破案！空间转录组的前世今生你get了吗？ | 空间转录组专题

前面我们介绍了几种空间转录组测序技术—小白必看！带你走进空间转录组 | 单细胞专题，相信大家对这一技术已经有了初步的了解，那么这些高大上的技术是如何发展而来的呢？

空间转录组发展历程

空间位置是如何获取的？

荧光原位杂交技术（FISH）

荧光原位杂交技术（Fluorescence in Situ Hybridization，FISH）是利用荧光标记的特异核酸探针与细胞内相应的靶DNA分子或RNA分子杂交，通过在荧光显微镜或共聚焦激光扫描仪下观察荧光信号，来确定与特异探针杂交后被染色的细胞或细胞器的形态和分布，或者是结合了荧光探针的DNA区域或RNA分子在染色体或其他细胞器中的定位。随着研究的深入，更多基于FISH的衍生技术如单分子荧光原位杂交（single-molecule RNA fluorescence in situ hybridization，RNA smFISH）、荧光原位RNA测序（FISSEQ）、单细胞转录成像技术（Multiplexed Error-Robust Fluorescence in Situ Hybridization，MERFISH）、顺序荧光原位杂交（SeqFISH）等应运而生。

FISH检测乳腺癌免疫组化HER2基因的状态

免疫组化（IHC）

免疫组织化学（Immunohistochemistry，IHC）是一项以免疫学基本原理——抗原抗体特异性结合并应用化学方法使标记抗体的显色剂（荧光、酶、金属离子、同位素等）显色来确定组织细胞内抗原（多肽和蛋白质），对其进行定位、定性及定量的分析。主要应用于恶性肿瘤的诊断和鉴别诊断、确定转移性恶性肿瘤的原发部位以及对某类肿瘤进行进一步的病理分析等。

乳腺癌HER2免疫组织化学染色结果

微阵列技术

从原位阵列上的组织切片中捕获转录物也可以获取转录物的空间位置。通过在商业微阵列载玻片上印刷点条形码、UMIs和多聚T寡核苷酸来捕获多聚腺苷酸化的转录物，如ST和Visium。它们也可以是滴状序列的珠子，以单层散布在载玻片上，或限制在载玻片上蚀刻的孔中（例如HDST)。

空间转录组

三者的区别

	FISH	IHC	微阵列技术
功能	组织是否表达一种特定的蛋白	组织的哪个位置表达了特定的蛋白	从组织切片中捕获转录物也可以获取转录物的空间位置
优点	灵敏度和特异性高	1、简便易行、价格便宜 2、操作方法成熟	1、可以应用于大面积的组织 2、实验周期短
局限性	1、对于操作和判读技术要求较高，且耗时长 2、检测费用高，能检测出所有的融合但不能区分	判定标准主观，常规IHC的阳性标准判定尚未统一	没有达到单细胞分辨率，检测效率较低

怎样能够获得更精准的测序结果？

NGS技术即“下一代”测序技术（Next-generation sequencing technology），利用碱基互补配对原理，通过采集荧光标记信号或化学反应信号，实现碱基序列的解读。能从少量样本中得到整个基因组的全部信息，高通量、灵敏度高，因此适用于点突变、融合基因、基因扩增等所有变异类型的检测。

Bulk测序（Bulk RNA-seq）

Bulk测序是提取组织、器官或一群细胞的混合RNA（bulk RNA）进行测序，得到一群细胞的转录组的平均数据或代表性数据。细胞群体中单个细胞的特异性信息往往被掩盖，比如特异表达的基因或RNA不同的剪接体。随着对生物结构功能的深入研究，人们越来越清楚地认识到，哪怕看似相同的细胞群，细胞之间的转录本表达水平也是存在差异的，所以为了得到原始和真实的细胞遗传信息，对转录组的分析应该在单细胞水平上展开。

单细胞转录组测序（scRNA-seq）

单细胞转录组测序（Single-cell RNA-sequencing, scRNA-seq）是在单个细胞水平对mRNA进行高通量测序的一项新技术，原理是将分离的单个细胞中微量的mRNA通过扩增后再进行高通量测序。单细胞转录组最大的优势就在于，它可以明确到细胞间的差异性，将某个组织中不同的单细胞分别进行研究，获取更多的样本信息。每种组织中有多种类型的细胞，每一种细胞类型有着独特的起源和功能，而每一个细胞的谱系和发展的状态又决定了每个细胞如何与周围的细胞及环境互作，这对于我们理解细胞的起源、功能、变异等就有着至关重要的作用。

单细胞转录组测序

空间转录组=原位图像+分子表达

虽然scRNA-seq技术能获得单个细胞内近万个基因的表达信息，为辨别生物组织中各种细胞类型的转录组特征和全面揭示细胞之间基因表达的异质性提供了有力的工具，但是单细胞水平下分析得到的细胞分化发育轨迹，或细胞和细胞之间的通讯联系，在空间上是否真实分布在临近区域？不同细胞之间是直接还是间接的联系？或者反过来，单细胞水平下分析得到的功能相似的细胞群体，在组织中的分布，一定是在同一区域吗？这些问题如果仅仅靠单细胞一个层面的数据很难解释清楚，所以我们在单细胞的基础上，联合空间转录组技术，将二者进行相互印证，以获取更真实的信息。

空间转录组=原位图像+分子表达

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