上一期，我們介紹了空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的原理和實(shí)驗(yàn)流程，特別是在樣本準(zhǔn)備過(guò)程中需要注意的地方，（【空間轉(zhuǎn)錄組】第一彈之原理與樣本制備，你都了解了嗎？）今天，小編就結(jié)合具體文章案例來(lái)分享一些目前空間轉(zhuǎn)錄組的分析思路。

 首先來(lái)給大家分享一篇18年6月份發(fā)表在《Nature Communication》上的文章，該研究通過(guò)利用空間轉(zhuǎn)錄組（ST）測(cè)序，分析表征空間差異基因和途徑。

一、

 

發(fā)表時(shí)間：2018.06

發(fā)表期刊：Nature Communication

影響因子：11.878

研究方向：腫瘤-前列腺癌

研究策略：

將患者根治性切除后的前列腺癌組織根據(jù)病理學(xué)注釋做了12張組織切片（具體位置如上圖所示），共分析了5910個(gè)區(qū)域，并利用反卷積方法分析轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。

研究結(jié)果展示：

研究人員利用用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（ST）技術(shù)研究整個(gè)多灶性前列腺癌的全組織基因表達(dá)異質(zhì)性。并通過(guò)去卷積分析轉(zhuǎn)錄組提取不同組織成分（如基質(zhì)，正常腺和PIN腺，免疫細(xì)胞和癌癥）的獨(dú)特表達(dá)譜。

通過(guò)區(qū)分健康和疾病區(qū)域，分析前列腺癌進(jìn)展過(guò)程中的基因表達(dá)變化。該研究與病理學(xué)家的注釋相比，更準(zhǔn)確地描繪了癌灶的范圍。

在鄰近腫瘤區(qū)域的基質(zhì)中鑒定基因表達(dá)梯度，使腫瘤微環(huán)境重新分層。

空間轉(zhuǎn)錄組在特定組織區(qū)域的代謝水平角度為腫瘤特異性預(yù)測(cè)和藥物治療靶標(biāo)的探究提供一種新的思路。同時(shí)隨著技術(shù)的日益發(fā)展，單純的空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序?qū)Σ町惢蚣巴贩治龊茈y獲得更多的數(shù)據(jù)信息。而空間轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，可以更好的挖掘數(shù)據(jù)的生物學(xué)信息，獲得更多的創(chuàng)新性結(jié)果。

接下來(lái)，我們?cè)賮?lái)看幾篇文章，其通過(guò)空間轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，描繪了正常組織或腫瘤組織時(shí)空基因表達(dá)模式布和細(xì)胞組成的空間定位。

二、

 

發(fā)表時(shí)間：2020.01

發(fā)表期刊：Nature cell biology

影響因子：17.428

研究方向：骨髓造血微環(huán)境

研究策略：

 

研究者通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)LCM-seq（一種改進(jìn)的激光捕獲顯微解剖結(jié)合測(cè)序），并利用免疫熒光染色實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)序分析結(jié)果，系統(tǒng)地繪制了小鼠不同骨髓造血微環(huán)境的分子、細(xì)胞和空間組成。

樣本組織：8到12周C56Bl/6J雌性小鼠的股骨，脛骨，髖和脊椎骨

ScRNA-Seq: 使用FACS分選細(xì)胞，利用10X genomics測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，得到7497個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分析

空間轉(zhuǎn)錄組（LCM-Seq）：對(duì)骨內(nèi)膜（n=12），骨膜下（n=11），竇（n=14）和小動(dòng)脈（n=28），非血管（n=11）共76個(gè)微解剖區(qū)域進(jìn)行分析。

研究結(jié)果：

該研究分析了所有主要的骨髓駐留細(xì)胞類型確定了間充質(zhì)細(xì)胞的分化軌跡，對(duì)其進(jìn)行空間定位并闡明了促造血因子的來(lái)源，并且還提出了一種可以確定多種組織中細(xì)胞三維架構(gòu)的新計(jì)算方法，這些都為白血病的分子機(jī)制探討和靶向治療奠定了基礎(chǔ)。

（烈冰生物已經(jīng)詳細(xì)解讀過(guò)這篇文章，感興趣的小伙伴可以戳這里單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)||揭示骨髓造血微環(huán)境的分子，細(xì)胞和空間組織構(gòu)架）

三、

 

發(fā)表時(shí)間：2020.01（2018.01 BioRxiv）

發(fā)表期刊：Nature Biotechnology

影響因子：31.864

研究方向：PDAC腫瘤異質(zhì)性

研究策略：

 

