1 TACIT算法助力空間多組學(xué)單細(xì)胞識別

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文章：Deconvolution of cell types and states in spatial multiomics utilizing TACIT

鏈接：https://www./articles/s41467-025-58874-4

代碼：https://github.com/huynhkl953/TACIT

在空間多組學(xué)和單細(xì)胞技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何高效、準(zhǔn)確地識別組織中的細(xì)胞類型和狀態(tài)，成為推動(dòng)疾病研究和精準(zhǔn)醫(yī)療的重要瓶頸。弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)等多家機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)布了創(chuàng)新性算法TACIT（Threshold-based Assignment of Cell Types from Multiplexed Imaging DaTa），為空間生物學(xué)領(lǐng)域帶來了革命性突破。

TACIT算法最大的亮點(diǎn)，就是實(shí)現(xiàn)了無需訓(xùn)練數(shù)據(jù)、全自動(dòng)、無監(jiān)督的細(xì)胞類型注釋。以往的深度學(xué)習(xí)或聚類方法，要么依賴大量標(biāo)注數(shù)據(jù)、難以泛化，要么受限于標(biāo)記數(shù)量、難以區(qū)分稀有細(xì)胞。而TACIT通過預(yù)先設(shè)定的細(xì)胞類型“簽名”，結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組和蛋白組等多組學(xué)數(shù)據(jù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和分段回歸等方法，自動(dòng)為每個(gè)細(xì)胞打分，快速判斷其歸屬。這一創(chuàng)新流程極大簡化了空間多組學(xué)數(shù)據(jù)的解讀流程，讓“細(xì)胞身份甄別”變得像刷身份證一樣高效可靠。

在本次研究中，團(tuán)隊(duì)對五個(gè)大型數(shù)據(jù)集（總計(jì)超500萬個(gè)細(xì)胞、涵蓋51種細(xì)胞類型，涉及腦、腸道、腺體等多種組織）進(jìn)行了系統(tǒng)測試。結(jié)果顯示，TACIT在準(zhǔn)確率和可擴(kuò)展性上全面超越了現(xiàn)有主流的無監(jiān)督算法（如CELESTA、SCINA、Louvain），尤其在稀有細(xì)胞和復(fù)雜微環(huán)境中的表現(xiàn)尤為突出。例如，在結(jié)直腸癌和健康腸道的空間蛋白組數(shù)據(jù)分析中，TACIT不僅能精準(zhǔn)還原主要細(xì)胞類型，還能識別出以往常被遺漏的稀有細(xì)胞，如樹突狀細(xì)胞和特定亞型的巨噬細(xì)胞，為疾病微環(huán)境的深度解析提供了新視角。

TACIT還首次實(shí)現(xiàn)了同一組織切片的空間蛋白組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析。通過對移植物抗宿主病（GVHD）患者的唾液腺樣本進(jìn)行空間多組學(xué)分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，TACIT能夠精準(zhǔn)標(biāo)注免疫細(xì)胞浸潤區(qū)域，揭示了炎癥相關(guān)的免疫細(xì)胞亞型和空間分布，甚至能區(qū)分處于不同功能狀態(tài)的T細(xì)胞（如PD-1高表達(dá)的耗竭型T細(xì)胞），為免疫治療靶點(diǎn)篩選和療效預(yù)測提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

此外，TACIT在多模態(tài)數(shù)據(jù)一致性方面也表現(xiàn)出色。研究表明，當(dāng)只用蛋白組或轉(zhuǎn)錄組的全部標(biāo)記時(shí)，細(xì)胞類型注釋的一致性約為34%；而聚焦于兩者共有的標(biāo)記后，一致性激增至81%。這說明TACIT不僅能“各自為戰(zhàn)”，還能“協(xié)同作戰(zhàn)”，極大提升了空間多組學(xué)數(shù)據(jù)的利用效率和解讀深度。

值得一提的是，TACIT對數(shù)據(jù)量和分辨率的適應(yīng)性極強(qiáng)。即便在數(shù)據(jù)量縮減、分辨率提升的情況下，TACIT依然能穩(wěn)定檢測到稀有細(xì)胞類型，且對計(jì)算資源要求低，普通筆記本即可輕松處理上百萬細(xì)胞級別的數(shù)據(jù)。這一特性讓TACIT成為大規(guī)模空間組學(xué)研究和臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用的理想工具。

