从炎症到肿瘤，空间多组学如何改变皮肤病学研究？

在皮肤病研究中，我们如何全面揭示细胞与组织微环境之间的复杂互动？空间多组学技术的兴起为这一挑战提供了前所未有的解决方案。通过将基因、蛋白质等多种生物数据与空间信息相结合，研究人员能够精确定位和分析不同细胞在皮肤组织中的动态分布，从而深入了解皮肤病的发生机制，探索新的治疗策略。

如果你也刚好从事皮肤病学相关研究，不妨跟小编一起来看看这篇综述，走进空间多组学的世界，揭秘其基本原理及其在皮肤病学中的突破性应用。

01 空间多组学技术的基础原理

首先了解一些主要的空间多组学技术及其原理：

● 空间转录组学：

这项技术可以测量和定位组织中每个细胞的基因表达模式。例如，10x Genomics的Visium空间基因表达平台通过在组织切片上标记特定位置并测量局部的RNA表达来建立空间表达图谱。NanoString的GeoMx DSP利用RNA探针与荧光标记结合，实现空间分辨的基因表达分析，并通过数字化读数提供高灵敏度的转录组数据。这种技术在复杂组织样本中展示出极高的解析能力，特别适合研究皮肤组织中不同细胞类型和功能区的动态变化。MERFISH（Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization）和SeqFISH等方法通过荧光原位杂交实现高分辨率的单分子成像，精确描绘每个细胞的位置和其表达的基因。

● 空间蛋白组学：

利用免疫荧光标记、质谱成像等技术绘制蛋白质的分布图。例如，使用质谱成像可以同时检测数百种蛋白质，提供高分辨率的空间蛋白组数据。NanoString的CosMx SMI可实现单细胞分辨率的蛋白和RNA同时检测，帮助揭示细胞与微环境的互动细节。这些技术在揭示蛋白质和细胞之间的相互作用方面具有重要意义，特别是在皮肤组织中。

● 多组学数据整合：

文献强调了结合转录组、蛋白组和代谢组等数据以生成复杂的生物学网络的重要性。这些数据的整合可以揭示细胞间的空间相互作用和组织的功能结构，如在组织修复或免疫应答中的关键角色。

（空间转录组、蛋白质组、基因组和多组学技术目录，点击文末“阅读原文”，获取完整版文献）

02 在皮肤病学中的具体应用

空间多组学技术已开始在皮肤病学中显示其应用价值，文章列举了一些实例：

● 炎症性皮肤病（如银屑病、特应性皮炎）：

通过空间转录组学，可以识别炎症细胞的精确位置及其周围的组织环境。这有助于理解皮肤屏障功能如何在炎症过程中被破坏，以及免疫细胞如何在炎症反应中招募和激活。这种见解为开发更有针对性的抗炎治疗方法提供了新思路。

● 皮肤肿瘤（如黑色素瘤、鳞状细胞癌）：

空间多组学可以详细分析肿瘤微环境的复杂性。比如，能够区分肿瘤核心与周围基质中不同细胞群体的基因表达差异，从而揭示哪些免疫细胞可能抑制或促进肿瘤生长。这种信息有助于优化免疫治疗策略，例如调整T细胞活性来增强抗肿瘤效果。

● 伤口愈合和组织再生：

空间多组学为研究伤口愈合过程中不同细胞类型的时间和空间动态提供了强有力的工具。例如，可以观察在愈合过程中的成纤维细胞迁移和血管再生模式，帮助发现促进愈合的潜在因子或抑制慢性非愈合性伤口的病理机制。

03 技术挑战与未来展望

文献指出，尽管空间多组学技术潜力巨大，但仍面临诸多挑战：

● 数据整合和分析复杂性：

将不同类型的组学数据整合成有意义的生物学信息需要强大的计算能力和分析方法。当前许多数据分析工具尚未完全成熟，尤其是在处理高通量数据和从中提取生物学意义方面仍存在技术障碍。

● 空间分辨率和数据量的平衡：

在追求高分辨率时，技术通常会产生庞大的数据量，这给数据存储和处理带来了压力。未来的发展可能需要优化分辨率和数据处理的效率。

● 临床转化与标准化：

将空间多组学研究成果转化为临床应用仍有很长的路要走，需要在数据标准化、成本控制和技术普及方面做更多努力。

总的来说，文章展望了空间多组学在未来将如何推动皮肤病研究的进展，包括更精准的疾病分类和更有效的个性化治疗。这些技术还有可能推动皮肤病学在再生医学和新药开发方面取得突破。

参考文献：

Jia, Bojing B et al. “Emerging Techniques in Spatial Multiomics: Fundamental Principles and Applications to Dermatology.” The Journal of investigative dermatology, S0022-202X(24)02150-X. 5 Nov. 2024, doi:10.1016/j.jid.2024.09.006