对人类来说，细胞的组织方式和细胞间的相互作用决定了器官和组织的功能。人类生物分子图谱计划（Human BioMolecular Atlas Program，HuBMAP）旨在通过应用先进技术，从多尺度绘制单细胞分辨率的健康人体空间图谱，开发相关的数据挖掘和可视化工具，并构建广大科研人员易于访问的资源库，帮助科学家深入剖析细胞如何工作。2023年7月份HuBMAP在《Nature》等期刊发表了一系列项目论文，再次掀起了单细胞空间生物学的高潮。这些工作和研究成果揭示了各类型细胞排列以及它们与人体不同组织和器官相互作用的全面信息，是研究人体生物学和疾病的宝贵资源，改变我们对健康和疾病的认识。
Greenbaum, S., Averbukh, I., Soon, E. et al. A spatially resolved timeline of the human maternal–fetal interface. Nature 619, 595–605 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06298-9
HuBMAP应用了前沿的单细胞和空间生物学技术，其中NanoString的空间生物学方案在多项重要研究发现中发挥了重要作用。其中去年7月份发表于《Nature》杂志上的一项研究中，斯坦福大学的研究人员利用GeoMx空间全转录组技术，结合空间蛋白质组方法，绘制了母体-胎儿相互作用界面的空间组织图谱，对孕早期的动脉重塑变化做出了迄今为止最详细的描述。
我们邀请了该项研究的第一作者Inna Averbukh博士对该研究进行了介绍。以下是本次研讨会的回放视频（含中文字幕），敬请观看。
研究概览
研究发现，在怀孕早期来自发育中胎儿的绒毛外滋养细胞（EVT）会“侵入”子宫，并与母体的免疫系统一起重塑螺旋动脉，将其转化为扩张血管。研究人员提出了多种机制来解释EVT如何与母体蜕膜协调交互，以促进形成有利于螺旋动脉重塑（SAR）的组织微环境。然而，关于哪些免疫细胞和基质细胞参与了这些相互作用，以及这种相互作用如何随着孕龄的变化而变化，目前仍存在很多不确定和争议。
在该项研究中，为了揭开免疫细胞与基质细胞参与母体-胎儿相互作用界面的细胞分子特征，研究人员利用多组学方法，结合MIBI空间蛋白质组学和GeoMx空间全转录组学的优势，构建了人类妊娠期6-20周人类母胎界面的时空图谱，对动脉重塑变化进行了迄今为止最详细的描述，并确定了每个阶段存在哪些类型的母体免疫细胞，以及胎盘滋养细胞的确切位置。
在空间蛋白组检测中，研究人员使用了多重离子束飞行时间成像（Multiplexed Ion Beam Imaging by Timr of Flight，MIBI-TOF）技术对37种蛋白进行了表达定量和空间定位。
在空间转录组方面，研究人员使用了 NanoString的GeoMx技术对来自17个个体的19个样本（13个个体动脉及其相邻蜕膜、5个间质组织和3个血管内EVT样本）进行了全转录组分析。
结果发现，妊娠年龄极大地影响了母体免疫细胞和基质细胞的占比，表达 CD206、CD163、TIM-3、galectin-9 和 IDO-1 的耐受性细胞亚群在孕期较晚阶段逐渐富集和表现出共定位。研究人员还发现，EVT的侵袭伴随着血管生成相关基因上调，并促进免疫调节避免母体的免疫系统被激活，这些程序促进了与血管内皮的相互作用，同时避免了母体免疫细胞的激活，从而建立起健康妊娠期间的胎儿正常发育对于母体细胞和胎盘滋养层之间复杂的相互作用的依赖关系，最终形成既满足半异体胎儿代谢需求同时也保持母体免疫耐受性的子宫环境的分子细胞机制。
图 1：项目设计和工作流程。a. 妊娠6周时子宫内人类胚胎示意图。左图为母胎界面，由蜕膜（紫色）、母体螺旋动脉（浅粉色）和胎儿绒毛膜（右下角）组成。中间和右侧，早期（6 周）未被改造的螺旋动脉；f. TMA 构建和多组学工作流程。顶部，抗体panel，MIBI采集和空间蛋白质组学数据获取。底部，形态学标记和基因探针杂交，由NanoString GeoMx® DSP进行ROI选择和空间转录组学数据获取。
GeoMx® DSP 数字空间多组学分析系统
GeoMx® Digital Spatial Profiler（DSP）空间多组学平台结合了组织影像分析和原位定量技术，可在展示全局组织结构的基础上，进一步实现从复杂组织中对细胞亚群或特定结构的精准分析。在获得高分辨率的样本空间信息的同时实现高靶标蛋白（~570种蛋白质）和全转录组（~20000个基因）空间原位表达谱的精准获取。最新的DSP工作流程可以支持在一张组织切片上同时检测蛋白质和RNA的空间原位表达信息。GeoMx® DSP兼容多种组织样本类型（如FFPE、新鲜冻存样本等），成为基础科研、转化医学研究和临床实践探究中强大有力的工具，使不同领域（如肿瘤学、免疫疾病、神经科学、药物研发等）的研究人员能够深入洞察组织微环境、功能亚结构、免疫系统作用机制和生物标志物发掘，满足不同阶段的研究和应用需求！
GeoMx® DSP是空间全转录组领域的领先平台，主要针对由多细胞组成的功能单元、细胞亚群和特定组织结构等进行空间原位的全转录组或蛋白质组的表达谱分析。而CosMx™ SMI则着重在空间检测分辨率方面进行了突破性提升，可以实现对组织切片中上6000+种RNA和64+种蛋白质在单细胞和亚细胞水平的原位表达进行检测。GeoMx® DSP和CosMx™ SMI共同为空间生物学的新发现和新突破，提供着前所未有的先进科技力量！
