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乐备实LabEx

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[交流] 空间组学技术前沿：靶向空间多组学与原位互作解析

简述
空间组学正在从“组织原位分子定量”向“原位功能状态解析”延伸。以GeoMx DSP为代表的区域靶向空间多组学技术，通过对兴趣区域（ROI）的定制化选取，实现了转录组与蛋白组的灵活共检测，并在探针设计与信号读出层面形成了nCounter与NGS两条互补路径；而邻位连接分析（PLA）则将检测对象由“分子丰度”推进至“蛋白互作与修饰”，通过抗体偶联寡核苷酸的邻近连接与滚环扩增，将互作事件转化为可定位、可计数的荧光信号。二者共同构成了空间组学从“在哪里表达”到“在那里发生了什么相互作用”的技术延伸。
一、DSP技术的特点：靶向性、灵活性与多组学兼容
GeoMx数字空间分析技术的特点可归纳为三个维度。
（一）ROI驱动的靶向性
DSP将数据捕获限定于组织切片上的圆形兴趣区域（ROI）内。这一设计需要研究者在检测前依据形态学或荧光标记预先选定目标区域，因而具备很强的靶向性——它并不追求对整张切片的无偏覆盖，而是聚焦于研究者所关注的局部。
（二）区域分割的灵活性
在ROI内部，还可依据不同研究需求进一步分割。例如按规则几何形态选区域，依据荧光标记的阳性与阴性划分不规则边界，或按距病变区域不同距离绘制等高线式区域。这种以先验结果为导向的定制化取样，在提升靶向性的同时赋予了技术更高的灵活性。此外，DSP兼容冰冻包埋与石蜡包埋两类样本，显著降低了样本选择门槛。
（三）多组学探索能力
除转录组数据外，DSP还可通过抗体实现蛋白质定量，为空间多组学分析提供了可能。
二、DSP的探针结构与定量路径
（一）探针的三段式设计
DSP以探针作为基因检测与定量的基本单元，其探针主要由三部分构成：探针序列负责与目标mRNA互补结合；索引序列包含正向与反向PCR引物结合位点，用于NGS建库过程中的序列扩增与接头连接，其中14 nt的UMI序列用于探针丰度定量，12 nt的probe ID用于鉴定探针对应的基因；UV连接点连接探针序列与索引序列，可在紫外照射下断开并释放索引序列。
蛋白定量则采用相同逻辑——将探针序列替换为抗体，通过抗体识别靶蛋白，再经索引序列完成定量。正是这种依赖探针杂交而非完整mRNA分子的设计，降低了对RNA完整度的要求，使该技术可兼容冰冻与石蜡包埋样本。

（二）nCounter与NGS两条读出路径
在数据获取与定量环节，存在两种策略。nCounter将荧光信号与索引序列直接杂交，通过荧光信号的顺序确定索引序列对应的基因或蛋白信息；该路径无需对索引序列进行PCR扩增，减少了扩增偏好，定量可直接以荧光计数作为表达量结果，但基因检测数量受限，更适合蛋白组定量。NGS路径则将索引序列用于文库构建，通过与probe ID库比对及UMI完成基因定量，充分发挥测序优势，对基因检测数量没有限制，更适合全转录组定量。

三、DSP的应用定位：与空间转录组的互补关系
DSP是一项相对成熟的技术，相关应用报道已逾百篇。随着单细胞转录组与空间转录组的发展，其应用前景进一步拓宽。
一方面，DSP的靶向性与灵活性构成对10x Visium的重要补充：可在Visium构建的全切片空间图谱基础上，聚焦感兴趣的局部区域进行深入分析；同时，DSP对不规则区域的选取能力，也细化了Visium以规则圆形捕获点为主的采样方式。
另一方面，单细胞转录组与DSP的结合提供了更丰富的细胞类型标记基因，使DSP能够完成稀有细胞类型的空间特征分析，并可对ROI内的细胞类型组成进行解析，从另一角度刻画空间分布特征。
四、PLA：原位蛋白互作与修饰的空间解析
（一）技术定位与原理
邻位连接分析可对组织或细胞中的蛋白质互作进行原位分析，用于检测、成像和定量细胞内蛋白质互作，也可用于检测蛋白质修饰，是一种在体内鉴定蛋白质-蛋白质相互作用的技术。其原理是将互补的寡核苷酸分别偶联至两种互作蛋白的特异性抗体上，将抗体导入细胞后，若两种蛋白存在互作，则所偶联的互补寡核苷酸在空间上极为接近，可连接形成环状DNA；随后扩增环状DNA，并利用偶联荧光团的寡核苷酸探针靶向扩增产物，通过检测荧光信号判断互作水平。

（二）技术优势
PLA将细胞内蛋白互作信息转化为易观察的荧光信号，可检测互作在细胞中的定位，实现互作可视化。同时，DNA扩增放大了互作信号，使其具有很高灵敏度，可检测其他技术难以捕获的瞬时相互作用，也可检测大型超分子信号平台内的蛋白质相互作用。
（三）技术局限
PLA不能用于活细胞检测，因为抗体与荧光探针需要渗透才能发挥功能，且部分PLA试剂（如酶或DNA寡核苷酸）可能破坏细胞活性。因此，该技术定位于固定样本的原位终点分析，而非动态过程监测。