空间转录组，这个技术助力了很多顶级期刊，Science，Nature都收入囊中

单细胞转录组可以反映样本的异型性，近年来单细胞技术助力很多领域的新发现。随着单细胞技术的广泛应用，科学家们不甘于只研究样本异质性，更想在空间层面发现新视角。

空间转录组学将总mRNA的空间信息与形态学内容相结合，可以同时提供转录组信息和位置信息，近年来，更是频频登上顶级期刊，被评为2020年年度技术。

空间转录组有很多解决方案，今天给大家介绍10X genomics的空间基因表达解决方案（Visium Spatial Gene Expression Solution）。

---

1. 原理

样本准备，并进行HE染色及拍照。

10X的每个玻片上有4个捕获区，每个捕获区中有5000个spot，每个spot中有不同的barcode。
将组织切片放在捕获区，捕获携带有空间信息及标签的核苷酸序列。

组织透化，RNA捕获及cDNA合成，建库测序，然后进行数据分析，就可以得到样本内基因的空间信息。

---

2. 应用

目前空间转录组已经应用在癌症研究，神经科学，发育生物学，细胞图谱，免疫，农业基因组学，遗传健康，肿瘤免疫学和传染病等领域，我们给大家分享几篇顶级文章。

文献 1：Spatiotemporal analysis of human intestinal development atsingle-cell resolution

• 研究方向：发育生物学
• 发表期刊：Cell
• 影响因子：38.637
• 发表时间：2021.01
• 样本类型：胎儿和成人的肠道样本，共8个切片；
  12 PCW，n=5； 19 PCW，n=1；成人，n=2
• 应用技术：scRNA-seq+ST
• 主要研究内容：人类肠道的形态发生过程。利用单细胞RNA测序和空间转录组，绘制人体肠道形态发生的时间和空间的转录图谱。

---

文献 2：A Spatiotemporal Organ-Wide Gene Expression and Cell Atlas of theDeveloping Human Heart

• 研究方向：发育生物学
• 发表期刊：Cell
• 影响因子：38.637
• 发表时间：2019.12
• 样本类型：3个胚胎心脏样本，4.5~5 PCW，n=1； 6.5 PCW，n=1；9 PCW ，n=1；
• 应用技术：ST+scRNA-seq+ISS
• 主要研究内容：人类心脏发育的空间基因表达和细胞图谱。人类心脏发育的空间基因表达和细胞图谱单细胞测序技术揭示胚胎心脏在三个发育阶段细胞类型的景观图，利用空间转录组学揭示每个发育阶段的不同解剖区域的基因特征，使用原位测序来完善这些结果，并为三个发育阶段创建一个空间亚细胞图。最后作者生成了一个可公开使用的人类心脏发展网络资源，以促进未来对人类心脏起源的研究。

---

• 文献3：Multimodal Analysis of Composition and Spatial Architecture in HumanSquamous Cell Carcinoma
• 研究方向：肿瘤（皮肤鳞状细胞癌cSCC）
• 发表期刊：Cell
• 影响因子：38.637
• 发表时间：2020.07
• 样本类型：6例cSCC患者12个切片
• 应用技术：scRNA-seq+ST+MIBI
• 主要研究内容：人皮肤鳞状细胞癌组成和空间结构分析。单细胞转录组测序研究皮肤鳞状细胞癌（cSCC）有四个肿瘤细胞亚群，三个涵盖正常表皮状态的亚群，一个肿瘤特异性角质形成细胞亚群（TSK）。利用空间转录组得到TSK亚群的空间信息。发现cSCC肿瘤边缘具有高度的异质性，揭示TSK是细胞间通讯的枢纽。

---

• 文献 4：Integrating microarray-based spatial transcriptomics andsingle-cell RNA-seq reveals tissue architecture in pancreatic ductaladenocarcinomas
• 研究方向：肿瘤（胰腺导管癌PDAC）
• 发表期刊：NatureBiotechnology
• 影响因子：36.553
• 发表时间：2020.01
• 样本类型：来自6个患者的PDAC样本，共10张切片
• 应用技术：scRNA-seq+ST+MIA
• 主要研究内容：胰腺导管腺癌的组织结构。单细胞转录组和空间转录组研究胰腺导管腺癌组织样本细胞亚群，通过MIA分析整合发现特定组织区域会富集特定的细胞类型，阐明了肿瘤细胞与特定细胞类型（炎症成纤维细胞）之间的互作关系，发现了肿瘤微环境的特点。

---

• 文献5：Spatial Transcriptomics and In Situ Sequencing to Study Alzheimer’sDisease
• 研究方向：神经科学（阿尔兹海默症）
• 发表期刊：Cell

• 影响因子：38.637
• 发表时间：2020.07
• 样本类型：3月龄，6月龄，12月龄，18月龄的AD模型和正常小鼠脑组织各1个切片
• 应用技术：ST+ISS
• 主要研究内容：阿尔兹海默症小鼠中组织域的转录变化。利用空间转录组和原位测序研究阿尔兹海默症小鼠模型中小脑淀粉样斑周围组织的细胞变化和转录变化，构建AD中的多基因调控网络。

---

• 文献6：Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophiclateral sclerosis
• 研究方向：神经科学（肌萎缩性脊髓侧索硬化症ALS）
• 发表期刊：Science
• 影响因子：41.037
• 发表时间：2019.04
• 样本类型：67只不同时期小鼠腰椎脊髓组织切片1165个；
  7名ALS患者死后腰椎和颈椎脊髓的组织切片80个
• 应用技术：ST
• 主要研究内容：肌萎缩性侧索硬化症分子病理学的时空动力学研究。使用空间转录组学获得疾病过程中小鼠脊髓的基因表达量，以及肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者死后组织的基因表达量，描述了肌萎缩性脊髓侧索硬化症的潜在分子机制。

---

• 文献7：Exuberant fibroblast activity compromises lung function viaADAMTS4
• 研究方向：病理学（甲流）
• 发表期刊：Nature
• 影响因子：42.778
• 发表时间：2020.10
• 样本类型：甲型流感病毒感染10天后的4只小鼠肺切片
• 应用技术：scRNA-seq+ST
• 主要研究内容：成纤维细胞与肺部功能损害。通过单细胞转录组测序找到甲流感染后的重要基因，锁定关键因子ADAMTS4，用空间转录组研究成纤维细胞在解剖学结构发现ADAMTS4的特殊表达，影响肺部微环境。

---

参考文章

1. Fawkner-Corbett D, et al. Spatiotemporalanalysis of human intestinal development at single-cell resolution. Cell. 2021Jan 5.

2. Asp M, et al. A SpatiotemporalOrgan-Wide Gene Expression and Cell Atlas of the Developing Human Heart. Cell.2019 Dec 12.

3. Ji AL, et al. Multimodal Analysis ofComposition and Spatial Architecture in Human Squamous Cell Carcinoma. Cell.2020 Sep 17;182(6):1661-1662. doi: 10.1016/j.cell.2020.08.043. Erratum for:Cell. 2020 Jul 23.

4. Moncada R, et al. Integratingmicroarray-based spatial transcriptomics and single-cell RNA-seq reveals tissuearchitecture in pancreatic ductal adenocarcinomas. Nat Biotechnol. 2020 Mar.

5. Chen WT, et al. Spatial Transcriptomicsand In Situ Sequencing to Study Alzheimer's Disease. Cell. 2020 Aug 20.

6. Maniatis S, et al. Spatiotemporaldynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis. Science. 2019Apr 5.

7. Boyd DF, et al. Exuberantfibroblast activity compromises lung function via ADAMTS4. Nature. 2020 Nov.