作者，Evil Genius
年也過完了，該收心好好上班了，這一篇我們來總結(jié)一下空間轉(zhuǎn)錄組細(xì)胞空間臨近的一些文章用法及意義，之前說了很多了，但是沒有系統(tǒng)的總結(jié)，我們專門拿出這一部分來總結(jié)一下。
文章Identification of HSC/MPP expansion units in fetal liver by
single-cell spatiotemporal transcriptomics
期刊：Cell Research（IF=25.617）
發(fā)表時(shí)間：2021年8月
細(xì)胞臨近的研究:為了確定細(xì)胞間相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，作者將HSCs/MPPs spots定義為內(nèi)點(diǎn)（intra）， 內(nèi)點(diǎn)周圍一圈spots為近端點(diǎn)（inter）， 其他spots為遠(yuǎn)端點(diǎn)(distant)，然后根據(jù)富集得分來識別各個(gè)spots的細(xì)胞類型（富集得分最高）。除了HSCs/MPPs外，內(nèi)點(diǎn)得分最高的是EC，與HSCs/MPPs接近；肝母細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞分別在近端點(diǎn)和遠(yuǎn)端點(diǎn)中得分最高；巨噬細(xì)胞在內(nèi)點(diǎn)和近端點(diǎn)中的得分高于遠(yuǎn)端點(diǎn)中的得分，因此巨噬細(xì)胞可以考慮是一種新的niche cell。為了量化比較HSCs/MPPs與其他niche cell之間的相互作用 ，作者定義了富集倍數(shù)的概念：即每一種spot類型富集打分的中位值與全部spots富集打分中位值的比值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞在內(nèi)點(diǎn)的富集倍數(shù)是11.52，在近端點(diǎn)的富集倍數(shù)是1.31；EC在內(nèi)點(diǎn)的富集倍數(shù)是1.62；而肝母細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞的富集程度更低 。綜上所述，巨噬細(xì)胞是與HSCs/MPPs關(guān)系最密切的重要生態(tài)位細(xì)胞。
在分子水平，作者使用CellPhoneDB分析來預(yù)測相互作用信號的空間表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一些基因編碼的配體基因在內(nèi)點(diǎn)和近端點(diǎn)中高表達(dá)，而對應(yīng)的受體在HSCs/MPPs定位的spots中高表達(dá)，說明空間鄰近促進(jìn)了信號的相互作用，從而在功能上支持HSCs/MPPs的擴(kuò)增。鑒于內(nèi)點(diǎn)和近端點(diǎn)具有空間臨近和相互作用信號豐富的特點(diǎn)， 作者將其定義為擴(kuò)增單元，其中HSCs/MPPs位于spots的核心，與周圍的niche cell spots相互作用。
文章Identification of early neurodegenerative pathways in progressive multiple sclerosis
期刊：Nature Neuroscience（IF=28.771）
發(fā)表時(shí)間：2022年7月
神經(jīng)退行性變的早期細(xì)胞間通訊：為了將多組學(xué)驗(yàn)證的疾病途徑與細(xì)胞間通訊聯(lián)系起來，研究人員需要確定隨著神經(jīng)退行性變而改變的配體-受體對情況。他們評估了灰質(zhì)斑點(diǎn)轉(zhuǎn)錄組中1396個(gè)治療配體-受體對的表達(dá)水平，獲得了從空間尺度解析的428個(gè)配體-受體相互作用的表達(dá)數(shù)據(jù)。接著，為了確定MS神經(jīng)退行性變早期細(xì)胞間通訊的機(jī)制，他們使用先前發(fā)表的生物學(xué)功能注釋了每個(gè)配體-受體對的相互作用，其中最主要的相互作用是抗炎相互作用(所有候選相互作用的25%，定義為免疫抑制)、促炎相互作用(25%，定義為促進(jìn)免疫反應(yīng))和營養(yǎng)相互作用(31%，定義為促進(jìn)發(fā)育、增殖或細(xì)胞存活的生長因子)。