當(dāng)然，TACIT不僅限于蛋白組和轉(zhuǎn)錄組的空間數(shù)據(jù)，還具備良好的擴(kuò)展性，未來可應(yīng)用于空間表觀遺傳組、代謝組、B/T細(xì)胞受體測序等多種新興空間組學(xué)技術(shù)。通過與傳統(tǒng)組織病理染色（如HE、PAS等）結(jié)合，TACIT有望推動(dòng)多維度組織圖譜的構(gòu)建，助力更加精準(zhǔn)的疾病診斷和個(gè)體化治療。

2 五大空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)同臺競技，助力腫瘤微環(huán)境精準(zhǔn)解析

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文章：Comparison of spatial transcriptomics technologies using tumor cryosections

鏈接：https://genomebiology./articles/10.1186/s13059-025-03624-4

空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)作為揭示腫瘤異質(zhì)性和細(xì)胞微環(huán)境的重要利器，近年來技術(shù)迭代迅速，但面對紛繁復(fù)雜的技術(shù)選擇，科研人員常常感到無從下手。近日，發(fā)表于Genome Biology的一項(xiàng)最新研究，首次系統(tǒng)性地對比了五種主流空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)平臺在兒童常見腦腫瘤——具有顯著微解剖結(jié)構(gòu)的髓母細(xì)胞瘤（MBEN）中的應(yīng)用表現(xiàn)，為廣大生命科學(xué)和腫瘤研究者提供了寶貴的參考。研究團(tuán)隊(duì)分別評估了四種成像型空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)（RNAscope HiPlex、Molecular Cartography、Merscope、Xenium）和一種測序型技術(shù)（10x Genomics Visium），利用同一批新鮮冷凍的MBEN腫瘤切片，系統(tǒng)比較了它們在空間分辨率、靈敏度、特異性、細(xì)胞分割等核心指標(biāo)上的優(yōu)劣。

研究發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)化成像型空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)平臺（如Molecular Cartography、Merscope、Xenium）在描繪MBEN復(fù)雜微解剖結(jié)構(gòu)和捕獲細(xì)胞類型特異性表達(dá)譜方面表現(xiàn)突出，尤其在高密度細(xì)胞區(qū)，能夠更細(xì)致地還原腫瘤內(nèi)部不同區(qū)域的分子特征。例如，Molecular Cartography系統(tǒng)展現(xiàn)了更高的光學(xué)分辨率，在每個(gè)空間單元檢測到的轉(zhuǎn)錄本數(shù)量最多，有助于精準(zhǔn)刻畫細(xì)胞間的空間關(guān)系。而傳統(tǒng)的測序型Visium平臺雖然適合全轉(zhuǎn)錄組無偏檢測，但在空間分辨率上相對有限，難以分辨腫瘤的不同功能區(qū)。

在靈敏度方面，成像型技術(shù)整體優(yōu)于測序型技術(shù)，Molecular Cartography檢測到的轉(zhuǎn)錄本數(shù)量和基因覆蓋度均居前列。RNAscope作為低通量參考方法，憑借其高靈敏度和高特異性，成為評估其他平臺表現(xiàn)的重要“金標(biāo)準(zhǔn)”。研究還通過創(chuàng)新性地引入空間自相關(guān)分析和背景探針，全面評估了各平臺的假陽性率和特異性。結(jié)果顯示，Molecular Cartography和Xenium的假陽性率極低，特異性表現(xiàn)優(yōu)異。

在細(xì)胞分割和空間定位能力上，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，成像型平臺結(jié)合高分辨率DAPI染色和膜染色，能夠大幅提升細(xì)胞分割的準(zhǔn)確性，尤其是在腫瘤組織高度致密的區(qū)域。團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了重新成像和彈性配準(zhǔn)等流程，進(jìn)一步優(yōu)化了細(xì)胞分割和空間映射的質(zhì)量。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，不同平臺的適用場景存在明顯差異。Molecular Cartography適合小規(guī)模、高分辨率的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，Merscope則更適合大規(guī)模基因面板的高通量分析，Xenium則兼具高通量和高特異性的優(yōu)勢，適合需要大范圍、多指標(biāo)檢測的研究。值得注意的是，樣本類型（如FFPE或新鮮冷凍）和RNA質(zhì)量對檢測靈敏度有顯著影響，研究建議在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段充分考慮樣本處理方式。

