2024-01-29
前面(mian)的介紹(shao)中，我們(men)已經了解，該技(ji)術可(ke)以在不(bu)損傷組織(zhi)切片(pian)的(de)(de)情況下檢(jian)測大量目(mu)標基因的(de)(de)組織(zhi)原位(wei)表達水平并對數(shu)據進(jin)行(xing)可(ke)視化(hua)，并且(qie)具(ju)有(you)高靈(ling)敏度、高分辨率、高通(tong)量等技(ji)術優勢。自(zi)2023年初Xenium推出以來，相關(guan)文(wen)(wen)章(zhang)已經發(fa)表了10余篇(pian)，其中關(guan)于(yu)方法介紹(shao)的(de)(de)文(wen)(wen)章(zhang)目(mu)前(qian)占大多數(shu)，應用Xenium技(ji)術進(jin)行(xing)具(ju)體科學研究(jiu)的(de)(de)文(wen)(wen)章(zhang)已經發(fa)表了3篇(pian)bioRxiv預(yu)印(yin)本(ben)文(wen)(wen)章(zhang)和1篇(pian)Nature Communications文(wen)(wen)章(zhang)，涉及(ji)腦(nao)膠質瘤、卵巢癌、多發(fa)性硬化(hua)癥和乳(ru)腺癌，還有(you)更多應用領域值得探索，接下來讓(rang)我們結合文(wen)(wen)章(zhang)領略一下Xenium技(ji)術的(de)(de)強大應用前(qian)景！
文章一 題目：Ataxia-telangiectasia mutated (Atm) disruption sensitizes spatially-directed H3.3K27M/TP53 diffuse midline gliomas to radiation therapy 時間：2023年10月 單位：杜克大學 期刊：bioRxiv 彌漫(man)性(xing)中(zhong)線(xian)膠質瘤（DMGs）是一(yi)種致命的(de)(de)(de)腦腫(zhong)瘤，其(qi)特點是p53 失活突(tu)變(bian)(bian)和(he)(he)(he)癌組織蛋(dan)白酶(mei) H3.3K27M 突(tu)變(bian)(bian)為特征的(de)(de)(de)致命性(xing)腦腫(zhong)瘤。研究人員(yuan)利用(yong)CAS/tv-a逆(ni)轉(zhuan)錄病毒和(he)(he)(he)Cre重組酶(mei)滅活p53，并(bing)以(yi)譜系(xi)和(he)(he)(he)空(kong)間定向的(de)(de)(de)方式誘(you)導天然H3f3a等位基因(yin)中(zhong)的(de)(de)(de)K27M，從而產生了(le)(le)原(yuan)(yuan)代小(xiao)鼠DMG，發現DNA損(sun)傷反應(ying)激酶(mei)共濟失調-毛(mao)細(xi)血(xue)管擴張癥突(tu)變(bian)(bian)（ATM）的(de)(de)(de)基因(yin)或藥(yao)物破壞增強了(le)(le)局(ju)灶性(xing)腦照射的(de)(de)(de)療(liao)效，延長了(le)(le)小(xiao)鼠的(de)(de)(de)生存(cun)期。為解析其(qi)內在(zai)的(de)(de)(de)作用(yong)機制，研究人員(yuan)使用(yong)Xenium技術對小(xiao)鼠腦panel的(de)(de)(de)298個(ge)(ge)基因(yin)以(yi)及定制的(de)(de)(de)DMG特異基因(yin)進行了(le)(le)空(kong)間原(yuan)(yuan)位檢測，繪(hui)制了(le)(le)4個(ge)(ge)組（對照、化(hua)療(liao)、抑制ATM及抑制ATM后(hou)化(hua)療(liao)）共4只DMG小(xiao)鼠的(de)(de)(de)790374個(ge)(ge)細(xi)胞(bao)的(de)(de)(de)空(kong)間轉(zhuan)錄組圖(tu)譜。通過原(yuan)(yuan)位圖(tu)譜分析發現，在(zai)ATM抑制后(hou)治(zhi)療(liao)組，細(xi)胞(bao)周期、腦信號蛋(dan)白通路和(he)(he)(he)免疫-腫(zhong)瘤互作都發生了(le)(le)改變(bian)(bian)，在(zai)后(hou)續的(de)(de)(de)分子實驗中(zhong)，證明了(le)(le)反式依賴性(xing)的(de)(de)(de)p53激活是DMG化(hua)療(liao)敏感性(xing)的(de)(de)(de)關鍵調控因(yin)子。 圖1. 經局灶性腦照射(she)或腫(zhong)瘤Atm缺(que)失治(zhi)療的原發性小鼠dmg中的空間聚類和差異表(biao)達基因 文章二 題(ti)目：Mapping ovarian cancer spatial organization uncovers immune evasion drivers at the genetic, cellular, and tissue level 時(shi)間：2023年10月(yue) 單位：斯坦(tan)福大(da)學 期刊：bioRxiv 免疫(yi)逃逸和(he)(he)(he)排(pai)斥(chi)是(shi)在實體(ti)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)中(zhong)實現(xian)免疫(yi)治(zhi)療(liao)(liao)和(he)(he)(he)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)治(zhi)療(liao)(liao)的(de)(de)(de)核心障礙。研究(jiu)人(ren)員應用單細(xi)(xi)(xi)胞(bao)空(kong)間(jian)和(he)(he)(he)擾動轉(zhuan)(zhuan)錄組(zu)(zu)學(xue)以及臨床、組(zu)(zu)織學(xue)和(he)(he)(he)基因組(zu)(zu)圖譜來闡(chan)明(ming)(ming)高(gao)級別漿(jiang)液性(xing)(xing)(xing)輸卵管性(xing)(xing)(xing)卵巢癌(ai)（HGSC）的(de)(de)(de)免疫(yi)排(pai)斥(chi)和(he)(he)(he)逃避。