空间转录组技术解析肿瘤微空间异质性的应用

肿瘤组织内部不仅存在细胞类型的差异，同一肿瘤病灶，不同空间位置的细胞，基因表达、细胞功能也存在巨大区别。肿瘤靠近坏死区、肿瘤边界、肿瘤与基质交界区域，细胞所处微环境的氧气、营养、细胞因子水平各不相同，造成细胞转录状态出现明显分化，这就是肿瘤的空间异质性。空间异质性和肿瘤侵袭转移、药物抵抗、免疫逃逸高度相关。普通单细胞测序需要把组织解离为单细胞，直接丢失细胞原始空间位置信息，很难研究组织原位细胞之间空间互作，空间转录组技术很好弥补了这一短板。

空间转录组核心逻辑，是在组织切片对应的载玻片上，排布带有空间条形码的捕获探针。将冷冻或者石蜡包埋的肿瘤组织切片贴到捕获芯片上，组织原位 mRNA 被就近的探针捕获，每一个空间位置带有独一无二条形码。后续完成建库测序，通过条形码信息，就可以把测序得到的基因表达数据重新映射回组织切片原始空间坐标，同时搭配组织切片染色图像，实现组织形态与基因表达信息一一对应。

借助空间转录组，科研人员能够看清肿瘤病灶内部不同区域转录特征。区分肿瘤核心区、肿瘤侵袭前沿、肿瘤‑基质交界、坏死周边区域的基因表达差异。肿瘤侵袭前沿是肿瘤细胞向外扩张的关键区域，该位置肿瘤细胞、基质成纤维细胞、免疫细胞相互作用强烈，很多侵袭、转移相关基因会在该区域特异性上调，空间转录组可以精准定位这类区域，挖掘介导肿瘤侵袭转移的关键分子。

在肿瘤免疫研究领域，该技术可以直观观察免疫细胞在肿瘤组织当中的空间分布。免疫细胞是否浸润到肿瘤实质内部，还是仅仅滞留在肿瘤边缘，免疫细胞与肿瘤细胞的空间距离，都会直接决定免疫治疗效果。空间转录组能够分辨肿瘤内部、肿瘤边界免疫细胞亚群的基因表达，解析免疫细胞被抑制的原位分子特征，对比免疫治疗有效和无效患者的组织空间图谱，挖掘免疫耐药相关空间特征。

空间转录组还可以和单细胞测序数据联合分析。空间转录组的捕获点往往包含多种细胞混合，属于多细胞水平检测；单细胞测序可以得到纯净的单细转录谱，通过生物信息学算法，将单细胞数据映射到空间转录组切片上，反推每个空间位点的细胞组成，实现 “什么细胞、在哪个位置、表达什么基因” 三位一体解析。

当然技术依旧存在不少短板。传统空间转录组捕获单元不是单细胞分辨率，一个捕获位点往往包含数个至数十个细胞，无法直接拿到单细胞水平原位数据；石蜡包埋样本 mRNA 降解，对样本保存条件要求高；测序数据量大，生物信息分析流程复杂，设备与测序成本高昂。高分辨率空间转录组技术正在迭代发展，但成本依旧居高不下，大规模临床样本应用受限。

未来技术朝着更高分辨率、多组学联合方向演进，同时检测转录组、蛋白组信息，实现组织原位多维度分子图谱绘制。伴随成本持续下降，空间转录组会从基础科研逐步向临床样本研究拓展，帮助科研人员从空间维度理解肿瘤发生发展，助力肿瘤靶点挖掘与生物标志物开发。