3 單細(xì)胞測序揭示新型抗纖維化機(jī)制：TRPC6抑制劑有望為慢性腎病帶來突破性療法

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文章：Single-Cell RNA Sequencing Delineates Renal Anti-Fibrotic Mechanisms Mediated by TRPC6 Inhibition

鏈接：https://advanced.onlinelibrary./doi/10.1002/advs.202501175

慢性腎病（CKD）長期困擾著全球數(shù)以億計(jì)的患者，其主要特征是腎臟慢性炎癥和間質(zhì)纖維化，最終導(dǎo)致腎功能衰竭。盡管目前已有多種降壓和抗纖維化藥物，但如何有效阻斷疾病進(jìn)展，依然是醫(yī)學(xué)界亟待攻克的難題。近日，《Advanced Science》雜志發(fā)表研究，首次利用單細(xì)胞RNA測序技術(shù)，系統(tǒng)揭示了TRPC6通道抑制劑SH045在緩解腎纖維化中的多層次保護(hù)機(jī)制，為CKD治療帶來全新希望。

研究團(tuán)隊(duì)以小鼠單側(cè)輸尿管結(jié)扎（UUO）和慢性缺血再灌注（2m post-I/R）兩大腎纖維化模型為基礎(chǔ)，通過每日注射TRPC6選擇性抑制劑SH045，結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序，精確描繪了藥物干預(yù)后腎臟不同細(xì)胞類型的組成和分子變化。結(jié)果顯示，SH045不僅顯著減少了腎臟纖維化程度，還有效抑制了炎癥細(xì)胞（如樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞）在腎組織中的異常浸潤。更令人振奮的是，藥物干預(yù)后，腎臟內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞數(shù)量明顯增加，提示TRPC6抑制有助于恢復(fù)腎臟微環(huán)境的健康平衡。

在細(xì)胞亞型解析方面，研究通過高分辨率聚類和軌跡推斷，首次發(fā)現(xiàn)了一種全新的內(nèi)皮細(xì)胞亞群（被命名為ECRIN），這種細(xì)胞在SH045處理組中特異性增多，并主要分布于腎髓質(zhì)和皮質(zhì)區(qū)域。進(jìn)一步分析顯示，ECRIN細(xì)胞高度表達(dá)與免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)、抗纖維化相關(guān)的基因，參與調(diào)控VEGF和GAS等重要信號通路，為腎臟抗纖維化提供了分子基礎(chǔ)?？臻g轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和免疫熒光實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，這一新型內(nèi)皮細(xì)胞亞群不僅在小鼠模型中存在，在人類CKD患者腎組織中同樣可見，尤其在糖尿病腎病患者中富集，顯示出良好的臨床轉(zhuǎn)化前景。

與此同時(shí)，成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性也得到了前所未有的細(xì)致刻畫。研究發(fā)現(xiàn)，SH045處理后出現(xiàn)了一種獨(dú)特的F2成纖維細(xì)胞亞型，這類細(xì)胞高度表達(dá)細(xì)胞外基質(zhì)重塑、細(xì)胞黏附和Wnt信號通路相關(guān)基因，可能在抑制過度纖維化、促進(jìn)組織修復(fù)中發(fā)揮核心作用。軌跡分析提示，F(xiàn)2亞型可能由其他成纖維細(xì)胞演化而來，是藥物誘導(dǎo)下的“抗纖維化終點(diǎn)細(xì)胞”。

在分子機(jī)制層面，研究還揭示，TRPC6抑制劑通過下調(diào)JAK-STAT等炎癥信號通路，減少氧化應(yīng)激和免疫激活，增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的代謝活性。此外，Prnp轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)的激活也被認(rèn)為是促進(jìn)成纖維細(xì)胞向抗纖維化表型轉(zhuǎn)變的重要驅(qū)動(dòng)力。這些機(jī)制均通過蛋白水平的免疫熒光和免疫印跡實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。

