Xenium原位基因表达检测

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Xenium空间原位基因表达平台

Cellular architecture of evolving neuroinflammatory lesions and multiple sclerosis pathology

发表期刊：cell
发表时间：2024
研究方向：多发性硬化症病变疾病演变探索

一、样本类型

（1）EAE(实验性自身免疫性脑脊髓炎)(取样位置：大脑、颈、胸、腰椎脊髓)和4个不同的疾病进展阶段，每个时间点4例样本进行ISS原位测序，利用不同炎症环境下形成的综合细胞景观来客观地注释病变和EAE病理
（2）病理注释为活动性和非活动性病灶的人颈部脊髓组织，共6例样本进行266个基因的人类大脑Panel 的xenium原位基因表达检测

二、研究方法

Xenium原位基因表达，ISS原位测序（Xenium原型技术之一）

三、科学问题

以往对MS多发性硬化症病变和细胞病理学的理解几乎都是基于疾病末期采集的组织，这也阻碍了对疾病演变的探索。局灶性炎症被认为是由外周免疫浸润驱动的，它控制着MS的神经病理学和疾病进程。为了阐明这些事件，本研究利用原位基因表达技术以前所未有的空间分辨率进行了全面的、按时间顺序的病变特征分析。常规的空间转录组技术是一个解析组织结构和分子途径的优秀技术，但因为空间分辨率的局限性，研究细胞图谱和空间邻近的细胞相互作用仍然有很大的挑战

四、文章亮点

1. ISS揭示了EAE（实验性自身免疫性脑脊髓炎）模型中的细胞动态以及人类MS（多发性硬化症）病变的组织结构
2.活跃的EAE病变以离心方式扩散
3.EAE 疾病相关的胶质细胞的产生与病变无关，且可动态解析
4.胶质细胞状态的空间偏好性驱动MS病变的病理分区

五、部分研究结果

细胞组成驱动的跨区域和疾病时间点病理区室的鉴定通常通过核密度的增加、小胶质细胞的富集、巨噬细胞的免疫染色和髓磷脂的损失来评估。本研究利用不同炎症环境下形成的综合细胞景观来客观地注释病变和EAE病理。通过邻域分析对23种主要细胞类型进行分析，以及对照组织的解剖区域的分析，确定了五个不同的病理区室。早期症状和疾病进展峰值EAE小鼠的脊髓显示出3个独特病理区室，在成分上不同于EAE晚期注释的区室。此外，在EAE脑中，免疫浸润胼胝体病理中发现了一个特定的区室。

ISS解析EAE疾病进展中的细胞群和状态变化
将ISS与Xenium原位平台应用于6个人类死后颈脊髓横断面:2个对照组(CTRL1和CTRL2)和4个进展性MS样本。本研究使用了包含266个基因的Xenium人脑基因Panel，针对与生理和病理条件相关的细胞类型和状态。本研究在6个样本中鉴定出660,801个细胞(MS组465,294个，对照组195,507个)，平均表达145±104个转录本和47±18个基因。根据原位基因表达技术鉴定到的多种细胞类型表现出预期的空间偏好。此外，星形胶质细胞和少突胶质细胞亚群MOL（成熟少突胶质细胞）_OPALIN偏好分布在GM（灰质）中，而少突胶质细胞亚群MOL_KLK偏好分布在白质（WM）中。推测GM和WM的特异环境可以诱导不同的少突胶质细胞状态，或者这些区域内的神经元需要特定的少突胶质细胞的支持。人MS样本的空间细胞图谱

六、研究结论

通过使用原位基因表达技术进行单细胞空间表达图谱分析，能够发现并理解哪些细胞是病变的一部分以及其随着时间延续是如何发生变化的，基于Xenium数据进行分析获得不同的病理区域，进一步注释各个区域的特征。结果识别出空间上不同的病变区域，与病理评估高度一致，且发现了新的病理区域。该结果表明Xenium技术具有识别组织学发现不了的病理变化的能力，本研究通过以前所未有的单细胞空间分辨率下建立小鼠和人类MS神经病理学的空间图谱，揭示了MS复杂细胞动态的内在机制。

参考文献

1. Petra Kukanja et al. Cellular architecture of evolving neuroinflammatory lesions and multiple sclerosis pathology. 2024, Cell 187, 1990–2009