通過比較MS患者和對照組的配體-受體的相互作用情況，發(fā)現(xiàn)患者早期神經(jīng)元衰退區(qū)域內(nèi)的營養(yǎng)和抗炎細(xì)胞間通訊丟失。進(jìn)一步地，研究人員在動物模型中驗(yàn)證相關(guān)靶基因在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷中的作用，研究證實(shí)了患者樣本中與神經(jīng)元損傷相關(guān)蛋白質(zhì)具有與已發(fā)表的體內(nèi)敲低和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)疾病模型一致的表型。
文章Single-cell spatial immune landscapes of primary and metastatic brain tumours
期刊：Nature（IF=36.101）
發(fā)表時(shí)間：2023年1月
為了解腫瘤內(nèi)的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)與空間信息，研究者以膠質(zhì)母細(xì)胞瘤數(shù)據(jù)集作為模型，比較了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和BRM之間的多細(xì)胞相互作用。正如預(yù)期的那樣，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤主要由CN3和CN4（星形膠質(zhì)細(xì)胞富集），而BRM核心富集CN8（腫瘤隔室），反映了與轉(zhuǎn)移性腫瘤相比膠質(zhì)瘤的浸潤性。另外，研究者還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與長期生存相關(guān)的獨(dú)特的巨噬細(xì)胞富集鄰域，這在該疾病中是罕見的。這些都表明了巨噬細(xì)胞的空間關(guān)系可能包含了重要的預(yù)后信息。
最后，為了深入了解腫瘤結(jié)構(gòu)和臨床相關(guān)性，研究者比較了髓過氧化物酶MPO類別中主要免疫譜系之間的空間相互作用，發(fā)現(xiàn)組織駐留巨噬細(xì)胞與單核細(xì)胞衍生巨噬細(xì)胞的動力學(xué)可能對腫瘤生物學(xué)有明顯影響，隨著MPO+巨噬細(xì)胞密度的變化，TME組成的逐漸變化。更具體地，研究者使用平衡膠質(zhì)母細(xì)胞瘤隊(duì)列證實(shí)了MPO+CD163?P2Y12?CD68+巨噬細(xì)胞水平的增加與生存期延長相關(guān)。MPO與IBA1的組合足以證實(shí)雙陽性細(xì)胞頻率高的患者的存活時(shí)間顯著延長.
總而言之，該研究揭示了與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者存活相關(guān)的細(xì)胞鄰域，確定了髓過氧化物酶（MPO）陽性巨噬細(xì)胞的獨(dú)特群體，表征了原發(fā)腫瘤和不同實(shí)體癌腦轉(zhuǎn)移之間免疫景觀的差異，以空間分辨率與單細(xì)胞分析整合的形式為腫瘤微環(huán)境研究提供了生物學(xué)見解。
文章Spatial multi-omic map of human myocardial infarction
期刊：Nature（IF=36.101）
發(fā)表時(shí)間：2022年8月
