The Innovation Life | 空间转录组技术：解析肿瘤微环境的新型工具
导 读
空间转录组技术凭借其原位捕获海量转录本信息的优势，在个体发育、组织图谱和疾病发生机制等研究领域展现出巨大应用潜力。肿瘤异质性是肿瘤演化过程中普遍又至关重要的特征，制约了癌症的临床精准诊治。本文着重论述了癌症空间转录组学研究在技术、实验规划及数据处理等层面的难点和挑战（图1），为研究者更好地应用该技术提供参考。
图1 图文摘要
空间转录组技术能够检测组织中不同细胞类型的基因空间表达模式。根据转录本检测策略，空间转录组技术可以大体分为基于成像和基于测序两大类技术。基于成像的空间转录组技术依赖显微镜及荧光原位杂交检测转录本。基于测序的空间转录组技术则是利用测序方法检测基因的空间表达量，根据其获取空间信息的方式可进一步分为三种类型，包括激光捕获显微切割、原位测序和原位条码技术。自2016年以来，原位条码测序技术的出现极大拓展了空间转录组技术的应用版图。
空间转录组技术的进步为癌症研究提供了巨大机遇，可实现在单细胞级别分辨率研究癌变组织中的细胞组成、细胞状态和细胞相互作用网络，推动对肿瘤起源、转移和复发机制的深入探索，特别是揭示肿瘤微环境中的非癌细胞，如间质细胞和免疫细胞等在这些过程中的作用。相关的应用场景包括探索驱动肿瘤发生和免疫逃逸的细胞和分子因素，表征肿瘤亚克隆以剖析免疫反应、代谢偏好和转移潜力的异质性，以及鉴定肿瘤对不同疗法耐受的生物学因素。
目前空间转录组技术已被用于研究多种肿瘤的微环境异质性。日益多样化的肿瘤空间转录组学研究场景，意味着其在技术开发、实验设计、数据存储和生物信息学分析等方面存在诸多挑战，需要技术研发者进一步改善以及应用者慎重考量。
1）技术开发：需要提高样本兼容性（尤其是针对FFPE样品的兼容性）、扩大可检测的组织尺寸、拓展捕获靶标范围（如肿瘤组织中的微生物组检测）、降低mRNA扩散、提高检测效率、降低成本等。
2）实验设计：应考虑选择适当的样本类型（涉及罕见的癌症类型或感染病原时，FFPE样品也许更合适），加入必要的生物学重复或队列，谨慎选择患者和活检样本，并结合多组学技术以获取全面的癌症研究数据。
3）数据存储和生物信息分析：与空间转录组相关的数据包括高分辨率图像和大量测序数据，尤其是在癌症研究中纳入来自不同队列的多维数据时，将会进一步提高对存储空间、处理速度和分析算法的要求。在数据分析中，最紧迫的挑战包括：去除批次效应、细胞分割和反卷积注释（依赖高质量单细胞转录组数据集）、识别空间区域和差异基因、探索细胞间相互作用网络、多维数据的综合分析（空间转录组数据加上单细胞转录组数据、原位基因组测序数据、蛋白质图谱、代谢组数据等）以及统计方法的合理应用等。文章同时推荐了一系列相关的软件，希望能帮助研究者更好地解决分析层面遇到的问题。
总结与展望
当前，将空间转录组技术与其它多组学技术联合应用在癌症研究中日益普遍，进一步提高了对经费统筹、实验规划和分析技术的要求。跨机构和跨学科的合作有利于加速空间转录组学及相关组学技术的发展。空间转录组学将为我们揭示更多与癌症进展和演化相关的细胞和分子特征，为鉴定癌症诊断、预后和治疗靶点提供科学指引，促进检测试剂、药物和治疗方法的开发。
责任编辑
陈嘉莉 暨南大学
刘 燕 成都中医药大学
扫二维码｜查看原文
原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-life.2023.100006
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Life第1卷第1期以Commentary发表的“Spatial transcriptomics in cancer research: Opportunities and challenges” (投稿: 2023-03-03；接收: 2023-05-08；在线刊出: 2023-05-31)。
DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-life.2023.100006
引用格式：Ou Z., Yin J., Wu L., et al. (2023). Spatial transcriptomics in cancer research: Opportunities and challenges. The Innovation Life 1(1), 100006.