該(gai)研究(jiu)使用CosMX、Xenium和(he)(he)(he)MERFISH技術(shu)檢測了(le)60例患(huan)者95個腫(zhong)(zhong)瘤(liu)樣本的(de)(de)(de)共計(ji)130萬個細(xi)(xi)(xi)胞(bao)空(kong)間(jian)圖譜，揭(jie)示了(le)HGSC腫(zhong)(zhong)瘤(liu)中(zhong)的(de)(de)(de)免疫(yi)浸潤特征。其中(zhong)使用Xenium技術(shu)對32例FFPE人(ren)乳腺癌(ai)樣本的(de)(de)(de)280個基因panel進行了(le)檢測，發現(xian)初始/記憶(yi)T細(xi)(xi)(xi)胞(bao)被困在腫(zhong)(zhong)瘤(liu)的(de)(de)(de)基質(zhi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)中(zhong)，而(er)效(xiao)應/耗竭T細(xi)(xi)(xi)胞(bao)能抵(di)御基質(zhi)介(jie)導(dao)的(de)(de)(de)捕獲和(he)(he)(he)封存，駐留在腫(zhong)(zhong)瘤(liu)區(qu)域。但是(shi)T細(xi)(xi)(xi)胞(bao)和(he)(he)(he)自(zi)然殺傷（NK）細(xi)(xi)(xi)胞(bao)在滲入腫(zhong)(zhong)瘤(liu)后(hou)，只(zhi)優先與高(gao)表達淋巴細(xi)(xi)(xi)胞(bao)浸潤的(de)(de)(de)惡(e)(e)性(xing)(xing)(xing)轉(zhuan)(zhuan)錄程序（MTIL）的(de)(de)(de)惡(e)(e)性(xing)(xing)(xing)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)亞群共定位，并在不同的(de)(de)(de)拷貝數改(gai)變情況下受到抑(yi)制。文(wen)章闡(chan)明(ming)(ming)了(le)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)中(zhong)體(ti)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)遺傳異常(chang)、惡(e)(e)性(xing)(xing)(xing)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)轉(zhuan)(zhuan)錄紊亂和(he)(he)(he)免疫(yi)逃逸在細(xi)(xi)(xi)胞(bao)和(he)(he)(he)組(zu)(zu)織水(shui)平的(de)(de)(de)內在聯系，為(wei)針對重(zhong)編程惡(e)(e)性(xing)(xing)(xing)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)狀態(tai)的(de)(de)(de)靶(ba)向治(zhi)療(liao)(liao)提供了(le)新(xin)的(de)(de)(de)思路。 圖(tu)2. HGSC空間單細胞(bao)轉(zhuan)錄組圖(tu)譜 圖3. HGSC中效應(ying)T細胞和腫瘤亞型共定位 文(wen)章(zhang)三(san) 題目：Single cell-resolution in situ sequencing elucidates spatial dynamics of multiple sclerosis lesion and diseaseevolution 時(shi)間：2023年6月(yue) 單位(wei)：斯(si)德哥爾摩大學 期刊(kan)：bioRxiv 多(duo)(duo)發(fa)性(xing)硬(ying)化（multiple sclerosis，MS）是以中(zhong)樞神(shen)經系(xi)統(tong)白質(zhi)(zhi)炎(yan)性(xing)脫髓(sui)鞘(qiao)病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)為主要(yao)特點的(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)身免(mian)疫病(bing)(bing)(bing)。研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)員通過(guo)構(gou)建(jian)實驗性(xing)自(zi)身免(mian)疫性(xing)腦脊(ji)髓(sui)炎(yan)（EAE）小鼠(shu)模型(xing)，對(dui)(dui)不同(tong)時期的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)組織部位進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)(le)原位組織測序，利用(yong)單(dan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)數(shu)據獲(huo)得了(le)(le)(le)MS病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)轉錄組圖譜。