看技高一筹的它，如何与转录组两大顶流赢下比赛

当下基因表达研究两大顶流：单细胞转录组（single-cellRNA，scRNA）和空间转录组（Spatialtranomics，ST），走到哪都是全场焦点。scRNA的实力在于“突破”，高超的技巧让它能洞察到每个细胞的表达，捕捉上万细胞群体及异质性，发现新的细胞亚群和谱系轨迹，弥补bulk组学爱“开大脚”的粗糙。ST的魅力在于“圆梦”，保留了细胞空间位置信息并原位表征基因的表达，让我们得以了解组织微环境差异和细胞间的相互作用，VisiumHD2μm甚至Stereo-seq0.5μm对分辨率的极致追求，终将带领大家实现单细胞级别原位分子诊断的梦想。

但说到底，两个技术还是转录组学研究的范畴，检测的是基因转录表达，我们仍然会考虑通过蛋白组，更全面了解基因表达的结果；验证RNA表达在蛋白水平上是否真实存在；在两个层面上确认调控机制。基于LCM技术的空间蛋白组（SpatialProteomics，SP），在文章中多用于空转结果的验证，哪里重要切哪里，再看蛋白的原位表达与RNA是否一致，显然会比bulk蛋白组结果配合度更高。

如果把肿瘤发展比作一场足球赛事，下面这场精彩的比赛发生在宫颈癌肿瘤的赛场上，在每个区域都有不同的环境和挑战，每个时间点都可能发生意想不到的转折。对阵双方分别是免疫系统和肿瘤细胞，最让人期待的是scRNA、ST、SP三位巨星，来自免疫队，看他们如何见招拆招，化解对方攻势，作者“教练”又是如何指挥他们，完成标志物鉴定、机制分析、靶点验证，一步一步赢得比赛。

中文题目：

《宫颈鳞状细胞癌的多组学分析确定了具有生物学和临床意义的细胞生态系统》

比赛开始！

先来看前锋scRNA-seq的表现!

球员属性：来自14例癌症宫颈样本（6例免疫浸润表型，8例免疫排斥）和3例正常宫颈样本。scRNA-seq速度快，承担着探查肿瘤细胞内部异质性的重任，一上场就打开了局面！

跟随scRNA-seq的第一次突破，我们得知场上共163880个细胞，14个细胞群，50个亚群，得到了全细胞图谱。

图1scRNA-seq揭示的细胞图谱为探究CSCC异质性提供了基础视角

scRNA-seq第二次突破，发现了对方球员主要采用恶性鳞状细胞攻击的战术，根据它们的表现，划分出了8种“阵型”——患者的8种肿瘤特异性表达模式（MP）。主要阵型是代表鳞状细胞分化不同阶段的三个MPs，分别是MP6（上皮-角蛋白）、MP7（上皮-免疫）和MP8（上皮-衰老）。MP6与肿瘤成纤维细胞（CAF）表达呈正相关，和免疫细胞（CD4）负相关。而MP7是个突破点，它与免疫细胞浸润肿瘤呈正相关，与基质细胞呈负相关。

图2对所有CSCC患者的肿瘤细胞中鉴定的NMF程序之间的两两相似性的分层聚类，划分出8种肿瘤特异性表达模型。

根据CD8 T细胞的分布，将肿瘤球员分为浸润性和排斥两类。浸润型TIPs有更多的CD8 T细胞，CD4 T细胞也在浸润的TIP肿瘤上皮细胞中富集。基于观察到的细胞与期望的细胞数量的比值，估计细胞密度和免疫细胞富集，突出了明显的TIP特异性差别，尤其是在T细胞状态。免疫缺失型MP6细胞比例更高，浸润型MP7细胞比例更高。

图3MP7与大量肿瘤浸润性T细胞偏向细胞毒性/衰竭状态有关。

再来看看空间转录组(ST)在中场的表现!

