掃碼聯系客服
單細胞RNA測序(scRNA-seq)可以識別組織內的細胞亞群。scRNA-seq技術的出現，使得人們可以對細胞的基因組學、轉錄組學以及表觀基因組學進行精準的研究。但不能捕捉它們的空間分布，也不能揭示細胞間通訊的局部網絡。而空間轉錄學方法正好相反，于是單細胞測序聯合空間轉錄組測序分析就這樣誕生了。接下來，我為大家總結了七篇高質量的最新空間組學+單細胞轉錄組技術應用的文章，一起來看看吧~
案例一
《單細胞分辨率下人體腸道發育的時空分析》1
發表期刊：Cell
發表時間：2021/01/07
思路總結：
目前我們對人類腸道的發育還不是很清楚。在本文中，作者將單細胞RNA測序和空間轉錄學聯系起來，以描述隨時間的變化腸道形態發生過程。作者確定了101種細胞狀態，包括上皮和間充質祖細胞群體，以及與關鍵形態發生的程序。作者描述了腸絨毛的軸線、發育中腸道的神經、血管、間充質形態發生和免疫群體的形成原理。作者確定了發育中的成纖維細胞和肌成纖維細胞亞型的分化等級，并描述了這些亞型的不同功能，包括血管壁細胞。作者還指出Peyer‘s斑塊和腸道相關淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue，GALT)的起源，并描述特定部位的免疫程序。總而言之，在這項研究中，研究者利用高通量的scRNA-seq和ST（Spatial transcriptomics）創建了一個大規模的人類腸道發育的單細胞時空圖譜，繪制了跨越時間、位置和細胞間隔的形態發生圖。
案例二
《人乳腺癌單細胞空間分辨圖譜》2
發表期刊：Nature Genetics
發表時間：2021/09/09
思路總結：
乳腺癌是復雜的細胞生態系統，復雜細胞之間的相互作用在疾病進展和治療反應中起著核心作用。然而，我們對乳腺癌的細胞組成和組織的了解是有限的。在這篇文章中，作者利用了單細胞結合空間轉錄組的方法分析人類乳腺癌。并且作者發展了一種單細胞固有亞型分類方法(SCSubtype)來揭示復發性腫瘤細胞的異質性。采用CITE-SEQ(Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitopes by sequencing)提供了高分辨率的免疫圖譜，包括與臨床結果相關的新的PD-L1/PD-L2+巨噬細胞群。間充質細胞在三個主要譜系的分化過程中表現出不同的功能和細胞表面蛋白的表達。同時，在腫瘤中，免疫間質微環境的空間組織為抗腫瘤免疫調節的提供了新視角。總之，這項研究提供了乳腺癌細胞結構的全面轉錄圖譜。
案例三
《發育中的小鼠腦的分子結構》3
發表期刊：Nature
發表時間：2021/07/30
思路總結：
哺乳動物的大腦通過復雜的空間結構相互作用促進發育。對這一過程的完整理解需要對大腦發育的整個時空范圍內的細胞狀態進行系統的描述。單細胞RNA測序和空間轉錄學揭示復雜組織分子異質性的能力在神經系統中尤為強大。在這里，作者對小鼠大腦從原腸胚形成到出生做了一個全面的單細胞轉錄圖譜。作者鑒定了近800種細胞狀態，這些狀態描述了大腦及其包圍膜的發育程序，包括早期神經上皮、區域特異性次級組織器以及神經源性和膠質源性祖細胞。作者還使用原位 mRNA 測序來繪制關鍵發育基因的空間表達模式。將原位數據與單細胞簇相結合，揭示了神經系統模式中神經祖細胞的精確空間組織。
案例四
《人類肌腱疾病的單細胞和空間轉錄組提示免疫穩態失調》4
發表期刊：Annals of the Rheumatic Diseases
發表時間：2021/05/19
思路總結：
肌腱病：包括以疼痛和功能受限為特征的多因素肌腱疾病，仍然是肌肉骨骼醫學的一個重要負擔。免疫介導的機制在肌腱疾病中起到關鍵的作用。單細胞技術 (scRNA-seq)越來越多地應用于風濕病，以確定驅動疾病發病機制的關鍵細胞表型。盡管已經有人在肌腱疾病異質性方面做出了努力，但仍然沒有詳細的空間肌腱細胞圖譜來提供肌腱疾病的空間信息。在這里，作者首次利用scRNA-seq和空間轉錄學(ST)進行細胞-細胞相互作用分析，以建立一個驅動慢性肌腱疾病發展的動態細胞環境圖譜。
案例五
《人鱗狀細胞癌成分和空間結構的多模態分析》5
發表期刊：Cell
發表時間：2020/06/25
思路總結：
為了明確皮膚鱗狀細胞癌(cSCC)的細胞組成和構筑，作者將一系列人皮膚鱗狀細胞和正常皮膚中提取RNA進行單細胞RNA測序并與空間轉錄相結合。cSCC有四個腫瘤亞群，三個表現正常表皮狀態，以及一個腫瘤特異性角質形成細胞(TSK)群，定位于纖維血管壁龕。單細胞和空間數據的整合將配體-受體網絡映射到特定的細胞類型，揭示了TSK細胞是細胞間通信的樞紐。作者還觀察到潛在的免疫抑制的多種特征，包括T調節細胞(Treg)與CD8T細胞在腫瘤間質中的共定位。最后，人腫瘤異種移植瘤的單細胞鑒定和體內CRISPR篩查確定了特定腫瘤亞群的基因網絡在腫瘤發生中的重要作用。這些數據定義了cSCC和間質細胞的亞群、相互作用的空間區位、以及如何參與癌癥的通訊基因網絡。
