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《nature genetics》2025年6月刊载的高分辨率空间转录组技术揭示结直肠癌免疫微环境异质性研究

一、研究团队与发表信息
本研究由10x Genomics公司的Michelli Faria de Oliveira、Juan Pablo Romero、Meii Chung等主导，联合多位作者共同完成，发表于《nature genetics》2025年6月第57卷（1512-1523页）。研究团队开发了新一代空间转录组技术Visium HD，并应用于结直肠癌（colorectal cancer, CRC）的肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）解析。

二、学术背景与研究目标
结直肠癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，但其肿瘤异质性和免疫微环境的动态交互机制尚不明确。传统单细胞RNA测序（single-cell RNA-sequencing, scRNA-seq）虽能解析细胞类型，却无法保留空间信息；而现有空间转录组技术（如Visium v2）受限于分辨率（55 µm）或仅兼容新鲜冷冻样本。因此，本研究旨在：
1. 开发兼容福尔马林固定石蜡包埋（formalin-fixed paraffin-embedded, FFPE）样本的高分辨率（2 µm）空间转录组技术Visium HD；
2. 解析CRC中免疫细胞（如巨噬细胞和T细胞）的空间分布与功能异质性；
3. 挖掘潜在生物标志物和治疗靶点。

三、研究流程与方法
研究分为以下关键步骤：

1. Visium HD技术开发与验证

   • 技术原理：Visium HD采用连续分布的2×2 µm寡核苷酸捕获区域（每张玻片包含约1100万个条形码），较Visium v2（55 µm间隔斑点）分辨率提升27倍。通过CytAssist仪器控制试剂流动，确保转录本从组织到阵列的精准转移。
     
   • 性能验证：对正常结肠黏膜和CRC的FFPE样本（n=5）进行对比分析，显示Visium HD的灵敏度（UMI计数与Visium v2相关性r²=0.92）和空间准确性（98.3%转录本定位于预期形态学区域）。
     

2. 样本处理与多组学整合

   • 样本来源：5例CRC患者（含3例癌旁正常组织）的FFPE样本，同步进行Visium HD、scRNA-seq（Chromium Flex）和原位基因表达分析（Xenium）。
     
   • 单细胞参考图谱构建：对26万个细胞进行聚类，注释9大类细胞（如肿瘤细胞、T细胞、巨噬细胞等），用于Visium HD数据的反卷积分析（deconvolution）。
     

3. 肿瘤边界免疫微环境解析

   • 巨噬细胞亚群鉴定：在肿瘤边界50 µm范围内，发现两种转录组差异的巨噬细胞亚群：
     
     • SELENOP+巨噬细胞：富集炎症反应、TNF-α/NF-κB通路基因；
       
     • SPP1+巨噬细胞：高表达骨桥蛋白（osteopontin），与KRAS信号通路和上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）相关。
       
   • 空间互作分析：通过LIANA算法预测SPP1+巨噬细胞通过CD44受体与肿瘤细胞互作，而SELENOP+亚群通过B2M-KLRD1抑制T细胞活性。
     

4. T细胞克隆扩增与验证

   • 单细胞TCR测序：在样本P5CRC中发现占T细胞11%的克隆型（TRAV38-1–TRAJ58），通过Xenium原位技术定位其靠近表达CXCL9/CXCL10的巨噬细胞，提示局部抗肿瘤免疫应答。
     

四、主要研究结果
1. Visium HD的技术优势
- 单细胞级分辨率（2 µm）与全转录组覆盖，兼容FFPE样本；
- 在CRC中成功区分肿瘤核心与边界的免疫细胞空间异质性。

1. 巨噬细胞亚群的促肿瘤机制

   • SPP1+巨噬细胞邻近TGFBI+肿瘤细胞，可能通过MMP11（基质金属蛋白酶）促进转移；
     
   • SELENOP+巨噬细胞周围存在REG1A+杯状细胞（goblet cells），提示其参与早期肿瘤转化。
     

2. 免疫微环境动态平衡

   • 克隆扩增的CD8+ T细胞与抗肿瘤相关趋化因子共定位，而巨噬细胞亚群的免疫抑制功能可能通过不同通路实现。
     

五、结论与价值
1. 科学意义：
- Visium HD为FFPE样本的高分辨率空间分析提供了标准化工具；
- 揭示了CRC中巨噬细胞亚群的空间特异性功能，为靶向TME的治疗策略提供新思路。

1. 应用潜力：
   
   • SPP1和SELENOP可作为预后标志物；
     
   • 靶向CD44或B2M-KLRD1互作的免疫疗法可能增强抗肿瘤效果。
     

六、研究亮点
1. 技术创新：Visium HD首次实现FFPE样本的单细胞级空间转录组分析；
2. 生物学发现：发现巨噬细胞亚群通过空间分隔的促肿瘤通路协同作用；
3. 跨平台验证：结合Xenium原位技术与scRNA-seq数据，多维度验证结果可靠性。

七、其他重要内容
研究还开源了数据分析代码（GitHub）和样本数据集（GSE280318），支持方法推广与后续研究。

该研究通过高分辨率空间技术揭示了CRC免疫微环境的复杂互作网络，为精准医疗提供了新的研究范式。