脑组织相关疾病空间转录组和单细胞测序研究总览，还不快来围观| 空间转录组专题（文末有彩蛋哦！）

脑组织作为中枢神经系统中最为复杂和精密组织结构，是调控我们众多高级神经活动的基础。而正是由于脑组织复杂结构，导致众多与脑相关疾病机制的了解及有效的治疗方案的选择相对匮乏。空间转录组测序和单细胞测序可以从空间和单个细胞层面上探究组织样本的异质性，探究脑组织不同的区域与不同的细胞群之间的关联性，解析不同的细胞类群如何介导与脑组织相关疾病的发生和发展的。目前随着测序技术的不断发展，空间转录组测序和单细胞测序在脑组织中的应用也逐年增多。因而，本文就空间转录组和单细胞测序技术在与脑组织相关疾病中的研究性文章进行了系统的解读。

原发性中枢神经系统淋巴瘤 (PCNSL)

1.英文名称：Intratumor heterogeneity and T cell exhaustion in primary CNS lymphoma

期刊名称：Genome Medicine

影响因子：15.266

发表时间：2022

所用组学：空间转录组和单细胞免疫组测序

原发性中枢神经系统淋巴瘤 (PCNSL) 是一种罕见的中枢神经系统淋巴瘤，通常具有弥漫性大 B 细胞表型。立体定向活组织检查和组织病理学检查是诊断标准。然而，从CNS活检中获得的材料有限，因此阻碍了对PCNSL的深入描述。作者对活检材料、血液和脑脊液(CSF)中释放的PCNSL细胞进行了流式细胞术、单细胞RNA测序和BCR测序，并对活检样本进行了空间转录组测序。PCNSL 中的细胞主要是以 CD19+CD20+CD38+CD27+ B 细胞为主。在单细胞RNA测序中，PCNSL细胞具有转录异质性，形成多个恶性B细胞簇。肿瘤微环境中的T细胞上调免疫检查点分子，从而识别来自PCNSL细胞的免疫逃避信号。空间转录组揭示了恶性B细胞集群的异质性，反映了患者之间的转录异质性，以及T细胞衰竭标记物的显著表达，与高度恶性B细胞集群共定位。PCNSL中的恶性B细胞表现出转录和空间瘤内异质性。T 细胞耗竭在 PCNSL 微环境中很常见，与恶性细胞共定位，并突出了个性化治疗的潜力。

阿尔茨海默病（AD）

2.英文名称：Astrocytes and oligodendrocytes undergo subtype-specific transcriptional changes in Alzheimer’s disease

期刊名称：Neuron

影响因子：18.688

发表时间：2022

所用组学：空间转录组和单核转录组测序

神经胶质细胞在阿尔茨海默病（AD）起着异常重要的作用，因此为了充分了解胶质细胞在AD中的作用显得尤为重要。因此在这篇文章中，作者使用单核RNA测序（snRNA-seq）探究了来自脂蛋白（APOE）Ɛ2/3基因型AD人脑以及年龄和基因型匹配的无症状（NS）大脑的星形胶质细胞和少突胶质细胞。作者重点关注了星形细胞和少突胶质细胞并展示了其异质性，确定了AD和对照组中这两类细胞之间整体和亚型特异性转录组变化特征。同时，作者采用人和小鼠空间转录组学结果，将多种星形胶质细胞亚类映射到健康和炎症大脑的特定区域。此外，作者将自己的的数据与已发表的AD snRNA-seq数据集进行联合分析，发现了以前无法识别的星形胶质细胞亚群的能力。

胶质母细胞瘤等脑肿瘤

3.英文名称：T-cell dysfunction in the glioblastoma microenvironment is mediated by myeloid cells releasing interleukin-10

期刊名称：Nature Communications  

影响因子：17.694

发表时间：2022

所用组学：空间转录组和单细胞转录组测序

最近免疫疗法在癌症治疗方面取得了巨大进展，但在某些肿瘤类型（例如胶质母细胞瘤）由于其肿瘤微环境会导致其抗肿瘤免疫反应失效而具有高度耐药性。在这里，作者通过应用整合来自 12 个肿瘤样本的单细胞和空间转录组数据，释放 Interleukin-10 的HMOX1 +的一个子集 骨髓细胞在空间上定位于间充质样肿瘤区域，驱动 T 细胞耗竭，从而促成免疫抑制性肿瘤微环境。这些发现在人类离体新皮质胶质母细胞瘤模型中得到了验证，该模型接种了患者来源的外周 T 细胞以模拟免疫室。该模型概括了肿瘤浸润性 T 细胞的功能失调转化。抑制 JAK/STAT 通路可改善该模型和体内T细胞功能，进一步证明 IL-10 释放是肿瘤免疫逃逸的重要驱动力。综上，作者的研究结果表明，单细胞和空间转录组学数据的综合建模是研究肿瘤免疫微环境的宝贵工具，并可能有助于成功开发免疫疗法。

精神分裂症和自闭症

4.英文名称：Transcriptome-scale spatial gene expression in the human dorsolateral prefrontal cortex

期刊名称：Nature Neuroscience

影响因子：28.771

发表时间：2021

所用组学：空间转录组和单核转录组测序

作者使用 10x Genomics Visium 平台定义了六层人类背外侧前额叶皮层中基因表达的空间拓扑。作者确定了不同层丰富的基因表达特征和与先前层流标记的关联。此外作者将自己的层流表达特征映射到大规模单核 RNA 测序数据上，增加了表达驱动簇的空间注释。通过整合神经精神疾病基因组，作者展示了与精神分裂症和自闭症谱系障碍相关的基因的差异层丰富表达，突出了空间定义表达的临床相关性。然后，作者开发了一个数据驱动的框架来定义空间转录组数据中的无监督集群，它可以应用于其他组织或大脑区域，其中形态结构不像皮质层那样定义明确。

