空間轉(zhuǎn)錄組測序用于免疫治療研究

腫瘤免疫治療現(xiàn)狀

近年來，免疫療法，這種通過激活患者的免疫系統(tǒng)來殺死癌細(xì)胞的策略，已成為對抗癌癥的新希望。目前的免疫療法主要基于癌癥疫苗，細(xì)胞因子（例如白介素2），繼細(xì)胞轉(zhuǎn)移（ACT）和免疫檢查點(diǎn)抑制?；谒麄兊奶攸c(diǎn)，特別針對程序性細(xì)胞死亡-1 /程序性細(xì)胞死亡配體1（PD-1 / PD-L1）途徑的免疫檢查點(diǎn)抑制劑已被批準(zhǔn)為用于黑色素瘤，淋巴瘤和其他惡性腫瘤。

但是，現(xiàn)有研究顯示，只有少數(shù)患者對治療有積極反應(yīng)，一些患者最終因治療而產(chǎn)生抗藥性或遭受不良反應(yīng)和自身免疫毒性。而出現(xiàn)這種不良反應(yīng)的原因部分歸因于腫瘤微環(huán)境（TME）的動(dòng)態(tài)組成。在這里，腫瘤細(xì)胞，浸潤的免疫細(xì)胞和間質(zhì)之間的復(fù)雜相互作用以及免疫細(xì)胞群的位置和密度會(huì)影響疾病的進(jìn)展和對治療的反應(yīng)。因此，理解腫瘤的空間信息至關(guān)重要，因?yàn)榭梢暬[瘤與介導(dǎo)免疫監(jiān)視的各種細(xì)胞之間的相互作用將增進(jìn)我們對致病機(jī)制和潛在藥物的了解。空間背景，包括細(xì)胞間距離和特征異質(zhì)性，也可以與臨床結(jié)果相關(guān)聯(lián)，以鑒定對免疫療法反應(yīng)的預(yù)測性生物標(biāo)志物。同時(shí)，分析當(dāng)前的免疫治療策略如何改變TME結(jié)構(gòu)和免疫環(huán)境也可以幫助指導(dǎo)未來的治療方法。

空間轉(zhuǎn)錄組檢測技術(shù)特點(diǎn)

空間轉(zhuǎn)錄組檢測技術(shù)逐漸受到廣大研究學(xué)者的青睞，其不僅可以提供研究對象的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還能定位其在組織中的空間位置，這將有助于確定腫瘤異質(zhì)性的來源，并揭示致病機(jī)制、潛在的藥物靶標(biāo)和新型生物標(biāo)志物。因此，運(yùn)用該技術(shù)可以分析免疫治療如何改變TME結(jié)構(gòu)和免疫環(huán)境，TME中腫瘤細(xì)胞，脂肪組織，血管，三級淋巴結(jié)構(gòu)和基質(zhì)之間的動(dòng)態(tài)相互作用。

現(xiàn)有的空間轉(zhuǎn)錄組檢測技術(shù)主要有基于原位（in situ）高分辨率的SeqFISH，MERFISH，ISS技術(shù)和基于空間Barcode標(biāo)記的高通量ST（Spatial transcriptomics）技術(shù)。其中，Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)是ST技術(shù)的升級版，通過使用空間條形碼的脫氧核苷酸微陣列，能夠?qū)ν暾M織切片中的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行定量可視化和分析。

圖1 Visium空間基因表達(dá)解決方案

Visium空間基因表達(dá)解決方案與第一代ST技術(shù)相比，具有更強(qiáng)的功能，例如更高的分辨率和更高的靈敏度。通過10× Genomics官方提供的分析工具可將基因表達(dá)數(shù)據(jù)映射到 H&E 圖像上，用 RNA 表達(dá)和形態(tài)學(xué)特征來表征組織，從而獲得組織切片完整的生物學(xué)圖譜。此外，還可將空間轉(zhuǎn)錄組與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組整合分析，在識(shí)別不同細(xì)胞群的同時(shí)保留空間背景，提供組織微環(huán)境中細(xì)胞功能、表型和位置關(guān)系的關(guān)鍵信息。

圖2 Visium空間基因表達(dá)解決方案流程

空間轉(zhuǎn)錄組測序用于免疫治療研究

空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)在最近幾年的癌癥免疫療法中發(fā)展迅速。常規(guī)的，如FISH和RNAscope是診斷和預(yù)測癌癥的有用臨床工具，但都存在一些較大的限制。而Visium技術(shù)，通過實(shí)現(xiàn)具有前所未有的分辨率和靈敏度的轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)，克服了通量上的局限性。該技術(shù)的普及將為癌癥免疫學(xué)領(lǐng)域帶來了全新的進(jìn)展，因?yàn)樗谷藗兡軌虬l(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志物，可用于預(yù)測對免疫療法的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)獨(dú)特TME的異質(zhì)性以用于個(gè)性化治療方法。將空間檢測技術(shù)與降維技術(shù)（例如UMAP）結(jié)合使用，可以可視化腫瘤微環(huán)境的免疫情況，這將提供有關(guān)腫瘤邊界和基質(zhì)周圍免疫細(xì)胞的關(guān)鍵信息，并可與臨床結(jié)果相關(guān)以確定預(yù)測性生物標(biāo)志物。這方面，例如，由于腫瘤內(nèi)組織的低氧也可能導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境的異質(zhì)性，因此低氧梯度的可視化對于確定治療抵抗力和預(yù)后至關(guān)重要。因此，將缺氧梯度可視化結(jié)合可以幫助提供異質(zhì)性腫瘤微環(huán)境的更全面的理解。

圖3 組織樣本中低氧梯度可視化展示

展 望

盡管Visium在市場上相對較新，但10x Genomics最近發(fā)布了一種新的產(chǎn)品，允許IF染色而不是常規(guī)的H＆E染色。通過以這種方式將全轉(zhuǎn)錄組分析與蛋白質(zhì)檢測相結(jié)合，研究人員可以通過同時(shí)顯示共定位的蛋白質(zhì)和基因表達(dá)來在組織內(nèi)空間定位細(xì)胞種群及其基因表達(dá)譜。通過不斷的改進(jìn)，Visium技術(shù)具有巨大的潛力，可以為免疫療法的改進(jìn)和升級提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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