之(zhi)后(hou)使用(yong)Xenium技術已(yi)有的(de)(de)(de)(de)(de)266個(ge)基因的(de)(de)(de)(de)(de)人(ren)腦panel對(dui)(dui)MS患者活(huo)(huo)性(xing)和(he)非活(huo)(huo)性(xing)損(sun)傷區(qu)域的(de)(de)(de)(de)(de)脊(ji)髓(sui)進(jin)行(xing)(xing)了(le)(le)(le)檢測，共(gong)得到(dao)240372個(ge)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)空間轉錄組圖譜，注釋(shi)了(le)(le)(le)疾病(bing)(bing)(bing)病(bing)(bing)(bing)演(yan)變(bian)(bian)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)疾病(bing)(bing)(bing)鄰域，揭示了(le)(le)(le)活(huo)(huo)動(dong)性(xing)和(he)非活(huo)(huo)動(dong)性(xing)病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)病(bing)(bing)(bing)理學特征，以及少突膠質(zhi)(zhi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)和(he)星形膠質(zhi)(zhi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)在(zai)MS損(sun)傷中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)空間偏好性(xing)，同(tong)時發(fa)現(xian)很(hen)多(duo)(duo)在(zai)組織學研(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)無法發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)非活(huo)(huo)動(dong)性(xing)病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)區(qu)域。研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)員證明疾病(bing)(bing)(bing)相(xiang)關（DA）神(shen)經膠質(zhi)(zhi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)是動(dong)態的(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)形成之(zhi)前就(jiu)已(yi)被誘導，與病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)無關。對(dui)(dui)人(ren)類多(duo)(duo)發(fa)性(xing)硬(ying)化脊(ji)髓(sui)的(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)空間分析證實了(le)(le)(le)DA膠質(zhi)(zhi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)分布(bu)，使活(huo)(huo)躍病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)和(he)非活(huo)(huo)躍病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)解(jie)構(gou)為亞區(qu)，并確定(ding)了(le)(le)(le)新的(de)(de)(de)(de)(de)病(bing)(bing)(bing)變(bian)(bian)區(qu)域。通過(guo)建(jian)立單(dan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)分辨率的(de)(de)(de)(de)(de)小鼠(shu)和(he)人(ren)類多(duo)(duo)發(fa)性(xing)硬(ying)化癥神(shen)經病(bing)(bing)(bing)理學空間資源，該研(yan)(yan)究(jiu)揭示了(le)(le)(le)多(duo)(duo)發(fa)性(xing)硬(ying)化癥疾病(bing)(bing)(bing)演(yan)變(bian)(bian)背后(hou)錯綜復雜的(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)動(dong)態。 圖(tu)4. 多(duo)發性(xing)硬化單(dan)細胞空間圖(tu)譜 文章四 題目：High resolution mapping of the tumor microenvironment using integrated single-cell, spatial and in situ analysis 時間：2022年10月 單位：10×Genomics 期刊：Nature Communications 乳腺(xian)(xian)癌是(shi)一(yi)(yi)種多(duo)病理類型(xing)的(de)(de)(de)復雜(za)疾病，每(mei)個(ge)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)亞型(xing)具有獨(du)特(te)(te)的(de)(de)(de)特(te)(te)征(zheng)和(he)(he)顯(xian)著的(de)(de)(de)細(xi)(xi)胞和(he)(he)分子異質性。10×Genomics團隊使(shi)(shi)用(yong)Xenium技術獲得了基(ji)(ji)(ji)因Panel范圍內的(de)(de)(de)高分辨率基(ji)(ji)(ji)因表達數據(ju)。使(shi)(shi)用(yong)了Xenium人類乳腺(xian)(xian)基(ji)(ji)(ji)因Panel中(zhong)的(de)(de)(de)280個(ge)基(ji)(ji)(ji)因和(he)(he)33個(ge)額外(wai)設(she)定基(ji)(ji)(ji)因（共313個(ge)基(ji)(ji)(ji)因），額外(wai)設(she)定的(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)因主要是(shi)根據(ju)人類乳腺(xian)(xian)組織的(de)(de)(de)單細(xi)(xi)胞圖(tu)譜數據(ju)（包括(kuo)健康和(he)(he)致(zhi)瘤(liu)(liu)狀態）進行篩選的(de)(de)(de)。