作者對空間轉(zhuǎn)錄組所有樣本spots的細(xì)胞組成類型采用無監(jiān)督聚類，鑒定得到了9個(gè)細(xì)胞類群并定義為主要的細(xì)胞類型生態(tài)位（niches），并通過將這些niches在空間中可視化，發(fā)現(xiàn)一些niches與所在的樣本狀況非常相近，例如niche 8在對照樣本玻片平均分布，而niche 5則定位于缺血區(qū)域的特定位置（圖2b）。然后作者在所有niches中檢測了來自于snRNA-seq的細(xì)胞類型注釋信息，并觀察到了4個(gè)肌源性細(xì)胞niches（1, 7, 8, 9），其中主要包含心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞，以及1個(gè)纖維化細(xì)胞niche（niche 4），其中主要包含成纖維細(xì)胞、髓樣細(xì)胞和淋巴細(xì)胞，和1個(gè)炎癥細(xì)胞niche（niche 5）。niche 4包含更高比例的成纖維細(xì)胞，而niche 5則包含更高比例的髓樣細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。最后，作者還觀察到了跟部分罕見細(xì)胞類型關(guān)聯(lián)的niches，例如，血管平滑肌細(xì)胞與niche 3和6，脂肪細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和周期細(xì)胞與niche 2等等。
為了探究spots內(nèi)主要細(xì)胞類型的豐度是否可以用附近空間背景中的細(xì)胞類型組成進(jìn)行預(yù)測，作者使用MISTy評估了三種不同相鄰區(qū)域其它細(xì)胞類型的重要性（importance）：（1）在同一個(gè)spot中；（2）在鄰近區(qū)域（半徑為1個(gè)spot）；（3）在延伸區(qū)域（半徑為15個(gè)spots）。作者觀察到內(nèi)皮細(xì)胞對其所有spots內(nèi)的vSMC，周細(xì)胞，脂肪細(xì)胞和心肌細(xì)胞的豐度最具預(yù)測性，可能反映了脈管系統(tǒng)細(xì)胞類型之間的依賴性(圖2d)。淋巴細(xì)胞和髓樣細(xì)胞表現(xiàn)出強(qiáng)烈的相互依賴性，與免疫細(xì)胞浸潤和炎癥的區(qū)域一致ーー類似地被niche 5捕獲。此外，作者還觀察到髓樣細(xì)胞和成纖維細(xì)胞之間的強(qiáng)烈依賴性，二者在niche 4中強(qiáng)烈共富集。
評估應(yīng)激心肌細(xì)胞狀態(tài) vCM3在每個(gè)空間spot以及相鄰區(qū)域（半徑為5個(gè)spots）內(nèi)與其他細(xì)胞類型的依賴性.
在空間轉(zhuǎn)錄組中，作者模擬了不同內(nèi)皮細(xì)胞亞型與其他主要細(xì)胞類型豐度之間的關(guān)系，并觀察到 在單個(gè)spot內(nèi)和鄰近區(qū)域（半徑為5個(gè)spots）vSMC是預(yù)測動脈內(nèi)皮細(xì)胞的最優(yōu)標(biāo)志物，反映了心臟中動脈和小動脈的解剖結(jié)構(gòu)。
文章Tertiary lymphoid structures generate and propagate anti-tumor antibody-producing plasma cells in renal cell cancer
期刊：Immunity（IF=43.474）
發(fā)表時(shí)間：2022年3月
研究內(nèi)容:免疫球蛋白（Ig）基因的空間表達(dá)特征
為了確定TLS在腫瘤中的轉(zhuǎn)錄特征，作者在TLS和腫瘤區(qū)域進(jìn)行了差異表達(dá)基因分析。通過交叉驗(yàn)證一共鑒定到了包括12種免疫球蛋白基因、5個(gè)B細(xì)胞標(biāo)記基因、2個(gè)T細(xì)胞標(biāo)記基因、2個(gè)成纖維細(xì)胞標(biāo)記基因、2個(gè)補(bǔ)體蛋白編碼基因等29個(gè)基因在TLS結(jié)構(gòu)特異性表達(dá)。且以上基因在冷凍腫瘤樣本與FFPE腫瘤樣本都得到了驗(yàn)證。
Ig和B細(xì)胞相關(guān)基因在TLS區(qū)域中表達(dá)促使作者后續(xù)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了B細(xì)胞。首先作者探究了TLS中不同的B細(xì)胞亞型。作者發(fā)現(xiàn)原始B細(xì)胞相關(guān)基因很少表達(dá)，盡管與TLS顯著相關(guān)，且FCRL4+記憶B細(xì)胞、GC B細(xì)胞和漿母細(xì)胞特征與TLS密切相關(guān)。PC相關(guān)基因MZB1在TLS中表達(dá)較高，在腫瘤區(qū)域整體表達(dá)較低，這也在FFPE腫瘤中發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。