文献集锦 | CosMx 单细胞空间组学技术-各应用领域文献汇总
编者按
空间组学技术能够弥补单细胞测序技术无法获取细胞空间分布信息的缺陷。CosMx SMI，一个突破性的单细胞空间原位成像平台，结合了超高分辨率成像技术和多靶标检测能力，能够对组织切片中6000种RNA和64种蛋白质分子进行单细胞和亚细胞分辨率的原位成像，支持研究人员实现精准透彻的生物学解析。
研究者可通过获得的单细胞空间原位表达信息，实现精细的细胞分型，绘制细胞和基因表达的空间图谱。同时还能通过细胞配受体以及细胞邻域分析等，展示细胞邻域和组织微环境，在单细胞空间背景下实现对细胞间相互作用、细胞通讯和细胞状态的深入分析。
接下来通过展示几篇CosMx SMI在不同研究领域的应用文献及分析思路，帮助各位老师快速了解CosMx SMI的应用领域和数据分析思路。
文章详情
1、肿瘤领域研究
文章题目：Presence of onco-fetal neighborhoods in hepatocellular carcinoma is associated with relapse and response to immunotherapy
发表时间：2024.01
期刊名称：Nature Cancer
影响因子：23.5
实验平台：CosMx SMI、Stereo-seq、RNAscope
DOI：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114216
文章内容：
早期研究发现，肝细胞癌（HCC）的肿瘤微环境表现出与胎肝发育过程相似的免疫抑制特征，并证明了癌-胚细胞群与 Treg 细胞间存在共定位关系。但癌-胚重编程过程中的机制仍未明确。为了进一步探究癌-胚重编程过程中的细胞作用机制及功能，本研究构建了一个肝细胞癌单细胞图谱，以描绘 HCC 肿瘤微环境的景观。研究人员首先使用 CellChat 等多种算法构建了 HCC 肿瘤微环境的细胞间相互作用网络，发现了三群癌胚细胞间具有紧密的细胞通讯联系，并且 POSTN+ CAF 是塑造癌-胚重编程环境的关键通讯枢纽。并进一步使Stereo-seq、RNAscope 及 CosMx 等多种空间测序和成像手段，证明了这三群癌-胚细胞间的空间共定位关系，共同限定在癌-胚巢。
总之，该研究揭示了癌-胚重编程过程对 HCC 患者术后复发及治疗耐药的影响，为 HCC 的分层诊疗及治疗策略的开发提供了重要的分子靶点。
2、神经领域研究
文章题目：Microglia-astrocyte crosstalk in the amyloid plaque niche of an Alzheimer’s disease mouse model, as revealed by spatial transcriptomics
中文题目：空间转录组学技术揭示在阿尔茨海默病小鼠模型淀粉样斑块区域中小胶质细胞-星形胶质细胞的互作机制
发表时间：2024.06
期刊名称：Cell Reports
影响因子：8.8
实验平台：CosMx SMI、Stereo-seq
文章内容：
阿尔茨海默病（AD）是一种进行性神经退行性变，淀粉样蛋白-β（Aβ）沉积是该疾病的一个关键的神经病理学标志，小胶质细胞和星形胶质细胞的变化与疾病进展密切相关。本研究通过 CosMx SMI联合 Stereo-seq空间组学技术，研究AD小鼠模型中淀粉样斑块区域中细胞组成及互作机制。结果发现斑块区域以小胶质细胞积累的增加为标志，同时不同斑块区域的细胞组成存在异质性。并且随着斑块区域小胶质细胞密度的增加，星形胶质细胞获得更强的神经毒性表型，在诱导海马神经元GABAergic信号和降低谷氨酸信号中发挥关键作用。
总之，本研究发现海马斑块周围的小胶质细胞的积累破坏了星形细胞信号，进而导致神经元突触信号的失衡。
3、免疫性疾病研究
文章题目：Single cell spatial transcriptomic profiling of childhood-onset lupus nephritis reveals complex interactions between kidney stroma and infiltrating immune cells
中文题目：单细胞空间转录组分析揭示儿童期发病的狼疮肾炎中肾基质和浸润免疫细胞之间复杂的相互作用
发表时间：2023.11
期刊名称：bioRxiv
实验平台：空间转录组测序（NanoString CosMx SMI）
DOI：https://doi.org/10.1101/2023.11.09.566503
文章内容：
患有系统性红斑狼疮 (SLE)的儿童 （称为儿童期狼疮性肾炎，cLN）患肾脏疾病的风险增加。本研究利用单细胞分辨率空间转录组学技术（CosMx SMI），生成了来自 8 名 cLN 患者和两名对照者的肾组织（> 400,000 个细胞）的单细胞分辨率空间图谱。分析结果显示，不同类型的免疫细胞定位于 cLN 肾脏的特定区域，并且基因表达具有空间异质性，为 SLE 的免疫发病机制提供新的见解。此外，研究者还确定了空间相关gene module在炎症诱导和肾小管间质纤维化发展中的预测作用。
总之，单细胞分辨率空间转录组学的应用，为cLN发展机制提供了新的见解，有利于更有针对性和个性化的治疗。
4、消化系统疾病研究
文章题目：Macrophage and neutrophil heterogeneity at single-cell spatial resolution in human inflammatory bowel disease
中文题目：在单细胞空间分辨率下揭示炎症性肠病中巨噬细胞和中性粒细胞的空间异质性
发表时间：2023.07
期刊名称：Nature Communications
实验平台：单细胞测序技术、空间转录组测序（CosMx SMI）、多色免疫荧光
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40156-6
文章内容：
炎症性肠病（IBD）是由免疫介导的慢性胃肠道疾病，分为克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC），但这两种疾病在疾病进展和治疗反应等方面具有显著异质性。目前尚未建立有效的临床或生物学特征来解释和预测该现象。本项研究结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞空间原位分子成像（CosMx SMI）技术对IBD进行深入分析。scRNA-seq数据发现IBD患者之间最大的差异存在于髓系细胞，主要包括巨噬细胞和中性粒细胞。研究人员进一步利用了CosMx SMI单细胞空间原位分子成像技术对每个巨噬细胞和中性粒细胞亚群进行精细的空间定位和单细胞转录组表达检测，在组织空间维度全面揭示了巨噬细胞的多样性和可塑性，结果发现巨噬细胞和炎性成纤维细胞参与构建了强大的通讯网络，阐释了人类炎性肠病的细胞复杂性和导致IBD异质性的潜在机制。
单细胞空间多组学检测技术是研究中的重要手段之一，能够研究细胞在组织样品中的相对位置关系，用于揭示细胞空间分布关系对疾病的影响，可应用于多个领域的研究，包括肿瘤、神经、免疫、消化系统疾病研究以及药物靶点等。目前新推出的 6,000+ panel，能够更加全面地对组织切片进行单细胞和亚细胞分辨率的原位成像，实现精准透彻的生物学解析。
