01
单细胞+空间转录组测序：揭示人类输尿管中的细胞类型和信号网络
本研究使用单细胞RNA测序、空间转录组测序和免疫荧光绘制人类输尿管内的细胞群空间图谱，重点关注基质细胞群和尿路上皮细胞群，以探索组成人类输尿管的不同细胞类型，并推断出支持这些腔室间双向串扰的潜在细胞-细胞通信网络。研究者发现表达sonic hedgehog（SHH）的基底细胞支持体外类器官生成，并准确预测从基底祖细胞向终末分化的伞状细胞的分化轨迹，从而验证了SHH信号通路在成体祖细胞维持中的重要性。
总之，本研究结果揭示了参与成人输尿管组织稳态的基本过程，并为指导输尿管组织工程提供了蓝图。
02
瘤内微生物对肿瘤空间和细胞异质性的影响
肿瘤相关微生物是人类肿瘤微环境的内在组成部分，微生物可能对肿瘤的发生、转移、免疫检测、化学耐药性存在影响，近年来研究表明至少33种主要的癌症类型存在肿瘤内微生物群，然而由于早期对组织采用的bulk组学的研究掩盖了肿瘤内微生物群的空间分布和局部效应。
这篇文章通过对口腔鳞癌（OSCC）和结直肠癌（CRC）进行原位空间分析技术和scRNA-seq检测，来映射TME内的宿主-细菌空间、细胞和分子相互作用。文章首先对11例CRC患者肿瘤的44个组织进行了16s测序揭示了患者肿瘤内微生物组的异质性，然后通过RNAscope-荧光原位杂交成像确认了这些细菌的空间异质性，并观察到细菌密集区域和细菌阴性区域。为了进一步确认瘤内微生物的空间分布研究者利用10x Visium空间转录分别对CRC和OSCC样本进行检测，分别再28%和46%的spot中鉴定到了细菌转录本，并确定了各自的主要细菌种属，为了进一步鉴定微生物分布是否与TME有关，采用了GeoMx DSP空间蛋白检测平台靶向检测了与抗肿瘤免疫和癌症进展相关的77种蛋白质的表达谱，发现CD45+免疫区室中细菌主要存在于高度免疫抑制的微环境中，宿主则可能是通过激活MAPK信号通路来抵抗瘤内细菌，而与细菌阴性区域相比，肿瘤上皮区域（PanCK+）表现出血管化程度低，增值性低，p53表达低等特点。为了进一步探究肿瘤微生物-宿主细胞间的互作以及互作关系对宿主细胞转录组的影响，研究者基于10x genomics单细胞转录组测序技术开发了可以捕获细菌rRNA的INVADEseq技术，结合激光共聚焦成像，对7例OSCC组织进行检测，发现患者的瘤内微生物主要是梭杆菌属和密螺旋体属，主要存在于肿瘤上皮细胞以及源自单核细胞的巨噬细胞中，细菌存在诱导了上皮细胞IFN和JAK-STAT信号通路显著上调，但与癌症进展相关基因的只有适度的影响，而在巨噬细胞中主要调控了免疫反应和白介素生成的基因以及一系列的趋化因子表达的上调。后续湿实验中表明瘤内微生物在招募与富集中性粒细胞方面起着积极作用，而具核梭杆菌感染可以促进胶原基质中癌细胞的侵袭，而且还可以改变癌细胞的运动模式，并在功能层面上导致癌细胞的异质性。
总的来说，该研究揭示了宿主细胞-微生物在空间、细胞和分子层面的相互作用，表明肿瘤患者瘤内微生物的分布并非是随机的，并且其分布特征与TME具有紧密的联系。
03
亚细胞分辨率的RNA和蛋白成像技术-CosMx™ Spatial Molecular Imager
空间多组学层出不穷，然而以亚细胞分辨率来解析组织中分子的空间分布一直是一个挑战，为了提高检测的分辨率，在亚细胞水平中有限的分子背景下，必然要牺牲检测的深度，因此原位探针捕获效率，靶向分子的多少，panel设计的适用性决定了亚细胞分辨率新技术后续的市场占有率。
2022年9月NanoString公司Joe Beechem领导的研发团队在Nature Biotechnology发表了最新的单细胞/亚细胞空间多组学创新平台 — CosMx™ Spatial Molecular Imager（SMI）空间原位分子成像系统的研究文章，该技术基于原位杂交循环成像技术和荧光探针报告系统对FFPE样本实现亚细胞分辨率的980个RNA和108个蛋白质的空间原位表达信息进行检测。该技术对每个靶标的基因设计了5个ISH探针，每个探针都具有独特的捕获序列，在ISH探针的末端是长度为60-80nt的DNA读出区域，可以结合4个荧光报告器，实现分子信号的放大，这样的设计保证了在不同组织背景中比较高的信噪比，比较准确的空间单个RNA或蛋白分子的定量。在每次杂交成像后，通过UV照射和洗涤步骤有效地猝灭荧光信号，通过循环杂交城乡实现多靶标的检测。该技术的特点包括：1.能够实现靶标RNA的单细胞分辨率检测，2.