作者简介
金 鑫，深圳华大生命科学研究院副院长，华南理工大学教授，广东省自然科学杰出青年基金获得者、广东省特支计划科技创新青年拔尖人才、深圳市国家级领军人才。以基因组学、生物信息学为主要研究方法，在基因大数据、液体活检与精准医学等方向开展研究。在Cell、Nature、Science等杂志发表论文80余篇，其中2篇入选ESI全球高被引论文。目前担任广东省遗传学会青年委员、广东省生物信息学会理事、广东省生物物理学会理事等社会职务。
Florent Ginhoux，免疫学博士，新加坡科技研究局免疫学研究联盟高级项目负责人，致力于研究人和小鼠的巨噬细胞和树突细胞发生及分化机制。研究成果发表于Cell、Nature、Science、Immunity、Cell Discovery等杂志，曾多次获评Clarivate高被引研究员。
吴 靓，基因组学博士，副研究员，深圳华大生命科学研究院主任科学家。主要从事高通量单细胞技术平台开发、单细胞组学用于肿瘤异质性及微环境的研究。发表SCI文章21篇，其中以第一作者（含共同）或通讯作者在Cell、 Nature Communications等杂志发表文章11篇，申请专利 11 项，已授权6项。主持广东省青年基金1项，作为骨干参与重点研发项目1项。
殷建华，分子生物学博士，深圳华大生命科学研究院副研究员，现任大人群与大数据研究中心负责人，深圳市高层次人才。主要从事基于单细胞多组学的人体疾病研究。代表性研究论文发表于Nature Medicine、Cancer Cell、Cell Research等杂志。
欧芷华，病毒学博士，深圳华大生命科学研究院副研究员，现任感染时空组学研究项目负责人，深圳市海外高层次人才。致力于利用基因组学、单细胞转录组学及空间转录组学等前沿技术解析病原致病机制，研究对象包括HPV感染导致的癌症、病毒性脑炎及寄生虫病等。在Nature、Nature Communications、Cellular & Molecular Immunology、Advanced Science等期刊发表论文12篇。
往期推荐
| |||
| |||
|
| |||
| |||
| |||
|
The Innovation 简介
扫二维码 ｜ 关注期刊官微
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球54个国家；已被126个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有196位编委会成员，来自21个国家；50%编委来自海外；包含1位诺贝尔奖获得者，37位各国院士；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI等数据库收录，2022年影响因子为32.1，CiteScore为23.6。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
期刊官网：
www.the-innovation.org
www.cell.com/the-innovation
期刊投稿（Submission）：
www.editorialmanager.com/the-innovation
商务合作（Marketing）：
marketing@the-innovation.org
Logo｜期刊标识
See the unseen & change the unchanged
创新是一扇门，我们探索未知；
创新是一道光，我们脑洞大开；
创新是一本书，我们期待惊喜；
创新是一个“1”，我们一路同行。
The Innovation 姊妹刊
生命科学 第1卷第1期 | 地球科学 第1卷第1期 | 材料科学 第1卷第1期 | 医学 第1卷第1期 |
The Innovation
第4卷第4期
第4卷第3期
第4卷第2期
第4卷第1期
第3卷第6期
第3卷第5期 | 第3卷第4期 | 第3卷第3期 | 第3卷第2期 |
第3卷第1期 | 第2卷第4期 | 第2卷第3期 | 第2卷第2期 |
第2卷第1期 | 第1卷第3期 | 第1卷第2期 | 第1卷第1期 |