2025-08-11
Highlight
1.空间转录组学突破传统局限，通过保留细胞空间位置信息。
2.多平台技术对比，覆盖不同分辨率需求。
3.空间转录组在疾病、发育等不同研究领域的应用。
传统单细胞测序虽能鉴定细胞类型，但丢失了细胞在组织中的原始空间位置信息，无法区分同一类型细胞在不同组织部位的功能差异；而“空转”技术通过定位基因表达的空间“地图”，实现了空间维度的保留，可直接定位基因表达的空间热点，为理解组织功能分区（如大脑认知区、肿瘤免疫抑制区）提供分子基础。空转技术通过空间维度的解析，解决了传统方法无法回答的核心生物学问题。
一.技术对比
基于测序的转录探针结合技术
（1）Visium原理
Visium空间转录组利用带有空间条形码和唯一分子标识符（UMI）的探针芯片捕获组织切片中mRNA，通过原位反转录生成带空间位置信息的cDNA，再经测序和数据分析将基因表达数据精准映射回组织原始位置，从而构建空间基因表达图谱。
（2）Visium CytAssist 原理
Visium CytAssist空间转录组将普通玻片上组织切片的转录组探针（针对人或小鼠样本设计）自动转移到Visium玻片捕获区域，利用带有空间条形码和UMI的探针捕获转录组信息，结合组织学染色在形态背景下获取基因表达的空间分布数据，最终通过测序和数据分析实现空间转录组图谱构建。
基于成像的原位分析技术
（3）Xenium原理
Xenium测序原理基于锁式探针与目标RNA杂交后环化，通过滚环扩增增强信号，再利用多轮荧光探针杂交与成像技术，在组织原位实现亚细胞分辨率的基因表达检测，无需NGS测序即可直接获取空间转录组数据。
二.分辨率范围
55μm（Visium）→单细胞级2μm（Visium CytAssist HD）→亚细胞级（<50nm，Xenium）
三.案例
（1）揭示胰腺导管腺癌（PDAC）转移的生态学特征：
中文名称：原发性和转移性胰腺癌的空间转录组分析突出了肿瘤微环境的异质性
期刊：nature genetics
发表时间：2024.9
组学技术：单细胞转录组、空间转录组
结论：
对原发性和转移性PDAC样本进行空间转录组分析，鉴定保守的纤维化、代谢和免疫抑制空间生态类型。发现10种保守的空间生态型（CC1-CC10），其中原发灶以高度纤维化（CC1/CC5）和免疫抑制为特征，转移灶则表现为低纤维化、高增殖活性（CC2/CC3）及代谢重编程（如糖酵解激活）；侵袭性边界生态型（CC7）富含促癌和抑癌免疫细胞共存，可能为潜在免疫治疗靶点。PDAC转移过程中，肿瘤微环境通过空间异质性适应不同组织环境，个性化治疗策略至关重要。
（2）揭示免疫接种后小胶质细胞的空间异质性及其在Aβ清除中的动态作用：
中文名称：小胶质细胞驱动免疫接种的阿尔茨海默病患者脑内β-淀粉样蛋白清
期刊：Nature Medicine
发表时间：2025.4
组学技术：单细胞转录组、空间转录组、空间蛋白组
结论：
研究揭示了阿尔茨海默病（AD）患者脑内小胶质细胞在β-淀粉样蛋白（Aβ）免疫清除中的空间异质性：主动和被动免疫均通过激活小胶质细胞（尤其是表达TREM2和APOE的亚群）促进Aβ清除，且不同脑区（如颞叶、顶叶与额叶）的小胶质细胞状态及清除效率存在显著差异；侵袭性边界区域的小胶质细胞呈现促炎与抗炎功能共存的特征，可能成为免疫治疗的关键靶点，同时SPP1和CHI3L1等基因在高效清除区域的特异性表达为优化疗法提供了分子标志物。
（3）理解人类大脑皮层发育图谱：
中文名称：空间转录组揭示人类大脑皮层分层与区域特化的分子机制
期刊：Nature
发表时间：2025.5
组学技术：单核转录组测序、空间转录组
结论：
构建了人类胎儿大脑皮层发育的高分辨率单细胞空间图谱，揭示了皮层分层与区域特化的动态分子机制：兴奋性神经元亚型在孕15周已呈现层依赖性分布，早于细胞形态学分层（孕22周后出现），表明分子特征先于解剖结构形成；初级视觉区（V1）与次级视觉区（V2）在孕20周即出现基因表达边界（如NPY、IGFBPL1），且V1特异性兴奋性神经元持续表达细胞黏附与突触发生相关基因（如NRXN-NLGN信号通路），提示视觉区功能特化始于胚胎中期；神经元亚型在第三孕期（孕22-34周）持续多样化，层特异性基因（如CCN2、SEMA3E）和区域特异性基因（如CYP26A1）的动态表达调控皮层连接模式的建立。
