Xenium空間原位分析高端局之從文獻解析到研究思路大揭秘

書接上文，已經(jīng)給大家分享了Xenium空間原位分析的技術(shù)原理及特點，樣本制備及應(yīng)用方向，那如何利用這一硬核技術(shù)發(fā)表高分文章呢？今天小編就對Xenium技術(shù)首發(fā)的文獻案例進行詳細解析，并以此總結(jié)拓展相關(guān)的研究思路，期望能給到大家參考和啟發(fā)。

今天要分享的是10x Genomics團隊于2022年10月發(fā)表的首篇Xenium空間原位分析應(yīng)用的bioRxiv預印本文章，文章標題：High resolution mapping of the breast cancer tumor microenvironment using integrated single cell, spatial and in situ analysis of FFPE tissue.
 

研究背景
乳腺癌具有高度異質(zhì)性，臨床上通常根據(jù)受體類型(例如，HER2+/ER+/PR+)以及侵襲和增殖程度對乳腺癌進行腫瘤分型，但這種分類不足以描述樣本中的異質(zhì)性。導管原位癌（DCIS）是一種非浸潤性乳腺癌，是局限在導管內(nèi)的腫瘤上皮細胞，并沒有擴散到導管的周圍。當導管形態(tài)被破壞，癌細胞侵入間質(zhì)時，DCIS可能進展成預后差的浸潤性導管癌。哪些DCIS會成為浸潤性乳腺癌，哪些不會？目前的研究尚不明確。

研究思路
乳腺癌塊來自乳腺癌患者(II-B期，ER+/PR−/HER2+)乳腺活檢的FFPE樣本，其中包括導管原位癌和浸潤性導管癌。用FFPE樣本的連續(xù)切片進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序（scFFPE）、空間轉(zhuǎn)錄組測序（Visium）和原位分析（Xenium）。這里使用Xum Human Breast Panel的280個基因和33個附加基因（共313個）作為靶基因，通過Xenium技術(shù)對這些靶基因進行亞細胞水平的空間原位檢測。然后對三種技術(shù)檢測到的數(shù)據(jù)進行比較與聯(lián)合分析，進而高靈敏度，高特異性，高分辨率地解析了乳腺癌腫瘤的異質(zhì)性。

 

研究結(jié)果
1. scFFPE+Xenium聯(lián)合高靈敏度解析乳腺癌組織中的細胞組成
首先對scFFPE-seq數(shù)據(jù)進行非監(jiān)督聚類和細胞注釋，鑒定到淋巴細胞、巨噬細胞、內(nèi)皮細胞、DCIS1、DCIS2和侵襲性腫瘤細胞等17種細胞亞群。然后對Xenium數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)了與scFFPE-seq一致的細胞類群。此外，與scFFPE-seq相比，Xenium能夠獲得更多的細胞數(shù)量，因此細胞類群的密度要高很多�？傊�，該部分結(jié)果說明了Xenium技術(shù)能夠解析復雜組織中的細胞組成。
 

接下來，作者使用scFFPE-seq數(shù)據(jù)確定Xenium數(shù)據(jù)中三個感興趣區(qū)(ROI)：DCIS#1、DCIS#2和invasive  的細胞組成和比例的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ACTA2+肌上皮細胞在DCIS#2 ROI中富集，在DCIS#1 ROI中較少，在invasive ROI中缺失。而且DCIS#2 ROI比DCIS#1 ROI含有更多侵襲性腫瘤細胞，KRT15+肌上皮細胞也更多，提示DCIS#2 ROI比DCIS#1 ROI更具侵襲性。

最后，作者探究了七種主要細胞類型的marker基因在這三個區(qū)域的表達差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在DCIS#1 ROI中腫瘤細胞標記基因MZB1特異性高表達，DCIS#2 ROI顯著高表達基質(zhì)細胞的標記基因GJB2，invasive ROI中缺少巨噬細胞標記基因MMP12的表達。
 

2. Visium+Xenium聯(lián)合挖掘感興趣區(qū)域的完整轉(zhuǎn)錄組信息
在臨床上，乳腺癌根據(jù)雌激素受體(ER/ESR1)、孕激素受體(PR/PGR)和人類表皮生長因子受體2(HER2/ERBB2)的表達進行亞型分類，并根據(jù)腫瘤分型結(jié)果制定治療策略。該研究中使用的組織樣本被注釋為HER2+/ER+/PR−。Xenium數(shù)據(jù)顯示組織切片的大部分區(qū)域同時表達ERBB2和ESR1轉(zhuǎn)錄本（HER2/ER雙陽性），或只表達ERBB2轉(zhuǎn)錄本（HER2陽性）。然而，在脂肪細胞區(qū)域內(nèi)有一個很小的DCIS區(qū)域，顯示出ERBB2、ESR1和PGR轉(zhuǎn)錄本的三陽性表達（HER2+/ER+/PR+）。
 

