期刊：Science China-Life Sciences 影响因子：80

在前面的章节中，我们系统回顾了单细胞组学的最新进展。尽管单细胞测序技术在揭示细胞异质性方面提供了极高的分辨率，它们仍不足以全面理解多细胞生物复杂的生理机制。众多研究表明，细胞状态不仅受细胞内调节网络的影响，还受外部环境的细胞信号干扰。在实验过程中，组织分离和细胞分离都会丢失关键的空间信息，如细胞位置和相互关系。空间转录组学（ST）技术有效解决了这一限制，使基因表达的测量与空间信息得以保留。

本节将介绍空间转录组学的相关技术，探讨空间数据分析的计算方法，同时回顾其在多种生物系统中的应用。此外，我们将深入研究空间多组学技术的最新进展。

空间分辨转录组学技术

目前所有的空间转录组学技术可以粗略归为三类，分别基于：（i）显微解剖，（ii）条形码，以及（iii）成像。这些空间转录组学技术在位置标记和转录本分析方法上存在不同，直接影响了空间分辨率、检测效率及所需样本类型等方面。接下来，我们将讨论每个类别中代表性技术的选择原则，并总结其特点。

1. 基于显微解剖的空间转录组学技术

此类技术旨在通过显微解剖方法重建多种空间附近组织亚区的三维结构。比如，RNA断层扫描（tomoseq）通过对同一生物样本沿正交轴进行一系列顺序冷冻，从而获取RNA数据。而STRP-seq则采用两级解剖策略将组织切片区分为初级和次级，这样就可以在设定的空间表达模式下进行分析。

2. 基于条形码的空间转录组学技术

条形码技术能够自动记录空间坐标。此方法将条形码、独特分子标识符（UMIs）与药物聚合物一起固定，为原位捕获mRNA和cDNA合成铺平了道路。一些方法如Slide-seq和HDST则将条形码珠与微流体技术相结合，从而提高空间分辨率。虽然这类技术能够达到细胞分辨率，但仍无法检测更细微的亚细胞差异。

3. 基于成像的空间转录组学技术

基于成像的技术通过原位转录组学方法实现基因表达的空间定位，依赖于单分子RNA荧光原位杂交（smFISH）等技术实现转录物的原位定量测量。这类技术不仅允许对细胞内基因组的空间分布进行高分辨率分析，还能与其他组学技术相结合，充分利用空间信息以支持整体分析。

空间多组学技术

为了对细胞进行更全面的表征，各种组学技术正在努力在空间背景下实现测量，包括基因组、蛋白质组和代谢组等。这些技术不仅能够提供深刻的生物学见解，还有助于揭示细胞功能与环境的复杂关系。

计算方法的发展

空间转录组学的数据分析 workflow 包括重要的任务如细胞聚类、细胞类型注释、差异表达分析等。为了克服信号噪声和低检测灵敏度等挑战，研究者已开发出许多计算方法来整合基因表达和空间信息，例如去噪方法和基于图的方法等。这些计算手段不仅优化了数据整合的过程，还提供了新的生物学见解。

如您希望深入了解空间转录组学的发展，您可以访问尊龙凯时人生就博的相关资源，获取前沿研究和技术的最新信息。

应用实例

空间转录组学的迅速发展促进了其在包括健康组织发育、神经科学和肿瘤微环境等多种生物系统中的应用。从小鼠模型到人类组织研究，这些技术使我们能够更深入理解在不同生理状态下细胞的空间分布和功能。

在健康组织领域，许多研究者利用空间转录组学构建了小鼠胚胎发育的空间图谱，而在神经科学领域，该技术则有望揭示神经系统的功能与结构。此外，肿瘤微环境的研究也通过空间转录组学的应用为我们理解癌症的进展提供了新的视角。

总的来说，空间转录组学作为一项新兴技术，通过高分辨率的基因表达模式可视化，正重塑我们对复杂生物系统的理解，未来将在精准医疗与个性化治疗中发挥重要作用。期待与尊龙凯时人生就博一同探索更广阔的生物医学研究前景。