球员属性：来自15例癌症样本Stereo-seq，ST对球场空间有良好的判断，绘制出空间图谱，根据scRNA-seq在前场的表现，得知每个点的细胞类型。

ST也根据MP6和MP7特征基因表达对肿瘤spots进行评分，使用层级聚类将spots划分为MP6或MP7，发现存在空间分布上的差异，MP7阵型时，肿瘤点周围免疫细胞比例较高，免疫队更有胜算；而MP6状态肿瘤队进攻猛一点，周围免疫细胞比例较低，MP7状态肿瘤点与NK细胞、T细胞等免疫细胞有关联。ST为研究肿瘤细胞状态与免疫微环境的关系提供了它独特的空间分辨率视角。

图4空间转录组学显示MP6和MP7与免疫细胞浸润呈负相关

后卫空间蛋白(SP)一锤定音!

球员属性：本名LCM MS，人送外号“空间蛋白”，来自60个ROIs（100x100μm2，每个ROI60-80个细胞），包括20个免疫浸润丰富区，和免疫贫乏的ROIs。主要任务是负责验证scRNA、ST的结果，守住整个局面。

SP共鉴定出3541个蛋白质，其中2194个在超过50%区域中可以检测到。MP6相关基因如FABP5、SERPINB3、KRT6B和S100A8在免疫细胞浸润贫乏区域中表达升高，仅检测到25种MP7相关蛋白中的3种，包括B2M和多种MHC分子，在免疫细胞浸润丰富区域中表达升高。此外，看技高一筹的它，如何与转录组两大顶流赢下比赛还观察到TGFβ通路的蛋白质活性在MP6区域明显升高，验证了ST的猜想！TGFβ信号通路是个厉害的战术，在MP6和免疫贫乏ROIs中增强，提示TGFβ通路可改变瘤周微环境，如CAFs和免疫细胞。为赢得比赛送上关键一球！

图5空间蛋白组结果证实TGF-β信号在MP6肿瘤中的作用

比赛接近尾声啦!

经过一番激烈的角逐，教练通过计算MP6/MP7评分，进一步评估了临床意义，根据已有“比赛数据”，对接受了化疗实验的21例患者bulkRNA-seq数据进行了分析，发现评分下降，病理缓解。在免疫检查点抑制剂的治疗中，低评分的生存率更好，说明MP6/MP7评分具有重要临床价值。如果想免疫系统赢得胜利，这是个绝佳的机会！

教练最终决定对MP6核心基因FABP5发起总攻！FABP5被压制住后，显著抑制住了小鼠肿瘤生长并增加T细胞浸润，显著降低肿瘤TGFB2、CAF相关基因表达。免疫队赢啦！

图6FABP5对MP6状态维持至关重要，参与了活化TGFβ和与免疫抑制CAF的相互作用。

这场激动人心的比赛终于落下帷幕，scRNA-seq作为“前锋”，了解肿瘤和免疫两队球员特征，承担分析肿瘤异质性的重任；空间转录组（ST）作为“中场”，在空间分辨率的视角下，将肿瘤细胞与周围微环境的关系描绘的更加清晰；空间蛋白组（SP）作为“后卫”，有着不同的视野，揭示了蛋白水平的差异，守住了scRNA和ST的猜想。在三种组学技术精彩绝伦的配合下，共同揭示了宫颈癌中肿瘤异质性的奥秘，发现了两种双向的肿瘤-基质/免疫细胞相互作用模式，为宫颈癌的治疗提供了新的思路和靶点。

图7scRNA、ST、SP在本场宫颈癌肿瘤比赛中主要贡献的精彩回顾

空间多组学是一项具有跨时代意义的突破性技术，多维度地揭示了组织微环境差别，推动了如肿瘤的精准分型和精准诊疗的发展。如果你也想开展这么精彩的比赛，快联系基迪奥“组学俱乐部”，签约适合自己的最佳球员！

参考文献

FanJ,LuF,QinT,etal.Multiomicanalysisofcervicalsquamouscellcarcinomaidentifiescellularecosystemswithbiologicalandclinicalrelevance.NatGenet.2023;55(12):2175-2188.doi:10.1038/s41588-023-01570-0

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