在细胞处于组织内的相对位置的背景下全面表征细胞，对于理解生物体的正常发育以及疾病背后的因素非常重要。基于测序的空间分析（或简称空间分析）使研究人员可以检测基因或蛋白质表达，同时确定该活动发生的位置。
为什么需要空间分析？
从21世纪初开始，BulkRNA测序1（RNA-Seq）开始取代芯片方法成为研究细胞中基因表达的金标准。BulkRNA-Seq从组织或整个细胞群中提取所有RNA，并提供该组织或细胞群中的平均基因表达结果。然而，同一组织中的细胞存在异质性。因此，单细胞RNA-Seq2（scRNA-Seq）在单细胞分辨率下提供了基因表达信息。
虽然这两种RNA-Seq都帮助了我们进一步了解正常组织和病变组织的状态，但这些数据都是在细胞脱离了原始组织微环境的情况下收集的。因此，RNA-Seq实验结果缺失了在该微环境中细胞间的相互作用结果。原始微环境和细胞间通讯都是通过基因表达和调控对生物功能产生重大影响的因素。
图1：使用Illumina测序对处于微环境中的肿瘤进行空间分析3
虽然可以尽可能减少由于组织裂解和细胞分离而导致的细胞应激反应，但有研究表明，即使是“更温和”的细胞分离过程也会显著影响细胞行为4。此外，以研究RNA和蛋白质表达为目标的组织成像研究可能会受到各种因素的限制。例如，免疫组化实验可能只允许研究人员一次研究四到五种蛋白质。优化用于免疫组化实验的组织样本费时费力，即使优化成功，研究人员也无法对表达的蛋白质进行高通量研究。荧光原位杂交（FISH）等方法在一次实验中可以研究的参数也有所限制，因为可以使用的染料数量或检测仪器可以检测的数量有限。
原始微环境中基因和
蛋白质的高通量研究
空间分析5使研究人员可以在原始组织微环境和结构不受干扰的条件下研究基因组和转录组——这使研究人员能够尽可能接近整个生物体系统中发生的实际过程。无论您是在研究RNA还是蛋白质，基于测序的空间分析的最大优势是采用短链核苷酸序列用作标签或“条形码”。由于有四种可用的核苷酸碱基，因此唯一条形码的数量为4的幂，具体取决于条形码中的碱基数。
如果条形码中有12个碱基，则可能的条形码数量为。这意味着有超过万个可用的条形码。这些条形码可以应用于各种靶标，包括细胞标识、抗体标识、空间位置和唯一分子标记。虽然靶标的数量可能因形成同源二聚体等而减少，但通过空间蛋白质分析和转录组检测可以进行广泛的靶标研究，使研究人员能够在他们的发现研究中获取更多信息。
空间分析工作流程
标准显微镜玻片上包被有空间条形码标记的微珠芯片，用于从冷冻的组织切片中捕获RNA。然后，将捕获的RNA逆转录为cDNA，然后可以对其进行测序（见下图1）。
测序后，基因表达数据可以与组织学HE样本叠加，深入了解组织内细胞的空间位置。结合RNA和蛋白质空间分析的工作流程依赖于第三方平台，包括10XGenomics的Visium空间基因表达和Nanostring的GeoMxDigitalSpatialProfiler（DSP），然后配合Illumina测序作为输出结果。
获取空间分析技术
如果用户想要在样本的原始微环境下研究基因和蛋白质表达，那么空间分析可作为首选工具。使用基于测序的空间分析可以获得更深入的理解和发现。借助学校的核心测序实验室或附近的研究所，您可能已经能获取分析所必需的工具。您也可以直接与我们联系，帮助您寻找附近可以提供所需工具的实验室。
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