2025-09-11
福尔马林固定石蜡包埋样本（FFPE样本）因其长期稳定、低成本、便于存储的优势，已经成为临床病理最常见的组织保存方式。全球积累的海量FFPE样本，蕴含了丰富的疾病信息，但其中的RNA往往会出现不同程度的降解，使其成为难以高效解读的“黑匣子”，这对空间转录组学的应用构成了显著挑战。因此，开发出适配 FFPE 样本的高水平空间组学技术，对科研与临床均具有重大意义。
近日，华大生命科学研究院牵头建设的基因组多维解析重点实验室联合多家顶尖机构，在国际顶级期刊《Cell》上发表了Stereo-seq V2时空组学技术成果。该技术首次实现在 FFPE 样本上同步开展宿主与微生物的全域、高分辨率原位时空转录组分析，揭开临床样本的神秘面纱，为感染性疾病、肿瘤免疫研究提供强大支撑，推动生命科学从“细胞可视化”迈向“洞悉细胞与微生物交互”的精准医学新纪元。
接下来我们将介绍Stereo-seq平台在FFPE样本上的多个应用方向，为科学家们提供多角度的科研思路。
应用场景一
构建单细胞空间转录组图谱
空间转录组不再是简单地罗列组织中的细胞类型，而是以单细胞分辨率作为“显微镜”，以空间坐标作为“导航图”，全方位地揭示：谁（Which cell）、在何处（Where）、做什么（What function）、以及与谁为邻（Interact with whom），可以对生命结构进行一全景式测绘。
标题：Single-cell spatial transcriptome atlas and whole-brain connectivity of the macaque claustrum
期刊：Cell
影响因子：42.5
发表时间：2025年7月
应用技术：snRNA-seq，Stereo-seq
分析样本：猕猴（snRNA-seq 4只、Stereo-seq 2只、全脑追踪实验91只）、狨猴（3只，用于snRNA-seq）、小鼠（18只，用于snRNA-seq）
主要内容
屏状核通过与众多脑区的连接来协调大脑功能，但其分子和细胞组织结构仍不清楚。本研究对 227,750 个猕猴屏状核细胞进行单核 RNA 测序，鉴定出 48 种转录组定义的细胞类型，其中大多数谷氨酸能神经元与深层岛状神经元相似。对猕猴、狨猴和小鼠转录组的比较揭示了猕猴特有的细胞类型。在 67 个皮质和 7 个皮质下区域注射逆行示踪剂，确定了四个不同分布区域的逆行标记屏状核神经元。对全脑连接性和单细胞空间转录组的联合分析表明，这些四个区域包含不同谷氨酸能细胞类型的组合，它们优先与特定脑区连接，并且具有明显的同侧偏见。在猕猴屏状核的腹侧和背侧区域中，几种特有的谷氨酸能细胞类型分别选择性地投射到两个功能相关的区域——内嗅皮层和海马体与运动皮层和壳核。这些数据为阐明屏状核多种功能背后的神经元组织提供了基础。
图1猕猴屏状核细胞类型的单细胞转录组学分析
图2猕猴屏状核细胞类型空间位置的描述
图3猕猴整个大脑连接情况以及屏状核细胞类型的分布情况
应用场景二
解锁免疫治疗新密码
Stereo-seq能在宏观尺度上精准绘制肿瘤微环境（TME）的“细胞社会”全景图谱。直观定位CD8+ T细胞等免疫主力军的富集区与荒漠区，找到与治疗不响应相关的细胞群体，揭示免疫排斥的关键屏障。该技术为联合疗法（如免疫+靶向）的设计提供精准的空间依据，并为克服耐药性、开发下一代免疫治疗新方案指明全新的方向。
标题：Spatially organized tumor-stroma boundary determines the efficacy of immunotherapy in colorectal cancer patients
期刊：Nature Communications
影响因子：15.7
发表时间：2024年11月
应用技术：scRNA-seq、Stereo-seq
分析样本：23名结直肠癌（CRC）患者的肿瘤组织，其中包括未经治疗的微卫星稳定（pMMR）患者、微卫星不稳定（dMMR）患者，以及接受抗PD-1抗体治疗的dMMR患者（根据治疗响应分为疾病稳定[dSD]与部分/完全缓解[dPR/dCR]）。16个样本用于Stereo-seq测序，10个样本进行scRNA-seq。
主要内容