人脑转移灶样本

5.英文名称：Distinct phenotypic states and spatial distribution of CD8+ T cell clonotypes in human brain metastases

期刊名称：Cell Reports Medicine

影响因子：16.988

发表时间：2022

所用组学：空间转录组，空间TCR测序和单细胞转录组测序

由于脑部转移性疾病难以控制，且预后不良。因此，在这篇文章里，作者采用空间转录组和单细胞转录组分析了人脑转移灶，并证明了它们被具有不同抗原特异性、表型状态和肿瘤微环境空间定位的 CD8 + T 细胞亚群的浸润。脑转移灶被T细胞密集浸润；大部分浸润的CD8+ T细胞表达PD-1。单细胞RNA测序显示增殖CD8+ T细胞和衰竭CD8+ T细胞之间存在显著的克隆重叠，但这些亚群与循环和其他肿瘤浸润CD8+ T细胞的克隆重叠最小。利用空间转录组学和空间T细胞受体(TCR)测序，作者发现这些克隆不相关，表型不同的CD8+ T细胞群在脑转移瘤微环境中占据离散的位置。总之，作者的工作确定了CD8+ T细胞及其周围环境中的信号通路，可能是脑转移免疫治疗的靶点。

好消息来啦！！！联川生物FFPE空间转录组测序闪亮登场

FFPE是生物学尤其是医学领域常见的组织保存形式，但是这一保存方式存在着DNA/RNA 降解的情况，导致FFPE样本的检测手段非常受限。基于此，联川生物空间转录组测序平台再添一利器之Visium FFPE，且10x Visium CytAssist 也已完成装机，并正式投入运行。接下来让我们一起来探索FFPE空间转录组测序的魅力所在吧！

FFPE空间转录组测序流程

1、样本准备：将FFPE组织切片放置在Visium基因表达玻片上，并进行组织学成像（通过H&E染色获得形态背景）；

2、探针杂交：Visium FFPE 玻片上的每个捕获区都有一个阵列，其中含有与RNA结合的捕获探针（RTL）。RTL有两段组成分别是LHS(左端探针)和RHS（右端探针）。左端探针有read 2结构，右端探针有polyA结构。探针杂交后，mRNA的两段连续探针只有同时被杂交之后才会进行连接，若只有其中一段被捕获，则无法进行建库，显著降低假阳性结果，RTL探针组确保了高特异性和高灵敏度；

左端探针 (LHS）：Read 2S（提供扩增引物的结合位点） + 与mRNA互补配对序列

右端探针 (RHS）：PolyA（与捕获序列的poly(dT)结合） + 与mRNA互补配对的序列

3、组织透化及文库构建：对组织进行透化处理，以释放连接的探针对，使其与玻片上的捕获探针（UMI和Barcode）杂交，从而实现基因表达信息的捕获，从而制备测序文库；

4、数据可视化：通过特有的分析软件将空间层面的基因表达结果和形态学的结果结合在一起，进行可视化展示；

FFPE空间转录组测序流程

FFPE空间转录组优势

• 采用双探针结合的方式，有效提高了样本检测的高灵敏度和高特异性；

• 可以对长期保存的生物库样本进行重新分析，此外还可以开展大量的回顾性研究，追踪相应的生物过程；

• 可与其他的生物学实验相结合来观察基因表达和形态背景；

• 可针对整张FFPE组织切片进行探究，全面解析样本中重要的生物学信息；

10x Visium CytAssist优势

• 将转录组和蛋白质组分析物从标准载玻片自动转移到Visium玻片的捕获区域，简化样本处理；

• 无需在Visium玻片上直接切片，将样本兼容性扩展到贴有切片的载玻片；

• 通过标准的组织学技术预先筛选组织切片，选择出最有生物学意义的切片，从而最大限度地获得Visium实验的见解；

• 使用CytAssist专用玻片和试剂，每次运行可从最多两张FFPE组织切片中精确捕获分析物，而时间不到一小时；

• 人DV200的质控要求降为>30%，允许检测更多长期保存的高度降解的样本；

10x Visium CytAssist

10x Visium CytAssist适用样本类型

• 石蜡包埋的样本；

• 已经保存在普通玻片上的FFPE样本；

• 贴在普通的玻片上的FFPE样本，通过H&E染色或者免疫荧光染色，选取感兴趣的切片，然后再将感兴趣的切片转移到Visium芯片上，解决选片困扰；

• 选取切片的一部分区域转移到Visium芯片上。

FFPE空间转录组样本指南

1.整个石蜡包埋的样本：4℃或室温封装完全寄送至联川生物实验室

2.石蜡包埋的白片和贴片

• RNA质检：切片厚度为10µm；

  ① 组织较小：≤6.5 x 6.5mm：~4片切片

  ② 组织较大：≥6.5 x 6.5 mm：1-2片切片

• 基因表达切片：切片厚度为5µm；

3.已保存的玻片

   玻片保存在玻片盒中，室温寄送至联川生物实验室

Tips：目前联川生物基于Visium CytAssist的空间转录组测序实验只兼容人的样本

相关阅读

关于联川

杭州联川生物为全球各地的科研用户提供基因组、转录组、蛋白组、代谢组，以及单细胞和空间组学测序服务。空间转录组测序作为联川战略发展方向，目前已经搭建针对新鲜组织样本和FFPE样本的空间转录组测序平台，有着丰富的样本处理经验，且能充分发挥自身优势，为客户提供最优质的服务。目前已经与多个科研院校、医院、制药公司建立起了长期的合作伙伴关系。

点击下方图片进入云平台资料汇总：

所见即所得，绘图高规格联川云平台，让科研更自由