01

單細胞+空間轉(zhuǎn)錄組測序：揭示人類輸尿管中的細胞類型和信號網(wǎng)絡(luò)

本研究使用單細胞RNA測序、空間轉(zhuǎn)錄組測序和免疫熒光繪制人類輸尿管內(nèi)的細胞群空間圖譜，重點關(guān)注基質(zhì)細胞群和尿路上皮細胞群，以探索組成人類輸尿管的不同細胞類型，并推斷出支持這些腔室間雙向串擾的潛在細胞-細胞通信網(wǎng)絡(luò)。研究者發(fā)現(xiàn)表達sonic hedgehog（SHH）的基底細胞支持體外類器官生成，并準確預測從基底祖細胞向終末分化的傘狀細胞的分化軌跡，從而驗證了SHH信號通路在成體祖細胞維持中的重要性。

總之，本研究結(jié)果揭示了參與成人輸尿管組織穩(wěn)態(tài)的基本過程，并為指導輸尿管組織工程提供了藍圖。

02

瘤內(nèi)微生物對腫瘤空間和細胞異質(zhì)性的影響

腫瘤相關(guān)微生物是人類腫瘤微環(huán)境的內(nèi)在組成部分，微生物可能對腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移、免疫檢測、化學耐藥性存在影響，近年來研究表明至少33種主要的癌癥類型存在腫瘤內(nèi)微生物群，然而由于早期對組織采用的bulk組學的研究掩蓋了腫瘤內(nèi)微生物群的空間分布和局部效應。

這篇文章通過對口腔鱗癌（OSCC）和結(jié)直腸癌（CRC）進行原位空間分析技術(shù)和scRNA-seq檢測，來映射TME內(nèi)的宿主-細菌空間、細胞和分子相互作用。文章首先對11例CRC患者腫瘤的44個組織進行了16s測序揭示了患者腫瘤內(nèi)微生物組的異質(zhì)性，然后通過RNAscope-熒光原位雜交成像確認了這些細菌的空間異質(zhì)性，并觀察到細菌密集區(qū)域和細菌陰性區(qū)域。為了進一步確認瘤內(nèi)微生物的空間分布研究者利用10x Visium空間轉(zhuǎn)錄分別對CRC和OSCC樣本進行檢測，分別再28%和46%的spot中鑒定到了細菌轉(zhuǎn)錄本，并確定了各自的主要細菌種屬，為了進一步鑒定微生物分布是否與TME有關(guān)，采用了GeoMx DSP空間蛋白檢測平臺靶向檢測了與抗腫瘤免疫和癌癥進展相關(guān)的77種蛋白質(zhì)的表達譜，發(fā)現(xiàn)CD45+免疫區(qū)室中細菌主要存在于高度免疫抑制的微環(huán)境中，宿主則可能是通過激活MAPK信號通路來抵抗瘤內(nèi)細菌，而與細菌陰性區(qū)域相比，腫瘤上皮區(qū)域（PanCK+）表現(xiàn)出血管化程度低，增值性低，p53表達低等特點。為了進一步探究腫瘤微生物-宿主細胞間的互作以及互作關(guān)系對宿主細胞轉(zhuǎn)錄組的影響，研究者基于10x genomics單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)開發(fā)了可以捕獲細菌rRNA的INVADEseq技術(shù)，結(jié)合激光共聚焦成像，對7例OSCC組織進行檢測，發(fā)現(xiàn)患者的瘤內(nèi)微生物主要是梭桿菌屬和密螺旋體屬，主要存在于腫瘤上皮細胞以及源自單核細胞的巨噬細胞中，細菌存在誘導了上皮細胞IFN和JAK-STAT信號通路顯著上調(diào)，但與癌癥進展相關(guān)基因的只有適度的影響，而在巨噬細胞中主要調(diào)控了免疫反應和白介素生成的基因以及一系列的趨化因子表達的上調(diào)。后續(xù)濕實驗中表明瘤內(nèi)微生物在招募與富集中性粒細胞方面起著積極作用，而具核梭桿菌感染可以促進膠原基質(zhì)中癌細胞的侵襲，而且還可以改變癌細胞的運動模式，并在功能層面上導致癌細胞的異質(zhì)性。

