【技术前沿】空间转录组测序技术的展望

对生命过程的理解不光限于对组成个体的单个细胞的研究，更需要对细胞和细胞之间怎么样的互作协调来完成一个整体的生物学功能的研究。空间组学技术的兴起，使得在保留样本空间位置信息的同时，检测细胞中的基因表达等分子信息来勾勒出空间中的细胞表达特征。在2019年《Nature Reviews Genetics》的一篇Research Highlights中，“Spatial transcriptomics coming of age”的标题体现了空间转录组技术在接下来的生命科学研究中的重要性。

空间转录组测序技术的关键词是两个：“空间”和“测序”。这两个问题解决了，所有的问题就迎刃而解。其中，“测序”相对来说比较简单，现有高通量二代测序技术已非常成熟，测序成本也已经非常非常低，对于微量核酸转录的定量也通过添加UMI方式得到很好的解决。而解决“空间”这个问题，这些年的研究进展主要集中在两个方向：

一类是精确定位的技术，即通过在特定空间位置上定位某个细胞，将其细胞中的mRNA进行捕获，后续通过scRNA-seq实现转录组测序。如2014年《Nature Methods》上的TIVA(transcriptome in vivo analysis) tag技术。而后续在2017年《Nature Protocols》上由国内科学家发明的基于激光捕获（LCM ,laser capture microdissection）的Geo-seq技术。这类技术的特点是对空间位置的细胞精确定位捕获，然后对单个细胞进行转录组测序。因此，从效果上来说灵活性高，但捕获过程需要特定仪器和操作技能。

另一类是基于整体空间位置捕获，并进行高通量转录组测序。如2016年《Science》上的ST（spatial transcriptomics）技术。该方法通过芯片对组织结构进行H&E染色，随后通过芯片上的捕获探针进行RNA捕获和标记，后续的高通量转录组测序后，将数据回归到组织中实现整体组织的全局检测。这种方式能最大程度地保留空间信息，又能最大限度检测转录信息。该方法这几年的不断提升和优化使得在2019下半年，10X Genomics的Visium产品的横空出世。



Visium产品是在6.5 X 6.5mm区域的芯片上，设置了约5000个55 um直径的捕获点，每张芯片由4个空间点阵可同时进行4个冰冻切片实验。芯片上的捕获探针类似10X 单细胞技术，以空间barcode进行位置标记，UMI进行分子计数。通过对捕获的RNAs进行类似scRNA-seq和数据分析，将数据映射回组织区域上。Visium产品是目前市场上唯一一款可针对普通客户使用的空间转录组测序产品。