在Visium數(shù)據(jù)中，這個區(qū)域只有5-6個spot，因為太少這個區(qū)域很容易被忽視。為了從這個三陽性區(qū)域獲得完整的轉(zhuǎn)錄組信息，作者通過插值法可視化了這個三陽性區(qū)域內(nèi)的細胞類型比例。然后對這6個spot與其它spot進行了全轉(zhuǎn)錄組差異表達分析，篩選到94個差異表達基因。
 

3. Xenium+H&E染色/免疫熒光染色
Xenium原位分析的另一個強大優(yōu)勢在于它的流程是非破壞性的，能夠在運行后對同一組織切片進行H&E染色或免疫熒光染色。這一就能獲得同一張組織切片的組織病理學、蛋白表達和基因表達數(shù)據(jù)，有助于更全面地了解樣本的生物學特征。
 

研究結(jié)論
該文章同時用scFFPE-seq、Visium和Xenium三種技術(shù)對一個乳腺癌FFPE 樣本連續(xù)切片進行檢測。作者首先是說明了三種技術(shù)的各自優(yōu)勢，尤其強調(diào)了Xenium技術(shù)的穩(wěn)定性，高特異性，高靈敏度及高分辨率。然后三種數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，相互印證補充彼此的分析結(jié)果，展示出了三種技術(shù)的高度互補性。最終三種技術(shù)協(xié)同作用，共同解析了乳腺癌腫瘤微環(huán)境，揭示了細胞異質(zhì)性，促進了對導管原位癌（DCIS）腫瘤浸潤的全面研究。

小編有話說
這篇文章同時用到單細胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組、Xenium原位分析三種技術(shù)，通過技術(shù)間的比較突出了Xenium技術(shù)的高靈敏度，高分辨率。通過聯(lián)合分析說明了三種技術(shù)結(jié)合的強勢互補，能夠更深入，更精準地解析腫瘤微環(huán)境的異質(zhì)性。
 

Xenium原位分析+空轉(zhuǎn)+單細胞研究可以說是技術(shù)的頂級配置了，除了貴，沒毛病！但是，不考慮價格的產(chǎn)品經(jīng)理不是好銷售。下面我們就來分享更多的Xenium技術(shù)應(yīng)用研究思路，總有一款適合你！

（1）Xenium原位分析+單細胞轉(zhuǎn)錄組+空間轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析：同時探究復雜組織的細胞組成及空間位置信息，挖掘特定細胞群和感興趣區(qū)域的全轉(zhuǎn)錄組信息。尤其適用于對多細胞類型近距離共存區(qū)域的細胞類型進行精確定位。

（2）Xenium原位原位+單細胞轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析：先通過單細胞數(shù)據(jù)解析復雜組織的細胞組成及占比，篩選目標細胞群、目標基因及相關(guān)的功能通路，然后利用Xenium原位分析高靈敏度，高特異性地探究各個細胞群和目標基因的空間定位及表達特征。尤其適用于特定生理病理結(jié)構(gòu)區(qū)域的細胞組成及細胞間互作研究；

（3）Xenium原位分析+空間轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析：高空間分辨率地解析復雜組織中細胞及基因的空間位置信息，尤其適用于解鎖特定生理病理結(jié)構(gòu)區(qū)域的全轉(zhuǎn)錄組信息；

（4）Xenium獨立分析：探究關(guān)注基因集（panel）的空間表達特征，解析復雜組織中細胞組成及細胞間的互作，研究特定生理病理結(jié)構(gòu)區(qū)域下關(guān)注基因的表達信息。尤其適用于有復雜生理病理結(jié)構(gòu)的組織（如腦組織、腫瘤組織等）研究。

這里需要強調(diào)的是Xenium原位分析要先挑選關(guān)注的靶基因（panel），進而精準地探究靶基因的空間定位及表達特征。沒有關(guān)注的靶基因？不知道靶基因該如何挑選？聯(lián)系我們，一起來個“私人定制”！