案例六
《人心臟發育過程中全器官的基因表達和細胞圖譜》6
發表期刊：Cell
發表時間：2019/12/14
思路總結：
人類心臟形態發生的過程尚不完全清楚。心臟發育的完整特征需要深入探索整個器官的基因編排。所以作者用空間轉錄方法在單細胞分辨率下探索人類心臟發育的基因表達圖譜，以構建一個三維器官的圖譜。在這里，作者揭示了胚胎心臟在三個發育階段的細胞類型的全面轉錄圖景，并將特定細胞類型的基因表達映射到特定的解剖結構域。空間轉錄學確定了獨特的基因圖譜，這些基因圖譜對應于每個發育階段的不同解剖區域。單細胞RNA測序鑒定的人胚胎心肌細胞類型證實并豐富了胚胎心臟基因表達的空間注釋。然后作者使用原位測序來提煉這些結果，并創建三個發育階段的空間亞細胞圖譜。最后，作者創建了一個公開可用的人類發育心臟的網絡資源，以促進未來對人類心臟發生的研究。
案例七
發表期刊：Nature Cell Biology
發表時間：2019/12/25
思路總結：
單細胞和空間轉錄學相結合揭示了分子、細胞和空間骨髓微環境7
骨髓(BM)是血液生產和骨骼再生的主要場所。然而，它的細胞組成和空間組織構成不同的 “微環境”仍然存在爭議。在這里，作者結合單細胞和空間分辨的個轉錄組，系統地繪制了骨內膜、竇狀骨和小動脈骨髓的分子和細胞組成圖。這使作者能夠描述所有主要的BM駐留細胞類型，確定它們的定位，并闡明關鍵生長因子和細胞因子的細胞和空間來源。重要的是，作者還證明，使用新開發的RNA-Magnet算法，可以從單細胞基因的表達數據中準確地推斷出骨髓的三維組織。總而言之，作者的研究揭示了骨髓微環境的細胞和空間組織特征，并提供了一種新的策略來系統地剖析整個器官的復雜組織。
小編總結：
單個細胞基因表達嚴格按特定的時間和空間順序發生，但由于單細胞測序的前提是將組織制備成單細胞懸液，從而忽略了細胞所處的原始位置信息，這一點通過空間轉錄組測序有望解決。然而，目前空間轉錄組尚不能提供組織中單個細胞的轉錄本信息。因此，整合scRNA-seq 和空間轉錄組學數據對研究細胞亞群及其在發育、穩態和疾病中的作用至關重要。
參考文獻
1. Fawkner-Corbett D, Antanaviciute A, Parikh K, et al. Spatiotemporal analysis of human intestinal development at single-cell resolution. Cell. 2021;184(3):810-826 e823.
2. Wu SZ, Al-Eryani G, Roden DL, et al. A single-cell and spatially resolved atlas of human breast cancers. Nat Genet. 2021;53(9):1334-1347.
3. La Manno G, Siletti K, Furlan A, et al. Molecular architecture of the developing mouse brain. Nature. 2021;596(7870):92-96.
4. Akbar M, MacDonald L, Crowe LAN, et al. Single cell and spatial transcriptomics in human tendon disease indicate dysregulated immune homeostasis. Ann Rheum Dis. 2021;80(11):1494-1497.
5. Ji AL, Rubin AJ, Thrane K, et al. Multimodal Analysis of Composition and Spatial Architecture in Human Squamous Cell Carcinoma. Cell. 2020;182(2):497-514 e422.
6. Asp M, Giacomello S, Larsson L, et al. A Spatiotemporal Organ-Wide Gene Expression and Cell Atlas of the Developing Human Heart. Cell. 2019;179(7):1647-1660 e1619.
7. Baccin C, Al-Sabah J, Velten L, et al. Combined single-cell and spatial transcriptomics reveal the molecular, cellular and spatial bone marrow niche organization. Nat Cell Biol. 2020;22(1):38-48.
