综述解读：空间转录组技术盘点

技术发展到一定阶段就会遇到一定的瓶颈。大家都知道细胞的分布不是随机的，而是有一定的结构性。大家熟知的肿瘤内部的一些癌细胞和免疫细胞，它并不是在肿瘤内部均匀分布的。通常情况下，免疫细胞并不能有效地进入到肿瘤内部。目前利用单细胞技术无法看到空间分布的情况，这也就限制了对细胞与细胞之间空间关系的探索，而空间组学技术能很好弥补单细胞在空间分布信息上的缺失。因此细胞与细胞之间空间位置信息在理解生物功能上有十分重要的作用。

对于RNA的空间位置信息获取最早可以追溯到上世纪70年代，在这几十年的时间里，涌现了众多的空间信息检测技术，目前按照技术类型可以大体划分成4大类：

1、基于显微切割的RNA检测技术；

2、原位杂交技术；

3、原位测序技术；

4、基于空间信息捕获的空间转录组技术[1]；

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基于显微切割的RNA检测技术

该技术是基于显微切割的基础，首先从样本中预先选取感兴趣的区域，通过显微切割的方式进行样本分离，然后对分离出的样本进行后续的RNA测序，代表性的技术有LCM、tomo-seq、TIVA、ProximID和NICHE-seq等。但是此类技术的空间分辨率有限，并且在对全切片转录组获取上成本较高。

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 原位杂交技术ISH

该技术是通过将不同荧光信号的探针杂交到转录本上，可以无需从组织中提取RNA，直接在原始环境中检测并可视化。由于受到荧光信号的串扰问题限制，原位杂交技术一直以来可以同时检测的RNA靶标数量都相对较少，例如RNA-scope、smFISH等技术，一般一次性只能靶向几个基因。但是随着对探针和杂交成像策略的优化设计，如seqFISH、MERFISH等技术通过多轮杂交和巧妙的解码策略，将可检测的RNA靶标数量提升至400-500个基因，大大提高了可检测RNA的靶标数量。

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原位测序技术ISS

该技术与原位杂交技术类似，可以在直接对细胞内的RNA进行定量检测的同时保留其空间位置信息。其原理是对每个RNA靶标设计一对锁环探针，通过滚环扩增，将信号放大，用以检测低表达量RNA。代表性的技术有ISS 、Barista-seq、STARmap、FISSEQ等。

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 基于空间信息捕获的空间转录组技术

该技术是通过在原位进行RNA的捕获，然后进行非原位测序，这种方法解决了上述三类技术存在的通量低，检测区域小、需要对样本的先验知识以设计靶向探针、可检测的靶标数少等各种的局限性，进而对完整的转录组进行无偏分析。该技术最先在2016年被发表，在原位进行RNA捕获，然后进行异位测序。10x Genomics公司收购该技术并在2019年推出了优化后的10x Visium平台，在分辨率（捕获区域直径55µm）和运行时间上都有较大程度改进。目前该技术针对FF和FFPE样本均可使用。

随着基于空间信息捕获的空间转录组技术推出，使得科研工作者可以最大限度的构建基因的空间图谱，进一步的理解细胞间的相互作用、分化发育轨迹的空间偏好性等问题。也正因如此，空间转录组技术在2020年被Nature Methods评为当年的年度技术，并在2022年被Nature评为2022年重点关注技术。近几年，空间转录组领域得到了飞速的发展，随着技术的不断迭代优化以及对空间转录组大数据的生信分析能力的提升，空间转录组可以为我们进一步了解生物分子机制、疾病发生发展以及药物治疗机制提供更加坚实的数据基础[2]。

参考文献：

1. Michaela Asp, et al. Spatially Resolved Transcriptomes—Next Generation Tools for Tissue Exploration. BioEssays. 2020

2. Lambda Moses, Lior Pachter. Museum of spatial transcriptomics. Nature Methods. 2022