(jiao)解激活）；侵襲性(xing)(xing)邊界生態(tai)型(xing)(xing)（CC7）富含促癌(ai)和抑癌(ai)免(mian)疫(yi)細(xi)胞共存(cun)，可能(neng)為潛在免(mian)疫(yi)治(zhi)療(liao)靶點。PDAC轉(zhuan)(zhuan)移過程中(zhong)，腫瘤(liu)微環境通過空間異(yi)質性(xing)(xing)適應不同組織環境，個性(xing)(xing)化(hua)(hua)治(zhi)療(liao)策略至關重要(yao)。
（2）揭示免疫接種后小膠質細胞(bao)的空(kong)間異(yi)質性及其(qi)在Aβ清除中的動態(tai)作用：
中文名稱：小膠質細胞驅動(dong)免疫接種的阿爾茨海默(mo)病患者腦(nao)內(nei)β-淀粉樣蛋白清
期(qi)刊：Nature Medicine
發表時間：2025.4
組學技(ji)術：單細胞(bao)轉錄組(zu)(zu)、空間(jian)轉錄組(zu)(zu)、空間(jian)蛋白組(zu)(zu)
結論：
研究揭示了阿爾茨海(hai)默病(bing)（AD）患(huan)者腦內小(xiao)(xiao)(xiao)膠(jiao)質(zhi)(zhi)細胞(bao)在(zai)β-淀粉(fen)樣(yang)蛋白(bai)（Aβ）免疫清除(chu)中的(de)(de)空間異質(zhi)(zhi)性：主(zhu)動和(he)被動免疫均通過(guo)激活小(xiao)(xiao)(xiao)膠(jiao)質(zhi)(zhi)細胞(bao)（尤其是(shi)表(biao)達TREM2和(he)APOE的(de)(de)亞(ya)群）促(cu)進(jin)Aβ清除(chu)，且(qie)不同腦區(qu)（如顳(nie)葉、頂葉與(yu)額葉）的(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)膠(jiao)質(zhi)(zhi)細胞(bao)狀態及(ji)清除(chu)效率存在(zai)顯著差異；侵襲性邊界區(qu)域的(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)膠(jiao)質(zhi)(zhi)細胞(bao)呈現促(cu)炎與(yu)抗炎功能共(gong)存的(de)(de)特征，可能成為(wei)免疫治療(liao)的(de)(de)關鍵靶點，同時SPP1和(he)CHI3L1等基因在(zai)高效清除(chu)區(qu)域的(de)(de)特異性表(biao)達為(wei)優化療(liao)法提供了分子標志(zhi)物。
（3）理解人(ren)類(lei)大(da)腦(nao)皮層(ceng)發育圖譜：
中文名稱：空間轉(zhuan)錄組揭示人類大腦皮(pi)層(ceng)分層(ceng)與區域特(te)化的(de)分子(zi)機制
期(qi)刊：Nature
發表時間：2025.5
組(zu)學(xue)技術：單核轉(zhuan)錄組(zu)測序、空間轉(zhuan)錄組(zu)
結論：
構建了人類胎(tai)(tai)兒大腦皮層(ceng)發育的高分(fen)辨率單細(xi)胞空間圖譜，揭示了皮層(ceng)分(fen)層(ceng)與(yu)區域特化的動(dong)態分(fen)子機制：興奮(fen)性(xing)(xing)神(shen)經元(yuan)亞(ya)型(xing)在孕(yun)(yun)15周(zhou)已呈現層(ceng)依賴性(xing)(xing)分(fen)布，早于(yu)細(xi)胞形態學分(fen)層(ceng)（孕(yun)(yun)22周(zhou)后出現），表明分(fen)子特征先(xian)于(yu)解剖結構形成(cheng)；初級視覺區（V1）與(yu)次級視覺區（V2）在孕(yun)(yun)20周(zhou)即出現基(ji)因表達邊界（如(ru)(ru)NPY、IGFBPL1），且V1特異性(xing)(xing)興奮(fen)性(xing)(xing)神(shen)經元(yuan)持續表達細(xi)胞黏附與(yu)突觸發生相關基(ji)因（如(ru)(ru)NRXN-NLGN信號通(tong)路），提(ti)示視覺區功能特化始于(yu)胚胎(tai)(tai)中期(qi)(qi)；神(shen)經元(yuan)亞(ya)型(xing)在第三孕(yun)(yun)期(qi)(qi)（孕(yun)(yun)22-34周(zhou)）持續多(duo)樣化，層(ceng)特異性(xing)(xing)基(ji)因（如(ru)(ru)CCN2、SEMA3E）和區域特異性(xing)(xing)基(ji)因（如(ru)(ru)CYP26A1）的動(dong)態表達調(diao)控皮層(ceng)連接模式的建立(li)。