然而，在腫瘤內(nèi)不同位置發(fā)現(xiàn)了大量彌散的、距離TLS較遠(yuǎn)的MZB1表達(dá)。MZB1是漿細(xì)胞特征的一部分，在PCs中高表達(dá)。由于漿細(xì)胞局限于TLS區(qū)域，且在TLS外發(fā)現(xiàn)MZB1的高表達(dá)，很可能表達(dá)MZB1的PC不僅存在于TLS中，而且存在于腫瘤細(xì)胞中。由于PCs的主要功能是產(chǎn)生抗體，因此作者分析了免疫球蛋白基因的空間表達(dá)。IGHM幾乎只在TLS區(qū)域表達(dá)，加強(qiáng)了TLS中非交換B細(xì)胞的存在，而IGHG1、IGHA1和pan Ig基因在TLS區(qū)域高表達(dá)，但在腫瘤中也有遠(yuǎn)距離表達(dá)。IGHG1和IGHA1的表達(dá)結(jié)果表明，同型轉(zhuǎn)換的PCs已經(jīng)在TLS中形成，并在遠(yuǎn)端腫瘤細(xì)胞群體中擴(kuò)散開來。
由于有報(bào)道稱CXCL12和PC在骨髓，淋巴髓帶和慢性炎癥組織中與遷移和保留有關(guān)，作者分析了CXCL12的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)它與MZB1共定位。作者為了進(jìn)一步評估這些基因表達(dá)之間的空間共存特征。結(jié)果表明TLS特征與MZB1、成纖維細(xì)胞和CXCL12的共定位，還證實(shí)了成纖維細(xì)胞與CXCL12的共定位，MZB1與成纖維細(xì)胞的共定位，MZB1與CXCL12在TLS較遠(yuǎn)位置共定位距離。并且這一結(jié)果也在其他TLS+腫瘤樣本被證實(shí)，而在TLS-腫瘤中沒有顯示。綜上，在TLS+腫瘤中，表達(dá)IGHG1和IGHA1的PC存在于TLS附近，并可能與成纖維細(xì)胞具有互作關(guān)系在腫瘤內(nèi)擴(kuò)散。
文章Effect of the intratumoral microbiota on spatial and cellular heterogeneity in cancer
期刊：Nature（IF=36.101）
發(fā)表時(shí)間：2022年11月
研究內(nèi)容:微生物定殖的瘤內(nèi)生態(tài)位
鑒于腫瘤內(nèi)微生物群在單個(gè)腫瘤組織內(nèi)具有異質(zhì)性分布，該研究團(tuán)隊(duì)試圖確定這種空間分布是否與TME內(nèi)的不同功能相關(guān)。通過GeoMx數(shù)字空間分布（DSP）平臺，作者采用靶向方法，量化了77種與抗腫瘤免疫和癌癥進(jìn)展相關(guān)的蛋白質(zhì)的表達(dá)譜。實(shí)施分段分析以豐富從感興趣組織區(qū)域（AOI）內(nèi)的免疫或上皮癌細(xì)胞室提取的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)，通過RNAscope–顯色原位雜交（RNAscope CISH）將其標(biāo)記為細(xì)菌陽性或陰性。在兩種OSCC的CD45+免疫室中（DSP隊(duì)列1；n?=?8名患者）和CRC（DSP隊(duì)列2；n?=?10名患者）腫瘤，細(xì)菌存在于高度免疫抑制的微核細(xì)胞中，其特征是成熟CD66b+髓系細(xì)胞的富集以及免疫抑制分子ARG1（精氨酸酶1）和免疫檢查點(diǎn)蛋白CTLA4（細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4）的上調(diào)。
此外，在兩種癌癥類型中，他們檢測到磷酸化ERK1和ERK2的水平增加，這表明針對腫瘤內(nèi)細(xì)菌的髓系反應(yīng)可能通過激活MAPK信號通路發(fā)生。在OSCC腫瘤中，與樣本中的細(xì)菌陰性區(qū)域相比，細(xì)菌陽性的微小腫瘤中T細(xì)胞抑制受體PD-1過度表達(dá)。這對應(yīng)于OSCC和CRC癌組織中T細(xì)胞標(biāo)記物（如CD3、CD8、CD4、CD27和CD44）的相對下調(diào)，以及增殖標(biāo)記物Ki-67的表達(dá)減少，并表明T細(xì)胞被排除在這兩種胃腸道癌的細(xì)菌定殖區(qū)。
