2020-07-30
自2017年，“人類細胞圖譜計劃”啟動以來，單細胞測序技術越來越受到科學家的青睞。
單細胞轉錄組測序相比于常規的整體的轉錄組測序，將視角聚焦到每一個單獨的細胞，從轉錄組角度揭示了細胞之間的差別和聯系，解析組織內部的異質性。僅從10x genomics平臺的數據統計就可以看出，自2017到目前為止， 10x genomics單細胞轉錄組發表文獻就有1015篇。
除了在單個細胞水平去解決組織異質性問題，細胞間的空間位置無疑是決定組織異質性的另一個重要因素。針對這一重要問題，10x genomics在2019年推出了革新的空間轉錄組技術，首次將目光聚焦到組織內部的精確空間范圍內，揭示空間范圍內的轉錄組信息，為科研工作者提供轉錄譜信息，有助于揭示精確空間范圍內發生的信號傳導通路和細胞行為，解析目標生物學過程的更深層次的分子機制。
既然空間轉錄組這么熱，那么就讓咱們帶著幾個問題去了解下空間轉錄組的相關信息，做個簡單的入門：
為什么要做空間轉錄組？
以腫瘤微環境為例，提出一系列的生物學問題。例如，哪一些細胞類型激活了怎樣的信號通路在特定部位促進了腫瘤干細胞的產生？腫瘤細胞以及臨近的腫瘤相關成纖維細胞(CAF)如何影響周圍細胞，促進腫瘤發展？免疫細胞如何感知微環境的局部信號，招募更多的免疫細胞，促進免疫浸潤以及在腫瘤附近形成三級淋巴結構，介導腫瘤免疫反應？腫瘤細胞如何抵制附近不同類別的免疫結構，完成腫瘤轉移等等。以往的mRNAseq以一個腫瘤組織作為個體進行測序，無法揭示內部精確的信號傳導過程，針對以上的問題，無法給出明確的答案。通過單細胞測序和空間轉錄組測序，則可以揭示非常精確全面的表達譜信息，幫助研究者分析特定空間位置、特定細胞類型、特定生物學過程中的信號傳導過程，揭示其分子機理。
空間轉錄組測序是什么原理？
10X空間轉錄組測序主要在含有空間barcode的玻片上完成。冷凍切片的樣本放在此玻片上，組織透化后樣本的mRNA與玻片上的含有空間barcode的polyT捕獲序列結合，不同的mRNA都標記上了各自的空間信息，針對這些mRNA進行cDNA合成、建庫和測序。測序結果中除了基因表達的信息外，也包含每個基因的空間信息，將此結果重新mapping到HE染色的圖片中，研究者可以非常直觀地看到感興趣地區域內表達了哪些基因，激活了哪些信號通路，可能與周圍的區域發生怎么樣的細胞間通訊等一系列過程；當然，研究者也可從另一方面進行分析，感興趣的基因或信號傳導過程，發生在哪個區域，這些區域可以成為研究對象揭示其它基因的表達以及其它信號通路的激活。有了空間轉錄組測序的結果，大大拓展了思維的廣度，幫助提出和解決更多的、更深入的生物學問題。
這一切，研究者需要提供的只是一個OCT包埋的樣本。
怎么做空間轉錄組測序？
10X空間轉錄組測序的優勢有哪些？
目前可揭示空間信息的分析方法還包括基于顯微切割的RNA測序和免疫熒光等。然而，顯微切割RNA測序無法給出測序樣本內部的空間信息，即丟失了研究者關注的組織內部的空間信息，而免疫熒光只能針對已知基因進行表達模式的驗證，對于未知基因的揭示則束手無策，此外，針對信號通路中的多個基因進行表達模式驗證，免疫熒光則顯得既耗時又燒錢。10X空間轉錄組測序解決了以上問題，在研究者感興趣的區域內，揭示所有基因的表達模式。如果研究者的工作中涉及到多次免疫熒光，那么，可以考慮以下是否用空間轉錄組測序一步到位，解決所有問題。就像用RNA測序代替RT-PCR的解決方案一樣。
10X空間轉錄組測序能發什么水平的文章?
目前階段，10X空間轉錄組測序仍處于新技術的紅利期，只對樣本進行測序分析，不需要進行復雜的生物學驗證，即可以發表CNS級別的文章。例如，2019年，science雜志發表了針對肌萎縮的小鼠和病人的脊髓樣本進行空間轉錄組測序分析。2019年，cell雜志發表了針對人胚胎組織樣本的心臟組織進行空間轉錄組測序分析。2020年，nature biotechnology雜志發表了針對胰腺癌樣本進行的空間轉錄組測序分析。
以上文章通過新技術，結合簡單的免疫熒光驗證，解釋了精確的生物學問題，獲得了一流期刊的高度認可。
參考文獻：
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