可以完成980个RNA和108个蛋白质的多靶标检测，3.该技术可以在同一张玻片上完成RNA和蛋白同时定位，4.panel设计中包括了cell typing，cell-cell interaction，cellstate&function等不同模块的分子，可以兼顾大多数研究需要的分子，5.设计中增加了细胞核染色混合抗体的通用染色，结合AI机器学习算法，合评判和精准勾勒细胞边界来完成细胞分割，精准的细胞分割是下游数据分析（包括细胞分型、细胞状态分析和细胞-细胞互作）的基础，6.该技术支持研究者针对多种样本类型FFPE和Fresh frozen，7.该平台实验过程高度自动化，节省时间和劳动力。在文章中Nanostring团队利用该技术展示了非小细胞肺癌和乳腺癌FFPE样本中的细胞精细分型、不同细胞在组织中的空间位置定位，还可以直接检测细胞交界处配受体的表达，进而为深入揭示细胞异质性、组织微环境、细胞状态、细胞功能和细胞间通讯机制带来全新见解。
04
单细胞转录组分析揭示了IgG4-RD受累组织中T和B淋巴细胞相互作用的景观以及Th1和Th2型反应的协同效应
由于Th反应在IgG4相关疾病（IgG4-RD）中具有重要作用，因此，研究者意于阐明Th反应的精确模式及其对潜在靶细胞群的影响，以深入了解IgG4-RD的致病机制。
研究者深入探讨了IgG4-RD受累组织中T-B细胞相互作用、免疫受体谱及不同类型免疫应答的影响。他们采用了单细胞RNA测序、BulkR NA测序、免疫受体库分析(BCR和TCR)、多色流式细胞术、体外模型细胞和组织学方法，从多个方面研究IgG4-RD的免疫病理特征。结果显示：晚期IgG4-RD患者可见异位生发中心形成，受累组织中大部分B细胞呈生发中心B细胞样。IgG4-RD的生发中心反应导致相关组织中TCR和BCR克隆的不规则性，不同样本间克隆重叠有限。在IgG4-RD受累组织中观察到Th1-和Th2型反应增强，Th1-和Th2型反应相关细胞亚群均增加的患者具有更严重的炎症指标。对IgG4- RD中IgG4转录本来源的分析表明，IgG4可以直接从IgM转移，也可以从其他IgG亚类转移。EVB永生化的B细胞、成纤维细胞和上皮细胞体外实验显示Th1型和Th2型反应对生发中心反应、MHC-II分子异位表达和三级淋巴样结构形成的影响。因此，Th1-和Th2型反应的协同作用通过影响急性炎症过程和IgG4-RD的慢性和复杂性参与了IgG4-RD的发病机制。
05
人星形胶质细胞再生脑类器官修复脊髓损伤
脊髓损伤(SCI)是中枢神经损伤的一类，导致不可逆的中枢神经组织丧失，目前研究表明移植不同类型的神经细胞可在不同程度上改善SCI小鼠的运动功能，这表明神经细胞移植治疗脊髓损伤具有重大的应用潜力。诱导多能干细胞衍生的2D神经细胞移植可以避免免疫排斥，但存在成瘤风险、定向分化操作复杂以及移植后的随机扩散等问题。脊髓是高度特化的神经组织，无论体外或体内诱导产生具有精细结构的脊髓组织都面临巨大挑战。利用中枢神经细胞直接再生出具有精细结构的3D脑与脊髓类器官，将为中枢神经组织损伤修复提供更大的应用潜力。
本文研究者系统性开展了不同发育阶段星形胶质细胞重编程神经类器官的研究，用小分子化合物诱导星形角质细胞编程为神经外胚层细胞，再经过悬浮培养，自组装形成皮层类器官，该皮层类器官具有典型的脑室区结构，并可成熟分化为脑室下区神经元。为了形成脊髓类器官，通过精准调控脊髓特异的诱导信号（如SHH, BMP4, bFGF 和RA），重编程后的神经外胚层细胞可定向诱导为具有背侧结构的脊髓类器官，然后通过免疫染色和单细胞测序分析评估类器管的细胞成分，发现：脊髓类器官包含运动神经元，GABA能中间神经元和谷氨酸能兴奋性神经元等丰富的神经细胞类群；电生理和微电极阵列分析表明脊髓类器官具有成熟的电生理活性。最后，团队继续将该脊髓类器官移植到脊髓段组织完全切除的免疫缺陷小鼠模型病灶区，结果发现脊髓类器官不仅能够在病灶区存活，维持脊髓类器官细胞特征，而且能够迁移到小鼠正常脊髓组织内部，与宿主神经元建立突触连接。这在一定程度上起到连接上下行脊髓神经的作用，很好改善下行脊髓萎缩的症状。
总之，该研究开创了人星形胶质细胞直接重编程为神经类器官的方法，首次实现了直接利用体细胞再生3D神经组织修复中枢神经系统损伤，为今后中枢神经系统组织损伤修复提供了可能。
参考文献：
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