“空間”一詞源自拉丁語 spatium，意為“空間”，可用于描述對象在相對位置方面如何相互關聯。許多生物系統的功能，如胚胎、肝小葉、腸絨毛和腫瘤，都取決于它們細胞的空間組織。只有在知道它們的物理位置后，我們才能完全理解多細胞生物中單個細胞的分子特性。在過去的幾十年中，隨著人們對空間組織的重要性和獲得分子特性精確位置認知的提高，極大地推動了空間分辨轉錄組學的技術進步，并開發了多種技術。按照時間軸排列如圖1所示。

圖1 空間分辨轉錄組學各項技術的簡要歷史時間表

每種技術根據它們所基于的基本方法不同可分為五個子類別（在圖1中已用不同顏色的原點進行分類）：① 基于顯微基因表達的技術，② 原位雜交 (ISH) 技術，③ 原位測序 (ISS) 技術，④ 原位捕獲技術，⑤空間數據的計算機重建。而每個子類別中又包含了多種空間分辨轉錄組學技術，總結歸納后如表1-4所示。

表1基于顯微基因表達的各項技術名稱、概念及示意圖

表2 基于原位雜交 (ISH)的各項技術的名稱、概念及示意圖

表3 基于原位測序 (ISS) 的各項技術的名稱、概念及示意圖

表4 基于原位捕獲的各項技術的名稱、概念及示意圖

除了前面描述的實驗方法外，還有構建空間分辨基因表達數據集的計算方法，也就是子類別中的第五個——空間數據的計算機重建。這些技術從分離的單個細胞開始，旨在根據基因表達譜通過計算將它們分配到空間位置。細胞到空間位置的映射可以基于參考圖（其中一組信息基因簽名用于指導細胞的適當放置）來實現，或者可以根據關于跨細胞表達特征的假設從頭開始尋找物理空間。

空間背景對推斷更深層次的生物學意義的重要性是毋庸置疑的，但技術掣肘在歷史上限制了各種應用的廣泛采用，例如敏感性、勞動力廣泛性、組織類型依賴性以及獲取詳細單細胞信息的能力有限等。下表從樣本類型、空間類型、有效率、優缺點的角度將各種技術進行了對比，以供大家按需選擇（表5）。

表5 空間分辨轉錄組學技術之間的比較

雖然先前大部分的技術正在被迅速棄用，但它們背后的思想和方法是當代空間轉錄組學的基礎。為了追求更為廣泛采用的技術，已經從學術界衍生出一些商業努力。10X Genomics收購了Spatial（更名為Visium）、ReadCoor和Cartana。ReadCoor的核心技術是熒光原位測序技術FISSEQ。Cartana的核心技術為鎖式探針（Padlock），進行滾環擴增后測序，達到了亞細胞水平。NanoString在2019年推出自動化儀器GeoMx，捕獲基因數量已超過22000，之后又發布GeoMx Digital Spatial Profiler，達到了單細胞的分辨率。另外，華大基因（BGI）在2013年收購了專注于人類全基因組精準測序的Complete Genomics，將細胞或組織嵌入芯片，產生高分辨率的空間解析數據。盡管如此，目前空間轉錄組方案仍然是定制的，只能在少數實驗室中使用，且費用高昂。因此，探尋一種更為廣泛采用的新技術是非常迫切且有必要的。

參考資料

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