總的來說，該研究揭示了宿主細胞-微生物在空間、細胞和分子層面的相互作用，表明腫瘤患者瘤內(nèi)微生物的分布并非是隨機的，并且其分布特征與TME具有緊密的聯(lián)系。

03

亞細胞分辨率的RNA和蛋白成像技術(shù)-CosMx™ Spatial Molecular Imager

空間多組學層出不窮，然而以亞細胞分辨率來解析組織中分子的空間分布一直是一個挑戰(zhàn)，為了提高檢測的分辨率，在亞細胞水平中有限的分子背景下，必然要犧牲檢測的深度，因此原位探針捕獲效率，靶向分子的多少，panel設(shè)計的適用性決定了亞細胞分辨率新技術(shù)后續(xù)的市場占有率。

2022年9月NanoString公司Joe Beechem領(lǐng)導的研發(fā)團隊在Nature Biotechnology發(fā)表了最新的單細胞/亞細胞空間多組學創(chuàng)新平臺 — CosMx™ Spatial Molecular Imager（SMI）空間原位分子成像系統(tǒng)的研究文章，該技術(shù)基于原位雜交循環(huán)成像技術(shù)和熒光探針報告系統(tǒng)對FFPE樣本實現(xiàn)亞細胞分辨率的980個RNA和108個蛋白質(zhì)的空間原位表達信息進行檢測。該技術(shù)對每個靶標的基因設(shè)計了5個ISH探針，每個探針都具有獨特的捕獲序列，在ISH探針的末端是長度為60-80nt的DNA讀出區(qū)域，可以結(jié)合4個熒光報告器，實現(xiàn)分子信號的放大，這樣的設(shè)計保證了在不同組織背景中比較高的信噪比，比較準確的空間單個RNA或蛋白分子的定量。在每次雜交成像后，通過UV照射和洗滌步驟有效地猝滅熒光信號，通過循環(huán)雜交城鄉(xiāng)實現(xiàn)多靶標的檢測。該技術(shù)的特點包括：1.能夠?qū)崿F(xiàn)靶標RNA的單細胞分辨率檢測，2.可以完成980個RNA和108個蛋白質(zhì)的多靶標檢測，3.該技術(shù)可以在同一張玻片上完成RNA和蛋白同時定位，4.panel設(shè)計中包括了cell typing，cell-cell interaction，cellstate&function等不同模塊的分子，可以兼顧大多數(shù)研究需要的分子，5.設(shè)計中增加了細胞核染色混合抗體的通用染色，結(jié)合AI機器學習算法，合評判和精準勾勒細胞邊界來完成細胞分割，精準的細胞分割是下游數(shù)據(jù)分析（包括細胞分型、細胞狀態(tài)分析和細胞-細胞互作）的基礎(chǔ)，6.該技術(shù)支持研究者針對多種樣本類型FFPE和Fresh frozen，7.該平臺實驗過程高度自動化，節(jié)省時間和勞動力。在文章中Nanostring團隊利用該技術(shù)展示了非小細胞肺癌和乳腺癌FFPE樣本中的細胞精細分型、不同細胞在組織中的空間位置定位，還可以直接檢測細胞交界處配受體的表達，進而為深入揭示細胞異質(zhì)性、組織微環(huán)境、細胞狀態(tài)、細胞功能和細胞間通訊機制帶來全新見解。

04

單細胞轉(zhuǎn)錄組分析揭示了IgG4-RD受累組織中T和B淋巴細胞相互作用的景觀以及Th1和Th2型反應的協(xié)同效應

由于Th反應在IgG4相關(guān)疾病（IgG4-RD）中具有重要作用，因此，研究者意于闡明Th反應的精確模式及其對潛在靶細胞群的影響，以深入了解IgG4-RD的致病機制。