结直肠癌（CRC）患者中，若存在错配修复缺陷（dMMR）而非错配修复正常（pMMR）的情况，则往往能从免疫检查点阻断（ICB）疗法中获益。为了剖析这些不同治疗反应背后的肿瘤微环境（TME），本文整合了Stereo-seq、scRNA-seq以及多重成像分析，从未经治疗和接受 ICB 治疗的 CRC 患者身上创建了肿瘤的高分辨率空间图谱。研究结果表明，肿瘤-间质边界的空间组织和免疫状态是 dMMR 和 pMMR CRC 的独特特征，这与 ICB 响应相关。物理相互作用以及 LAMP3+树突状细胞和 CXCL13+T 细胞的丰度可能塑造 ICB 响应的肿瘤-间质边界，而 CXCL14+癌相关成纤维细胞则倾向于重塑细胞外基质，从而在不响应者中形成结构屏障。因此，该工作指出了肿瘤的分子和细胞空间结构在 ICB 响应中的重要性，为在大多数 CRC 中重新编程肿瘤-间质边界以增强免疫疗法的可能性提出了可能性。
图1：通过 Stereo-seq 技术构建的人类结直肠癌的空间转录组图谱揭示了其对免疫检查点阻断疗法的反应性
图2：CXCL14+ 成纤维细胞可能有助于形成组织内肿瘤微环境（TME）中有序的基质结构，并阻止 T 细胞进入该区域
应用场景三
宿主-微生物 RNA 的原位共检测
感染与共生研究中，微生物的空间定位及其与宿主细胞的相互作用是理解免疫应答的关键。Stereo-seq 可在单张切片上实现宿主-微生物 RNA 的原位共检测。
标题：Stereo-seq V2: Spatial mapping of total RNA on FFPE sections with high resolution
期刊：Cell
影响因子：42.5
发表时间：2025年8月
应用技术：Stereo-seq V2
主要内容
Stereo-seq V2 技术利用随机引物在 FFPE 切片上原位捕获并测序 RNA，并能提供单细胞分辨率。基于随机引物的策略能够实现无偏的转录本捕获和均匀的基因覆盖，从而提高对标记基因的敏感性、非聚腺苷酸（poly(A)）RNA 分析的效率以及免疫谱覆盖范围。作者使用三阴性乳腺癌（TNBC）切片在临床 FFPE 样本上验证了 Stereo-seq V2 的稳健性能，并识别出了肿瘤特异性的可变剪接事件。在结核分枝杆菌（Mtb）感染的小鼠模型中，利用 Stereo-seq V2 同时监测宿主和病原体转录组的基因表达动态。作者还构建了免疫谱并识别出了 Mtb 特异性的 BCR 克隆，这些在人类结核性肺样本中也能观察到。这些结果凸显了 Stereo-seq V2 在生物医学研究和个性化医疗领域所具有的潜力。
图1：Stereo-seq V2 表现出更优的分子扩散性能
图2：Stereo-seq V2同时捕获宿主和结核杆菌RNA
应用场景四
解码非编码RNA
非编码 RNA，尤其是长链非编码 RNA 在哺乳动物大脑的发育、成熟和疾病中发挥着重要作用。Stereo-seq原位解析非编码 RNA 的作用机制，可为研究提供全新视角。
标题：Single-cell spatial transcriptomic atlas of the whole mouse brain
期刊：Neuron
影响因子：15
发表时间：2025年3月
应用技术：snRNA-seq、Stereo-seq
使用样本：C57BL/6 雄性小鼠：成年鼠 11周龄（P77）、 E12.5、E14.5、E16.5（胚胎期）、P1、P7、P14（出生后）；左脑半球，进行冠状切面（coronal sections）采样，厚度为10 μm，间隔100 μm，共123个有效切片
主要内容
作者利用snRNA-seq和 Stereo-seq 技术，生成了一个包含 308 个细胞簇的空间信息的鼠脑图谱，这些细胞簇的单细胞分辨率达到了极高的水平，涉及超过 400 万个细胞，同时还涵盖了 29655 个基因的空间信息。作者发现了偏好于皮质亚区域的细胞簇，并探索了它们与脑部相关疾病之间的关联。此外，作者还确定了脑干内具有独特区域表达模式的 155 个基因，并揭示了在成年大脑中具有区域富集表达的 513 个长链非编码 RNA。基于空间转录组信息对大脑区域进行划分，为几个大脑区域揭示了精细结构。此外，作者还发现了 411 个转录因子调控网络，在神经发育过程中表现出不同的空间和时间动态。
图1：构建高分辨率小鼠脑细胞图谱
图2：lncRNA在小鼠脑中的空间分布
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