10x Visium HD空间转录组技术解析
Visium HD空间转录组文献介绍
10x公司在6月份于bioRxiv发表预印文章《Characterization of immune cell populations in the tumor microenvironment of colorectal cancer using high definition spatial profiling》，阐述Visium HD空转技术，联合单细胞测序、单细胞TCR测序、Visium V2空转、Xenium原位检测技术共同分析结直肠癌（CRC）肿瘤微环境中的免疫细胞群体，并展示不同技术在科学研究中的特色和应用潜力。
本研究共纳入5例结直肠腺癌患者，从中获得了蜡块进行连续切片（CRC：n = 5；正常邻近组织（NAT）：n = 3），不同技术使用的样本类型（表1）和检测方案（图3）如下：
表1：样本类型
图3：文章研究路线
文章主要结果
（1）visium HD数据结果评估
研究证明了Visium HD在与Visium v2试剂盒相当的测序深度下，保持了类似的基因检测灵敏度，Visium HD具有更高的转录本空间定位准确性。
图4：Visium HD 空间基因表达切片架构与性能
（2）visium HD 显示了结肠癌肿瘤在单细胞尺度上的空间景观
研究发现①单独HD结果进行监督聚类结果与预期的形态学特征相吻合。②由于每个切片都是独立分析的，限制了在不同切片之间进行细胞类型比较的能力。通过单细胞参考图谱对Visium HD数据进行解卷积，为不同样本分配一致的细胞类型标签。③单细胞参考数据的加入对于跨多个样本保持一致的细胞注释策略和识别稀有细胞类型具有额外优势，但它不是使用Visium HD进行样本分析的必要条件。
图5 ：利用Visium HD实现CRC样本高分辨率、高精确度的转录本空间定位
（3）巨噬细胞新发亚群和肿瘤边界定位
对组织切片中的形态学肿瘤区域进行了映射，基于距离进行分析，对肿瘤边界周围50微米内的区域进行了边缘分析。结直肠癌肿瘤区域内CAF（癌相关成纤维细胞）和巨噬细胞持续增多。
图6 ：巨噬细胞在肿瘤边界的富集
（4）肿瘤区域富集的巨噬细胞的转录组分析揭示了两个巨噬细胞亚群
通过无监督cluster聚类分析，对肿瘤区域富集的巨噬细胞进行了分析，发现了两个具有特定基因表达谱的巨噬细胞亚群，主要由SELENOP或SPP1基因的表达特征定义。
图7 ：肿瘤区域富集的两个巨噬细胞亚群
（5）T细胞在TME中的特征和空间定位
通过使用8微米的格点大小分析Visium HD数据，能够在所研究的肿瘤微环境中清晰地识别出T细胞。根据单细胞数据，研究者发现T细胞数量少于预期。于是通过提高分辨率（2微米的格点），提高在肿瘤微环境中识别T细胞的能力。这种分辨率的灵活性对于回答特定生物学问题非常有用，更小的格点为T细胞分析提供了关键的见解，但对于较大的巨噬细胞分析来说则不是必需的。结果支持HD分辨率更高，可以提供单细胞级别的数据。
图8 ：T细胞在TME中的特征和空间定位
（6）Xenium 原位分析验证了 Visium HD检测的结果
Xenium分析揭示了克隆扩增的T细胞（通过TCR测序获得）与肿瘤细胞的接近共定位，以及它们在CXCL9/CXCL10/CXCL11病灶内的位置。在基因水平上，Xenium比Visium V2更敏感，敏感性提高了约8.4倍。通过将Visium HD数据与Xenium分析结果进行比较，发现Xenium的敏感性提高了约5.7倍。由于Visium HD具有全转录组的特性，它在共享区域中识别到的总转录本数量比Xenium多约6.5倍。
图9：Xenium原位分析揭示TME中克隆扩增T细胞的空间分布
文章中各技术应用总结
（1）单细胞测序：
单细胞测序和TCR测序的结合使用提供了一个全面的视角来理解肿瘤微环境中细胞的空间组织和功能其主要作用如下：
①提供大量细胞的转录组数据。
②识别和注释不同的细胞类型，包括肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞等。
③提示肿瘤细胞亚群和免疫细胞亚群的存在。
④单细胞数据可以用来与空间转录组数据进行比较，以验证和细化细胞类型的空间分布和功能。
（2）单细胞TCR测序：
①T细胞克隆性分析来揭示T细胞在肿瘤微环境中的扩增和多样性。
②通过识别特定的TCR克隆型，可以推断出针对肿瘤特异性抗原的免疫反应。
③结合Xenium原位分析技术，TCR测序数据被用来映射克隆扩增的T细胞在肿瘤微环境中的空间位置。
④考虑如何激活或增强针对肿瘤的免疫反应，探究免疫治疗潜力探索。
Visium HD/Visium V2空间转录组测序:
①Visium HD提供了一种方法来在单细胞尺度上进行空间转录组分析，允许研究者在组织切片上精确地定位和量化基因表达。
②通过Visium HD技术，研究者能够创建一个详细的TME细胞组成的图谱，包括免疫细胞、肿瘤细胞和基质细胞等。
③利用Visium HD数据，研究者能够识别和区分具有不同基因表达特征的免疫细胞亚群。
④Visium HD技术使得研究者能够精细地映射细胞类型在肿瘤微环境中的空间分布，便于了解细胞间的相互作用和它们对肿瘤进展的影响。
⑤Visium HD技术使得研究者能够分析于肿瘤边界附近50微米范围内的细胞群体。
（3）Xenium原位技术：
①Xenium技术被用来独立验证Visium HD平台所获得的空间基因表达结果。
②利用Xenium技术映射克隆扩增的T细胞。
③Xenium技术揭示了肿瘤微环境中不同细胞类型之间的相互作用，特别是巨噬细胞、T细胞、肿瘤细胞和癌症相关成纤维细胞之间的复杂关系。
④Xenium技术提供了比Visium HD更高的空间分辨率。
⑤Xenium技术能够更深入地解析肿瘤微环境（TME）的异质性。
总 结
Visium HD在空间分辨率、转录本捕获量和全转录组覆盖方面相比Visium V2有显著提升。Xenium则在特定基因集的灵敏度和亚细胞级分辨率上具有优势。各技术的优势互补和合理利用会为肿瘤微环境中各种类型细胞的认识和空间功能带来更精确的揭示。
