•         空间多组学是生命科学领域的革命性技术,通过整合空间转录组、蛋白质组、代谢组和表观组等多维数据,在保留组织原始空间位置信息的前提下,全面解析细胞微环境的分子分布、细胞互作与功能状态。它突破传统组学技术“丢失空间维度”的局限,以单细胞甚至亚细胞级分辨率揭示肿瘤异质性、免疫微环境动态、发育轨迹及疾病机制,为精准医疗、靶向药物开发和临床诊断提供高精度“分子地图”,被《Nature》评为“全球七大颠覆性技术”,正推动生命科学研究从平面迈向立体新时代。

    联合意义

  •         空间转录组(Spatial RNA-seq)与空间ATAC-seq的联合分析,是解码组织微环境基因调控网络的关键突破。空间ATAC-seq直接在组织切片上定位染色质开放区域(如启动子、增强子),揭示潜在调控“开关”;空间转录组则同步捕获相同位置上的基因表达活性,反映功能“输出”。通过整合两类数据,我们能在真实空间维度上建立“调控元件—靶基因”的因果关联:例如在肿瘤样本中,若某区域空间ATAC-seq显示特定增强子开放,而空间转录组在同一位置检测到下游癌基因高表达,即可锁定该增强子驱动肿瘤亚克隆的空间特异性激活。这种整合不仅能验证经典调控关系,更能发现传统单细胞测序遗漏的空间共定位新模式,为解析肿瘤异质性、免疫细胞分化轨迹及组织发育提供机制级证据,最终助力精准药物靶点筛选和病理诊断优化。

     

  •         空间CUT&Tag和空间RNA-seq的整合,通过在组织原位同步捕获基因表达谱与表观调控因子分布,实现了空间维度上“调控输入—转录输出”的因果关联解析。空间CUT&Tag精准定位组蛋白修饰(如激活标记H3K4me3、抑制标记H3K27me3等)的空间富集区域;空间RNA-seq则直接检测对应位置的基因表达活性。当二者在相同空间位点呈现显著共定位时(如:CUT&Tag显示MYC富集且RNA-seq显示其靶基因高表达),可实证该因子在局部微环境中的功能活性;反之,若抑制性修饰(H3K27me3)与基因沉默共现,则揭示空间特异的表观沉默机制。这种整合不仅可验证经典调控关系,更能发现传统单细胞技术无法捕捉的空间限域性调控事件(例如:仅在肿瘤-基质交界处存在的MYC-靶基因激活轴),为解析发育分化轨迹、肿瘤异质性和免疫微环境提供机制级证据,最终推动靶向转录因子或表观修饰药物的空间精准干预策略。

     

     

  •         空间转录组提供细胞或组织在空间位置上的基因表达图谱,而空间蛋白组技术则直接测定蛋白分子的丰度及其空间分布。两者整合能解决“转录—翻译不一致”的问题,因为 mRNA 表达并不总能准确反映对应蛋白水平。例如,某些信号通路中关键蛋白的活性受翻译调控或蛋白修饰影响,在转录层面可能并无显著差异。通过空间层面联合分析,我们能识别哪些基因的表达能真正转化为功能蛋白,并识别其在组织中的活性区域。特别是在免疫微环境、癌症异质性或干细胞分化等场景中,这种整合有助于提升细胞类型注释的准确性,推断信号通路激活状态,并更全面地描绘组织内复杂的细胞功能格局。

     

     

  •         空间蛋白组反映的是酶类、转运蛋白、受体等在组织中的空间分布,而空间代谢组直接显示代谢产物的积累与缺失。两者整合可以揭示“代谢酶定位—代谢流向”的空间关系,帮助我们识别代谢活动背后的直接调控因子。例如在肝脏组织中,不同区域可能表达不同的药物代谢酶(如 CYP450 家族),而空间代谢组可验证这些区域是否产生相应的代谢物,从而识别代谢功能分区。又如在肿瘤微环境中,肿瘤细胞可能通过表达特定乳酸转运蛋白(如 MCT4)来调控乳酸的排出,代谢组数据可揭示乳酸的空间富集位置,从而追踪肿瘤代谢-免疫逃逸机制。该整合策略有助于揭示代谢稳态与功能蛋白网络的关系,是精准靶向治疗的基础。

     

     

  •         空间转录组技术突破了传统转录组研究的局限,通过高精度测序将基因表达信息精准定位到组织空间位置,结合H&E染色图像实现数字化与形态学的融合。空间代谢组技术整合了前沿质谱成像与代谢组学分析方法,不仅能精确测定数百种代谢物的含量变化,更能揭示其在组织微环境中的空间分布规律。二者的协同应用产生了1+1>2的整合效应,能够深度解析转录-代谢网络的时空动态关系,揭示疾病状态下分子调控网络的协同重塑机制。这种多组学整合策略不仅可以精确定位微环境特异性的分子调控枢纽,更能发现传统单组学无法检测的生物标志物。通过将空间转录组技术与空间代谢组技术有机结合,可以实现对生物样本的多维度全景解析。