2025-08-11
Highlight
1.空間轉錄組學突破傳統局限，通過保留細胞空間位置信息。
2.多平臺技術對比，覆蓋不同分辨率需求。
3.空間轉錄組在疾病、發育等不同研究領域的應用。
傳統單細胞測序雖能鑒定細胞類型，但丟失了細胞在組織中的原始空間位置信息，無法區分同一類型細胞在不同組織部位的功能差異；而“空轉”技術通過定位基因表達的空間“地圖”，實現了空間維度的保留，可直接定位基因表達的空間熱點，為理解組織功能分區（如大腦認知區、腫瘤免疫抑制區）提供分子基礎。空轉技術通過空間維度的解析，解決了傳統方法無法回答的核心生物學問題。
一.技術對比
基于測序的轉錄探針結合技術
（1）Visium原理
Visium空間轉錄組利用帶有空間條形碼和唯一分子標識符（UMI）的探針芯片捕獲組織切片中mRNA，通過原位反轉錄生成帶空間位置信息的cDNA，再經測序和數據分析將基因表達數據精準映射回組織原始位置，從而構建空間基因表達圖譜。
（2）Visium CytAssist 原理
Visium CytAssist空間轉錄組將普通玻片上組織切片的轉錄組探針（針對人或小鼠樣本設計）自動轉移到Visium玻片捕獲區域，利用帶有空間條形碼和UMI的探針捕獲轉錄組信息，結合組織學染色在形態背景下獲取基因表達的空間分布數據，最終通過測序和數據分析實現空間轉錄組圖譜構建。
基于成像的原位分析技術
（3）Xenium原理
Xenium測序原理基于鎖式探針與目標RNA雜交后環化，通過滾環擴增增強信號，再利用多輪熒光探針雜交與成像技術，在組織原位實現亞細胞分辨率的基因表達檢測，無需NGS測序即可直接獲取空間轉錄組數據。
二.分辨率范圍
55μm（Visium）→單細胞級2μm（Visium CytAssist HD）→亞細胞級（<50nm，Xenium）
三.案例
（1）揭示胰腺導管腺癌（PDAC）轉移的生態學特征：
中文名稱：原發性和轉移性胰腺癌的空間轉錄組分析突出了腫瘤微環境的異質性
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：
對原發性和轉移性PDAC樣本進行空間轉錄組分析，鑒定保守的纖維化、代謝和免疫抑制空間生態類型。發現10種保守的空間生態型（CC1-CC10），其中原發灶以高度纖維化（CC1/CC5）和免疫抑制為特征，轉移灶則表現為低纖維化、高增殖活性（CC2/CC3）及代謝重編程（如糖酵解激活）；侵襲性邊界生態型（CC7）富含促癌和抑癌免疫細胞共存，可能為潛在免疫治療靶點。PDAC轉移過程中，腫瘤微環境通過空間異質性適應不同組織環境，個性化治療策略至關重要。
（2）揭示免疫接種后小膠質細胞的空間異質性及其在Aβ清除中的動態作用：
中文名稱：小膠質細胞驅動免疫接種的阿爾茨海默病患者腦內β-淀粉樣蛋白清
期刊：Nature Medicine
發表時間：2025.4
組學技術：單細胞轉錄組、空間轉錄組、空間蛋白組
結論：
研究揭示了阿爾茨海默病（AD）患者腦內小膠質細胞在β-淀粉樣蛋白（Aβ）免疫清除中的空間異質性：主動和被動免疫均通過激活小膠質細胞（尤其是表達TREM2和APOE的亞群）促進Aβ清除，且不同腦區（如顳葉、頂葉與額葉）的小膠質細胞狀態及清除效率存在顯著差異；侵襲性邊界區域的小膠質細胞呈現促炎與抗炎功能共存的特征，可能成為免疫治療的關鍵靶點，同時SPP1和CHI3L1等基因在高效清除區域的特異性表達為優化療法提供了分子標志物。
（3）理解人類大腦皮層發育圖譜：
中文名稱：空間轉錄組揭示人類大腦皮層分層與區域特化的分子機制
期刊：Nature
發表時間：2025.5
組學技術：單核轉錄組測序、空間轉錄組
結論：
構建了人類胎兒大腦皮層發育的高分辨率單細胞空間圖譜，揭示了皮層分層與區域特化的動態分子機制：興奮性神經元亞型在孕15周已呈現層依賴性分布，早于細胞形態學分層（孕22周后出現），表明分子特征先于解剖結構形成；初級視覺區（V1）與次級視覺區（V2）在孕20周即出現基因表達邊界（如NPY、IGFBPL1），且V1特異性興奮性神經元持續表達細胞黏附與突觸發生相關基因（如NRXN-NLGN信號通路），提示視覺區功能特化始于胚胎中期；神經元亞型在第三孕期（孕22-34周）持續多樣化，層特異性基因（如CCN2、SEMA3E）和區域特異性基因（如CYP26A1）的動態表達調控皮層連接模式的建立。