經過一(yi)(yi)個(ge)循(xun)環的(de)(de)(de)數據(ju)解(jie)碼(ma)，完成原(yuan)始(shi)熒光圖(tu)像可視化(hua)，以(yi)高分辨率揭示了組織的(de)(de)(de)詳細(xi)(xi)結構(gou)（組織的(de)(de)(de)直接熒光信號(hao)自激活(huo)成像）。再使(shi)(shi)用(yong)Xenium Explorer軟件對組織光信號(hao)進行進一(yi)(yi)步檢測及解(jie)碼(ma)，使(shi)(shi)得從基(ji)(ji)(ji)因Panel中(zhong)選擇相關基(ji)(ji)(ji)因的(de)(de)(de)表達情況，來識別基(ji)(ji)(ji)質細(xi)(xi)胞、淋(lin)巴細(xi)(xi)胞、巨噬細(xi)(xi)胞、肌(ji)上皮(pi)細(xi)(xi)胞、內皮(pi)細(xi)(xi)胞、DCIS（乳腺(xian)(xian)乳管內存在的(de)(de)(de)異常細(xi)(xi)胞）和(he)(he)侵襲性腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)細(xi)(xi)胞。 為(wei)了(le)(le)驗證包含313個(ge)基因(yin)的(de)(de)(de)Panel的(de)(de)(de)人(ren)(ren)(ren)類乳(ru)(ru)腺檢測數據(ju)(ju)與Xenium組合的(de)(de)(de)實際可(ke)靠性(xing)，該團隊補充了(le)(le)組合基因(yin)在(zai)預期細胞類型(xing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)相對(dui)表達。將scFFPE-seq和Xenium數據(ju)(ju)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為(wei)相同的(de)(de)(de)基因(yin)-細胞矩陣(zhen)格式進(jin)行降維和t-SNE分析進(jin)行數據(ju)(ju)復(fu)現。將有監(jian)督(du)的(de)(de)(de)scFFPE-seq注釋轉(zhuan)(zhuan)移到Xenium數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)。發(fa)(fa)現在(zai)92%的(de)(de)(de)病例中(zhong)(zhong)，細胞被(bei)明確識別為(wei)Xenium數據(ju)(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)單細胞類型(xing)。將scFFPE-seq數據(ju)(ju)過濾至僅Xenium人(ren)(ren)(ren)乳(ru)(ru)腺基因(yin)Panel中(zhong)(zhong)所使用的(de)(de)(de)313個(ge)基因(yin)時(shi)，發(fa)(fa)現了(le)(le)相同的(de)(de)(de)細胞類型(xing)群，證實了(le)(le)Xenium人(ren)(ren)(ren)乳(ru)(ru)腺基因(yin)Panel有著(zhu)同樣(yang)真實地(di)捕(bu)獲(huo)了(le)(le)生物學(xue)異(yi)質性(xing)的(de)(de)(de)可(ke)靠性(xing)。對(dui)兩(liang)個(ge)連續切(qie)片的(de)(de)(de)分析表明了(le)(le)該技術的(de)(de)(de)可(ke)重(zhong)復(fu)性(xing)，重(zhong)復(fu)的(de)(de)(de)細胞類型(xing)比例幾乎相同，轉(zhuan)(zhuan)錄本計數高度相關。 圖5. 乳腺癌應用Xenium技術檢測圖譜
參考(kao)文獻： 1.Mangoli A, Wu S, Liu HQ, Aksu M, Jain V, Foreman BE, Regal JA, Weidenhammer LB, Stewart CE, Guerra Garcia ME, Hocke E, et al. Ataxia-telangiectasia mutated ( Atm ) disruption sensitizes spatially-directed H3.3K27M/TP53 diffuse midline gliomas to radiation therapy. bioRxiv [Preprint]. 2023 Oct 20. 2.Christine Yiwen Yeh , Karmen Aguirre , Olivia Laveroni, et al. Mapping ovarian cancer spatial organization uncovers immune evasion drivers at the genetic, cellular, and tissue level. bioRxiv [Preprint].2023 Oct 19. 3.C. M. Langseth, P. Kukanja, L. A. Rubio Rodríguez-Kirby, et al. Single cell-resolution in situ sequencing elucidates spatial dynamics of multiple sclerosis lesion and diseaseevolution. bioRxiv [Preprint].2023 June 30. 4.Janesick A, Shelansky R, Gottscho AD, et al. High resolution mapping of the tumor microenvironment using integrated single-cell, spatial and in situ analysis. Nat Commun. 2023 Dec 19;14(1):8353.
