10x Genomics空間組學(xué)技術(shù)前沿的代表性用戶專訪

繪制生命藍(lán)圖：空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的價(jià)值與應(yīng)用

在多細(xì)胞生物中，沒(méi)有哪個(gè)細(xì)胞是孤立存在的。每個(gè)細(xì)胞都受到其周圍微環(huán)境中其他細(xì)胞的影響，它們之間傳遞的信號(hào)決定了各自的功能。

事實(shí)上，維持或缺失細(xì)胞與組織的空間性，對(duì)從阿爾茨海默病、癌癥，到自身免疫性疾病和對(duì)感染的免疫應(yīng)答等各類生命活動(dòng)都具有至關(guān)重要的影響。

空間生物學(xué)通過(guò)揭示細(xì)胞類型的整體組織方式、細(xì)胞間的相互作用、異質(zhì)性的空間微環(huán)境、新的基因程序、關(guān)鍵的配體-受體信號(hào)網(wǎng)絡(luò)、以及與疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物，為我們深入理解這種組織結(jié)構(gòu)提供了前所未有的深刻洞見(jiàn)。

早在20世紀(jì)40年代，我們就已經(jīng)能夠在相應(yīng)的形態(tài)學(xué)背景下檢測(cè)生物分子。盡管早期通過(guò)免疫組織化學(xué)（IHC）和原位雜交（ISH）技術(shù)發(fā)表的文章證明了空間分析的可能性，但這些方法在可檢測(cè)靶標(biāo)的數(shù)量和分辨率上都非常有限。

而今天，我們已經(jīng)可以繪制成百上千個(gè)轉(zhuǎn)錄本直至整個(gè)轉(zhuǎn)錄組的圖譜，同時(shí)達(dá)到單細(xì)胞乃至亞細(xì)胞級(jí)別的分辨率。

空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)主要可分為兩大類：基于成像和基于測(cè)序。

究竟哪種方法更適合您，最終取決于您特定的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題和需求。

近期，我們針對(duì)全球范圍內(nèi)的走在空間組學(xué)技術(shù)前沿的代表性用戶進(jìn)行了訪談。本期將為您特別介紹在免疫學(xué)領(lǐng)域走在前沿的來(lái)自中國(guó)的研究者——上海市免疫學(xué)研究所，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的葉幼瓊研究員。葉博士分享了空間生物學(xué)方法如何幫助她的研究取得突破，討論了她在選擇空間平臺(tái)時(shí)的考量因素，并為初次探索空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究者提供了寶貴建議。

Visium HD空間分析鑒定出KRAS突變型結(jié)直腸癌樣本中的細(xì)胞組成。圖片來(lái)源：葉幼瓊實(shí)驗(yàn)室

由于我們的多項(xiàng)研究使用了空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，我們甚至開(kāi)發(fā)出計(jì)算工具Cottrazm用于空間腫瘤分析。該工具整合了空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)、蘇木精-伊紅（H&E）組織學(xué)圖像中的形態(tài)學(xué)信息，以及單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)。我們隨后用這些數(shù)據(jù)來(lái)勾勒腫瘤邊界以及腫瘤組織中的細(xì)胞“點(diǎn)”，進(jìn)而揭示細(xì)胞類型特異性的基因表達(dá)特征。

最近，我們還利用腫瘤空間組學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)分析泛癌種微環(huán)境特征。該項(xiàng)目致力于將功能富集的差異表達(dá)基因定位在特定腫瘤結(jié)構(gòu)，解析TME的細(xì)胞組成，鑒定細(xì)胞類型特異性基因表達(dá)特征，并表征細(xì)胞間相互作用。根據(jù)這些，我們開(kāi)發(fā)出一個(gè)名為SpatialTME的用戶友好數(shù)據(jù)庫(kù)，支持用戶搜索，可視化下載結(jié)果。

我們正在開(kāi)展的多項(xiàng)研究將持續(xù)依托空間轉(zhuǎn)錄組平臺(tái)，它不僅提供了關(guān)鍵信息，還加速了研究進(jìn)程。

為針對(duì)結(jié)直腸癌的免疫治療開(kāi)辟新路徑

有些腫瘤對(duì)免疫治療產(chǎn)生應(yīng)答，而另一些則沒(méi)有，這背后的原因是什么？Qi等人將結(jié)直腸癌患者無(wú)進(jìn)展生存期較短與兩種獨(dú)特細(xì)胞類型（FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞）的存在相關(guān)聯(lián)，推斷這兩種細(xì)胞類型可能協(xié)同作用。基于Visium測(cè)序的分析顯示，這兩種細(xì)胞類型共定位在TME中，且這些區(qū)域富含與細(xì)胞外基質(zhì)和膠原纖維結(jié)構(gòu)相關(guān)的通路。這種空間洞察對(duì)于揭示FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞如何協(xié)同促進(jìn)免疫限制性TME至關(guān)重要，使其有望成為未來(lái)治療策略中的理想靶點(diǎn)以改善免疫治療的應(yīng)答。

該論文因此入選《Nature Communication》2022年度健康科學(xué)領(lǐng)域25篇最佳論文。https://www.nature.com/articles/s41467-022-29366-6

然而，隨著Xenium等基于成像的空間技術(shù)不斷擴(kuò)展其基因組合功能，提供比Visium HD大得多的檢測(cè)區(qū)域，它們對(duì)特定應(yīng)用而言正變得更具吸引力。例如，在處理臨床研究樣本（如組織芯片）時(shí)，我們的目標(biāo)是同時(shí)分析單個(gè)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)十個(gè)樣本，那么Xenium等基于成像的空間平臺(tái)就成了理想選擇。它們不僅能減少批次效應(yīng)，還能降低成本，特別適合大規(guī)模研究。

熟悉您使用的組學(xué)技術(shù)的獨(dú)特功能，這一點(diǎn)也同樣重要。例如，如果實(shí)驗(yàn)需要相鄰組織層的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及空間代謝組學(xué)或空間蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，則可能需要相應(yīng)調(diào)整方法（例如使用哪種樣本類型）。

在涉及到空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和空間代謝組學(xué)的研究中，使用新鮮包埋的樣本至關(guān)重要。在這種情況下，使用新鮮樣本和Visium HD [WT Panel]分析是最佳選擇。然而，如果研究涉及到空間轉(zhuǎn)錄組和基于抗體的空間蛋白質(zhì)組學(xué)，那么使用福爾馬林固定石蠟包埋樣本和Visium HD [WT Panel]分析更為合適。平臺(tái)的靈活性讓研究人員能夠根據(jù)其研究的特定需求來(lái)定制方法，確保獲得最佳結(jié)果。

此外，我還期待3D空間組學(xué)的更廣泛應(yīng)用，這將為我們了解組織內(nèi)部的復(fù)雜相互作用及其空間結(jié)構(gòu)提供更全面的信息，并以前所未有的分辨率推進(jìn)我們對(duì)生物學(xué)的理解。

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