研究者深入探討了IgG4-RD受累組織中T-B細胞相互作用、免疫受體譜及不同類型免疫應答的影響。他們采用了單細胞RNA測序、BulkR NA測序、免疫受體庫分析(BCR和TCR)、多色流式細胞術(shù)、體外模型細胞和組織學方法，從多個方面研究IgG4-RD的免疫病理特征。結(jié)果顯示：晚期IgG4-RD患者可見異位生發(fā)中心形成，受累組織中大部分B細胞呈生發(fā)中心B細胞樣。IgG4-RD的生發(fā)中心反應導致相關(guān)組織中TCR和BCR克隆的不規(guī)則性，不同樣本間克隆重疊有限。在IgG4-RD受累組織中觀察到Th1-和Th2型反應增強，Th1-和Th2型反應相關(guān)細胞亞群均增加的患者具有更嚴重的炎癥指標。對IgG4- RD中IgG4轉(zhuǎn)錄本來源的分析表明，IgG4可以直接從IgM轉(zhuǎn)移，也可以從其他IgG亞類轉(zhuǎn)移。EVB永生化的B細胞、成纖維細胞和上皮細胞體外實驗顯示Th1型和Th2型反應對生發(fā)中心反應、MHC-II分子異位表達和三級淋巴樣結(jié)構(gòu)形成的影響。因此，Th1-和Th2型反應的協(xié)同作用通過影響急性炎癥過程和IgG4-RD的慢性和復雜性參與了IgG4-RD的發(fā)病機制。

05

人星形膠質(zhì)細胞再生腦類器官修復脊髓損傷

脊髓損傷(SCI)是中樞神經(jīng)損傷的一類，導致不可逆的中樞神經(jīng)組織喪失，目前研究表明移植不同類型的神經(jīng)細胞可在不同程度上改善SCI小鼠的運動功能，這表明神經(jīng)細胞移植治療脊髓損傷具有重大的應用潛力。誘導多能干細胞衍生的2D神經(jīng)細胞移植可以避免免疫排斥，但存在成瘤風險、定向分化操作復雜以及移植后的隨機擴散等問題。脊髓是高度特化的神經(jīng)組織，無論體外或體內(nèi)誘導產(chǎn)生具有精細結(jié)構(gòu)的脊髓組織都面臨巨大挑戰(zhàn)。利用中樞神經(jīng)細胞直接再生出具有精細結(jié)構(gòu)的3D腦與脊髓類器官，將為中樞神經(jīng)組織損傷修復提供更大的應用潛力。

本文研究者系統(tǒng)性開展了不同發(fā)育階段星形膠質(zhì)細胞重編程神經(jīng)類器官的研究，用小分子化合物誘導星形角質(zhì)細胞編程為神經(jīng)外胚層細胞，再經(jīng)過懸浮培養(yǎng)，自組裝形成皮層類器官，該皮層類器官具有典型的腦室區(qū)結(jié)構(gòu)，并可成熟分化為腦室下區(qū)神經(jīng)元。為了形成脊髓類器官，通過精準調(diào)控脊髓特異的誘導信號（如SHH, BMP4, bFGF 和RA），重編程后的神經(jīng)外胚層細胞可定向誘導為具有背側(cè)結(jié)構(gòu)的脊髓類器官，然后通過免疫染色和單細胞測序分析評估類器管的細胞成分，發(fā)現(xiàn)：脊髓類器官包含運動神經(jīng)元，GABA能中間神經(jīng)元和谷氨酸能興奮性神經(jīng)元等豐富的神經(jīng)細胞類群；電生理和微電極陣列分析表明脊髓類器官具有成熟的電生理活性。最后，團隊繼續(xù)將該脊髓類器官移植到脊髓段組織完全切除的免疫缺陷小鼠模型病灶區(qū)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脊髓類器官不僅能夠在病灶區(qū)存活，維持脊髓類器官細胞特征，而且能夠遷移到小鼠正常脊髓組織內(nèi)部，與宿主神經(jīng)元建立突觸連接。這在一定程度上起到連接上下行脊髓神經(jīng)的作用，很好改善下行脊髓萎縮的癥狀。

總之，該研究開創(chuàng)了人星形膠質(zhì)細胞直接重編程為神經(jīng)類器官的方法，首次實現(xiàn)了直接利用體細胞再生3D神經(jīng)組織修復中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，為今后中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織損傷修復提供了可能。

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