Nature Reviews Genetics | 空间转录学时代的到来（一区，IF=43.704）

编译：艾奥里亚，编辑：十九、江舜尧。

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Nature Reviews Genetics杂志社Darren J. Burgess于2019年4月12日在Nature Reviews Genetics（IF 43.704）上发表题目为《Spatial transcriptomics coming of age》的文章。该文章基于已有的转录组学在空间层面的研究成果，总结了他们的研究方法以及主要研究发现。基于此，作者提出：当应用于各种不同的组织系统时，空间转录学方法有很大的潜力提供详细的分子视图，为更好的在单细胞层面上进行转录本解析研究提供新的思路。

主要内容 

在分子学水平上为了对组织进行全面的理解，空间转录方法的目的是在保留空间组织背景信息的同时，描述基因表达谱。两种相辅相成的新方法使我们朝着在单细胞分辨率下获得所有转录数据的目标又迈进了重要一步。

空间转录组学方法一般分为两种主要类型，每种类型具有显著的优势和局限性。在基于荧光原位杂交（FISH）的方法中，转录本直接标记在组织切片上，这意味着它们的单细胞（甚至亚细胞）位置可以实现可视化。然而，当数百种转录本同时出现时，细胞内的分子聚集在一起会导致荧光信号在空间上出现重叠现象。相比之下，基于单细胞RNA测序（scRNA-seq）的方法可以描述整个转录序列。然而，由于细胞在scRNA-seq之前被分离，因此，将转录序列与其在接近单细胞水平的分辨率上的原始位置联系起来一直是一项挑战。

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在Eng等人的研究中，他们推广了以前在其实验室中开发的序列FISH（SeqFISH）方法，该方法中采用荧光基团标记靶标转录本DNA探针组。由于只有少数几种可辨别的荧光基团颜色（如seqFISH中使用的4或5种颜色），因此，使用具有已知探针颜色转换器对同一张幻灯片进行反复探测，可以基于显微镜可识别的颜色的顺序对数百个转录本进行识别区分。

在采用seqFISH+的最新工作中，一种包含四个条形码序列在内的新方法取代了原有用荧光团标记的转录特异性初级探针，这些条形码序列作为荧光标记的二级探针靶点。在称为“Barcoding”的四次连续的探测过程中，根据哪些次级探针结合到这四个条形码位点来识别转录本。

Eng等人通过设计10,000个基因的转录本探针，证明seqFISH+的可行性。最初在培养的小鼠细胞上，他们显示基因表达谱在数量上等同于RNA-seq数据。此外，seqFISH+可以在小鼠大脑区域的切片中检测预期的细胞层，研究小组还基于基因表达谱和这些细胞类型之间的空间关系来表征细胞类型。最后，作者分析了相邻细胞中的配体编码和受体编码RNA，以确定依赖于局部组织上下关系的假定的细胞间配体-受体对。

在Rodrique和Stickels等人的研究中，他们使用Drop-seq beads实现高分辨率空间捕获。在最初的drop-seq方法中，单个细胞被封装在带有barcoded bead的液滴中，这些barcoded bead用特定于细胞的条形码标记转录本，但却不包含空间信息。在被称为Slide-seq的空间适应中，研究人员首先在固体表面上排列barcode以制造“puck”，然后进行测序（使puck保持原样）以识别存在于每个位置的barcode。然后将组织切片放置在puck上，通过组织消化释放RNA，并且产生包含该位置特定条形码的RNA-seq文库。虽然每个bead并不是从一个分离的单个细胞中严格获取RNA，但10 μm的beads被填充在一个密集的矩阵中，而这一矩阵是按照哺乳动物细胞组织间距的顺序排列的。

基于识别小鼠和人体器官中已知的组织结构，研究者证明了Slide-seq在各种组织环境中的可行性。以小鼠脑部切片为研究重点，该小组将具有空间模式下基因表达的基因识别为已知的和新的不同细胞类型的标记；此外，在不同的小脑细胞类型中，他们发现了空间上可识别的细胞亚群。最后，监测小鼠脑损伤模型中反应的时间过程，研究者发现，最初几天发生的增殖效应随后是数周内的分化事件。

当应用于各种不同的组织系统时，这些空间转录学方法有很大的潜力提供详细的分子视图。

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