作為近年的熱點研究領(lǐng)域，空間轉(zhuǎn)錄組相關(guān)的實驗技術(shù)不斷涌現(xiàn)。其中10x Genomics Visium空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)憑借其成熟的商業(yè)化模式脫穎而出，對組織內(nèi)不同細(xì)胞群體實現(xiàn)了高通量、高分辨率的空間定位。之前跟大家分享過全球首篇|Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)如何應(yīng)用于人類背外側(cè)前額葉皮層研究，總有小伙伴問：10x Genomics官網(wǎng)上還有19篇已發(fā)表的文章是怎么回事呢？其實它們都是利用ST技術(shù)（10x Genomics Visium空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)的前身）得到的研究成果。

今天，小編要跟大家分享的是其中的一篇文章，通過整合ST技術(shù)和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)（scRNA-seq）揭示胰腺導(dǎo)管腺癌的組織結(jié)構(gòu)。本文引入了一種將兩項技術(shù)相結(jié)合的新算法，解決了ST技術(shù)無法達(dá)到單細(xì)胞分辨率、scRNA-seq無法進(jìn)行空間定位的問題，從而實現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)。

研究背景

一代ST技術(shù)突破了原位雜交技術(shù)在通量上的局限，但其分辨率相對較低。根據(jù)組織類型的不同，ST技術(shù)每個spot中的spatial barcode大約對應(yīng)10-200個細(xì)胞，而非單個細(xì)胞。本研究為了解決這一問題，引入一種新的MIA算法將胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）組織的scRNA-seq和ST數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，進(jìn)而實現(xiàn)全面且無偏的組織分析。

研究思路

主要研究結(jié)果

1.scRNA-seq鑒定PDAC中的細(xì)胞亞群

研究者將同一患者的腫瘤組織分成2份，其中一份制備單細(xì)胞懸浮液進(jìn)行scRNA-seq，另一份制成冷凍切片進(jìn)行ST。scRNA-seq數(shù)據(jù)中每個細(xì)胞大約有2,500-3,300個UMI和1,400-1,700個表達(dá)基因。利用遞歸層次聚類分析進(jìn)行細(xì)胞類型鑒定，發(fā)現(xiàn)PDAC-A和PDAC-B兩名患者的腫瘤組織分別包含15個和11個不同細(xì)胞亞群（cluster），同時發(fā)現(xiàn)兩組織共有亞群中基因表達(dá)譜呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性，進(jìn)而驗證樣本中細(xì)胞類型的鑒定結(jié)果。

2.PDAC的ST分析和細(xì)胞類型的映射

同一腫瘤組織的2個組織切片進(jìn)行ST實驗，研究者分別得到每張組織切片對應(yīng)的H&E染色數(shù)據(jù)和基因表達(dá)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)基因表達(dá)數(shù)據(jù)中spot聚類結(jié)果與H&E染色結(jié)果中組織學(xué)特征注釋相一致，這表明僅用ST基因表達(dá)數(shù)據(jù)就可對組織切片中的不同空間區(qū)域進(jìn)行鑒定。

為了整合scRNA-seq和ST數(shù)據(jù)，研究者開發(fā)了MIA方法：首先獲得細(xì)胞類型特異性基因和組織區(qū)域特異性基因的集合，然后確定它們的重疊是否比偶然預(yù)期值高或低，依據(jù)超幾何分布檢驗評估細(xì)胞類型在某一區(qū)域是否發(fā)生顯著富集或顯著耗竭。例如，PDAC-A的成纖維細(xì)胞特異性基因與ST數(shù)據(jù)中針對癌細(xì)胞區(qū)域的一組基因有明顯重疊（P<10-10），即可將scRNA-seq中鑒定到的成纖維細(xì)胞進(jìn)一步定位到癌細(xì)胞區(qū)域。