研究者分別對(duì)PDAC患者的腫瘤組織進(jìn)行scRNA-Seq和空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，并通過(guò)引入一種新方法多模式相交分析（MIA）將PDAC-A和PDAC-B患者數(shù)據(jù)整合進(jìn)行聯(lián)合分析空間區(qū)域的細(xì)胞組成和基因表達(dá)情況。

ScRNA-Seq:3個(gè)PDAC患者的腫瘤組織；（PDAC-A：1926 cell，PDAC-B：1733 cell，PDAC-C:2000 cell）

空間轉(zhuǎn)錄組ST：6個(gè)PDAC患者的10張切片：PDAC-A(3張)、PDAC-B(3張)、PDAC-D(1張)、PDAC-E(1張)、PDAC-F(1張)、PDAC-G(1張)

對(duì)PDAC-A患者和PDAC-B患者同時(shí)做了scRNA-Seq和空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。從每塊4-5mm3大小的新鮮PDAC組織中切割取出1毫米厚的組織，以制備單細(xì)胞懸液。同時(shí)，將切割的另一表面朝下放入裝有預(yù)冷OCT的模具中，再經(jīng)過(guò)冷卻的異戊烷速凍。將冷凍組織切成10 μm厚度的冷凍切片，安裝在ST陣列上，并在-80°C下保存直至使用。

研究結(jié)果：

引入了MIA算法進(jìn)行空間和單細(xì)胞的整合，將scRNA-Seq結(jié)果進(jìn)行空間定位，并發(fā)現(xiàn)亞群的差異化定位使它們?cè)诮M織中發(fā)揮獨(dú)特的作用。

描繪了在空間背景下腫瘤微環(huán)境特點(diǎn)，免疫環(huán)境狀態(tài)，應(yīng)激水平以及細(xì)胞之間相互作用的模式，從而有助于預(yù)判患者預(yù)后。

利用MIA方法對(duì)公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行再分析發(fā)現(xiàn)MIA能夠反映細(xì)胞亞群與空間結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系。

四、

  

發(fā)表時(shí)間：2019.12

發(fā)表期刊：Cell

影響因子：36.216

研究方向：人胚胎心臟發(fā)育

研究策略：

 

對(duì)妊娠4.5-5、6.5和9個(gè)孕后周（PCW）人類心臟進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（ST）、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（scRNA-seq）和原位測(cè)序（ISS），并通過(guò)整合空間信息來(lái)生成三維轉(zhuǎn)錄圖譜。

ScRNA-Seq: 6.5-7PCW的人胚胎心臟組織(3,717個(gè)細(xì)胞)（6.5-7PCW胚胎心臟組織視為6.5PCW胚胎心臟組織的生物學(xué)重復(fù)）

空間轉(zhuǎn)錄組ST：取4.5-5PCW（4張）、6.5PCW（9張）、9PCW（6張）三個(gè)時(shí)期的人胚胎心臟，共19張冷凍組織切片。對(duì)同一心臟組織連續(xù)切片時(shí)注意連續(xù)的部分非常相似，但不完全相同。

研究結(jié)果：

概述了人類心臟發(fā)育的時(shí)空基因表達(dá)模式和空間組織

深入分析了不同細(xì)胞類型在心臟發(fā)育中的作用

整合了人類胚胎心臟的公共網(wǎng)絡(luò)資源

         空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序聯(lián)合分析，可以有效地提高測(cè)序數(shù)據(jù)的利用率，不再單單從基因?qū)用胬斫饨M織的空間差異性，而是在空間背景下從基因、分泌蛋白、細(xì)胞組成以及細(xì)胞之間的相互作用等方面深入理解組織的發(fā)育過(guò)程或疾病病理學(xué)。

         單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的分析結(jié)果極大地豐富了組織基因表達(dá)的空間注釋，并可以將細(xì)胞類型特異性基因表達(dá)映射到特定的空間解剖區(qū)域，更好地助力探究空間中細(xì)胞的差異化定位在組織發(fā)育或疾病進(jìn)展中發(fā)揮的獨(dú)特作用。

除上述分享給大家的文章外，空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序在小膠質(zhì)細(xì)胞的再生促進(jìn)大腦修復(fù)[5]、肌萎縮性側(cè)索硬化癥分子病理學(xué)時(shí)空動(dòng)態(tài)研究[6]、 皮膚惡性黑色素瘤異質(zhì)性[7]、模式植物花序、芽等器官發(fā)育[8]等研究中也有所發(fā)現(xiàn)。