腸粘膜的深刻復(fù)雜性需要一種空間方法來研究腸道轉(zhuǎn)錄組學(xué)。《美國生理學(xué)雜志:胃腸和肝臟生理學(xué)》發(fā)表了一篇Mini-Review，描述了最近應(yīng)用于腸道的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)以及其新發(fā)現(xiàn)。

由于胃腸道令人難以置信的細胞多樣性，剖析腸粘膜內(nèi)細胞的特性、功能和內(nèi)部運作一直是一項持續(xù)的技術(shù)挑戰(zhàn)。轉(zhuǎn)錄組學(xué)一直是理解腸粘膜復(fù)雜工作的重要工具。然而，大量甚至單細胞RNA測序缺乏空間信息，并且由于單個組織和細胞類型的多樣性，可能會錯過腸道內(nèi)細胞身份和基因表達的許多細節(jié)。在這篇綜述將描述空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)中的新技術(shù)如何通過沿著近端-遠端和隱窩絨毛軸繪制基因表達來克服這些挑戰(zhàn)，從而為我們對腸粘膜內(nèi)基因表達的理解增加了新的維度。

在GI研究中，兩種最常見的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法使用了激光捕獲顯微切割（LCM）或基于玻片的原位捕獲技術(shù)。

GI研究中最常用的兩種空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)示意圖

為了解決這些技術(shù)的有限細胞分辨率，最近的文獻將slide-based轉(zhuǎn)錄組學(xué)或LCM與單細胞RNA測序相結(jié)合，以推斷單細胞分辨率的空間信息?？臻g轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在腸道研究中的應(yīng)用主要體現(xiàn)如下幾個方向：1）通過LCM鑒定腸上皮細胞標(biāo)志基因，可沿隱窩絨毛軸對上皮細胞進行空間測序；2）scRNA-seq與LCM或slide-based轉(zhuǎn)錄組學(xué)配對揭示了以前未知的非上皮粘膜細胞功能；3）Slide-based轉(zhuǎn)錄組學(xué)繪制了發(fā)育和再生腸道的新細節(jié)。

空轉(zhuǎn)技術(shù)在腸道研究中的應(yīng)用

靈敏度是空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和scRNA-seq等技術(shù)的固有問題，因為每個樣本中目標(biāo) RNA 的絕對豐度較低，并且需要大量的總reads數(shù)才能為數(shù)千個單獨的載玻片點或細胞實現(xiàn)足夠的讀取深度。例如組織覆蓋率為50%的10X Visium載玻片上，1.25億read pairs對應(yīng)的每個點只有5萬read pairs。在該深度測序的小鼠組織的Visium公共數(shù)據(jù)集產(chǎn)生了約4500個獨特的基因，是源組織中發(fā)現(xiàn)的約20000個獨特蛋白質(zhì)編碼基因的一小部分。這些數(shù)據(jù)可能會遺漏關(guān)鍵但低表達的轉(zhuǎn)錄物，例如轉(zhuǎn)錄因子或細胞表面受體。對于大多數(shù)單細胞測序平臺，建議的每個細胞測序深度與10X Visium平臺中單個點的測序深度相當(dāng)。因此，這里討論的所有技術(shù)都將在測序靈敏度方面存在類似的不足。解決方案可能可使用超分辨率顯微鏡結(jié)合熒光原位雜交，或 seqFISH⁺。

分辨率是最常見的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)的另一個主要障礙。10X Visium 的光斑直徑約為 50 微米，這意味著單個光斑包含多個細胞。激光捕獲顯微解剖通常也僅限于多細胞斑點的切除。最近的技術(shù)（例如Seq-scope）大大提高了這一分辨率，但它們的使用還沒有那么廣泛，尤其是在 GI 研究中。 

可及性可能是許多GI研究人員考慮將空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)用于他們自己研究的主要關(guān)注點。許多空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)需要專門的設(shè)備，并且數(shù)據(jù)處理依賴于廣泛的計算知識。對于剛接觸空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究人員來說，適應(yīng)現(xiàn)有普通技術(shù)可能是最容易入門。在計算方面，有許多新方法提供空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細胞數(shù)據(jù)的簡化計算集成，如去卷積算法Tangram、DIALOGUE或STRIDE等。

腸道具有定型的隱窩絨毛結(jié)構(gòu)，其獨特組織、細胞類型和細胞狀態(tài)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是空間測序研究的理想候選者。最近的工作使用了slide-based轉(zhuǎn)錄組學(xué)或激光捕獲顯微解剖，單獨或與scRNA-seq結(jié)合，為我們了解腸細胞的身份和功能打開了新的維度。在眾多的發(fā)現(xiàn)中，這些研究已經(jīng)確定了成熟上皮腸細胞中的轉(zhuǎn)分化和蛋白質(zhì)-mRNA 不一致，間充質(zhì)細胞和淋巴細胞的絨毛尖和隱窩小生境旁分泌功能，以及整個再生腸道中不同的并發(fā)轉(zhuǎn)錄特征。然而，腸道空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)仍然是一個處于起步階段的領(lǐng)域。單細胞水平的空間信息仍然是通過計算推斷的，測序深度仍然是一個長期存在的問題。新的方法有望在保留精確空間信息的情況下識別單個細胞內(nèi)的數(shù)千個基因，但這些技術(shù)仍然難以執(zhí)行，尚未廣泛應(yīng)用于GI研究。隨著新技術(shù)變得越來越普遍和普及，未來的工作將克服這些技術(shù)挑戰(zhàn)，并利用產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)來回答腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)和疾病領(lǐng)域以前無法回答的問題。

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參考文獻

Danan C H, Katada K, Parham L R, et al. Spatial transcriptomics add a new dimension to our understanding of the gut[J]. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology, 2022.

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