3.跨組織區(qū)域的細(xì)胞類型鑒定和定位

研究者從scRNA-seq結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個腫瘤樣品中主要的細(xì)胞類型是表達(dá)KRT19的導(dǎo)管細(xì)胞，進(jìn)一步細(xì)分為4個子亞群，其中包含2個新細(xì)胞亞群（低氧導(dǎo)管細(xì)胞和抗原呈遞導(dǎo)管細(xì)胞）。研究者利用FFPE患者組織進(jìn)行雙重免疫熒光檢測實驗證實了它們的存在。通過MIA分析，發(fā)現(xiàn)PDAC-A中的所有導(dǎo)管細(xì)胞亞群都在導(dǎo)管區(qū)域中富集，但只有低氧和末端導(dǎo)管細(xì)胞亞群在癌細(xì)胞區(qū)域顯著富集，低氧導(dǎo)管細(xì)胞亞群在胰腺組織中耗竭。相比之下，PDAC-B中的導(dǎo)管亞群都只富集在導(dǎo)管區(qū)域。

4.PDAC組織切片中不同的癌細(xì)胞亞群定位

PDAC-A的scRNA-seq數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了兩個癌細(xì)胞亞群，它們在基因水平和轉(zhuǎn)錄水平上是不同的。研究者對3張PDAC-A腫瘤組織的組織切片進(jìn)行了ST實驗，通過MIA方法發(fā)現(xiàn)在三個PDAC-A組織切片中一致觀察到：成纖維細(xì)胞在癌cluster 1富集程度高，而在癌cluster 2富集程度低或無富集。這表明癌cluster 1細(xì)胞可能在組織中引起特定的基質(zhì)反應(yīng)，或者癌cluster 2細(xì)胞與組織中的成纖維細(xì)胞互斥。

5.腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞狀態(tài)之間的關(guān)系解析

研究者通過6例患者樣本（共10張切片）的小隊列實驗和MIA方法，繪制不同空間組織區(qū)域中癌細(xì)胞狀態(tài)，同時描述癌細(xì)胞亞群和其他細(xì)胞亞群之間的相互作用，其中發(fā)現(xiàn)應(yīng)激模塊基因高表達(dá)的spot與炎性成纖維細(xì)胞存在顯著相關(guān)性。

研究者將本研究數(shù)據(jù)與TCGA中183個PDAC腫瘤組織的bulk轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)只有應(yīng)激反應(yīng)基因模塊與炎性成纖維細(xì)胞特征顯著相關(guān)。再結(jié)合免疫熒光實驗和H&E染色實驗，證明炎性成纖維細(xì)胞和表達(dá)應(yīng)激反應(yīng)基因模塊的癌細(xì)胞共域化，同時反映它們之間存在功能相關(guān)性。

總結(jié)

本研究開發(fā)的MIA方法是通過整合ST和scRNA-seq數(shù)據(jù)來增加一代ST技術(shù)的單細(xì)胞分辨率（每個spot對應(yīng)10-200個細(xì)胞），而10x Genomics Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的出現(xiàn)則較好的解決了這個問題，其實驗方法已優(yōu)化至每個spot對應(yīng)1-10個細(xì)胞，近乎單細(xì)胞分辨率，如此優(yōu)秀的表現(xiàn)，是不是心動了，趕緊聯(lián)系我們銷售小伙伴吧~

作為國內(nèi)單細(xì)胞測序技術(shù)整體解決方案的提供商，目前安諾基因單細(xì)胞多組學(xué)研究具有全面的產(chǎn)品，覆蓋三大組學(xué)（基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀組），擁有豐富的項目經(jīng)驗、合作單位100+、物種經(jīng)驗50+、多篇高分文章IF累計200+，能夠有針對性并準(zhǔn)確服務(wù)于不同的研究領(lǐng)域及研究策略，使得科研工作者可以更深入地了解細(xì)胞間的異質(zhì)性。

參考文獻(xiàn)：

Moncada R, Barkley D, Wagner F, et al. Integrating microarray-based spatial transcriptomics and single-cell RNA-seq reveals tissue architecture in pancreatic ductal adenocarcinomas[J]. Nat Biotechnol. 2020;38(3):333‐342. doi:10.1038/s41587-019-0392-8