更值得關(guān)注的是，研究團(tuán)隊(duì)還通過空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，將單細(xì)胞分型與腎臟結(jié)構(gòu)區(qū)域精準(zhǔn)對應(yīng)，發(fā)現(xiàn)SH045處理組在腎髓質(zhì)和皮質(zhì)區(qū)域均有新型內(nèi)皮細(xì)胞富集，且這些區(qū)域的炎癥和纖維化程度顯著降低。該發(fā)現(xiàn)為未來開發(fā)區(qū)域化、個(gè)體化的抗纖維化治療策略提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 單細(xì)胞揭秘早期胃癌新推手：IL-33+內(nèi)皮細(xì)胞或成精準(zhǔn)治療新靶點(diǎn)

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文章：Single-cell sequencing reveals the role of IL-33+ endothelial subsets in promoting early gastric cancer progression

鏈接：https://onlinelibrary./doi/10.1002/imt2.70050

早期胃癌（EGC）是阻斷胃癌從炎癥向惡性轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而其腫瘤微環(huán)境的具體變化和分子機(jī)制長期未明。近日，《iMeta》發(fā)表最新成果，首次通過大規(guī)模單細(xì)胞RNA測序，全面描繪了早期胃癌的細(xì)胞圖譜，并揭示了IL-33+內(nèi)皮細(xì)胞亞群在腫瘤進(jìn)展中的核心作用，為胃癌的早篩與個(gè)體化治療帶來了全新思路。

本項(xiàng)研究納入了31例不同階段的胃病患者，涵蓋非萎縮性胃炎（NAG）、慢性萎縮性胃炎伴腸化（CAG-IM）、早期胃癌（EGC）及晚期胃癌（AGC）等，單細(xì)胞測序總計(jì)184,426個(gè)高質(zhì)量細(xì)胞。分析結(jié)果顯示，隨著疾病的進(jìn)展，胃上皮細(xì)胞逐漸減少，而免疫細(xì)胞（T&NK細(xì)胞、B細(xì)胞、漿細(xì)胞）、成纖維細(xì)胞、髓系細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞顯著增多，反映出腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜重塑過程。更具突破性的是，研究團(tuán)隊(duì)在EGC階段發(fā)現(xiàn)了兩類特殊的內(nèi)皮細(xì)胞亞群——IL-33+ Venous-1和ADAMTSL2+ Artery-2。其中，IL-33+ Venous-1細(xì)胞大量富集，并高表達(dá)炎癥因子IL-33。機(jī)制研究進(jìn)一步揭示，IL-33能夠促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的存活和新生血管生成，這一過程依賴于其對粘附分子PECAM1和CD34的上調(diào)。新生血管不僅為腫瘤提供充足的氧氣和養(yǎng)分，也為癌細(xì)胞的擴(kuò)散和侵襲“鋪路搭橋”。

為了驗(yàn)證IL-33的促癌作用，研究者還建立了來源于患者的EGC和AGC類器官模型，并與內(nèi)皮細(xì)胞共同培養(yǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，IL-33顯著促進(jìn)了類器官的生長和增殖，且能上調(diào)EGC類器官中KRT17的表達(dá)。KRT17是一種與腫瘤惡性程度密切相關(guān)的分子，其高表達(dá)與腫瘤的侵襲深度和惡性程度呈正相關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，IL-33+內(nèi)皮細(xì)胞能加速腫瘤的生長和血管化過程。

在免疫微環(huán)境層面，EGC階段的T細(xì)胞亞群也發(fā)生了顯著變化。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）、CCR7+初始T細(xì)胞、CH25H+ CD4+ T細(xì)胞等亞群在EGC中明顯增多，提示免疫抑制和炎癥反應(yīng)共同參與腫瘤早期演化。此外，B細(xì)胞和單核細(xì)胞在EGC中顯著增加，但在晚期胃癌中減少，成纖維細(xì)胞則在晚期階段發(fā)生明顯分化和功能變化。

值得一提的是，IL-33不僅在EGC中高表達(dá)，在晚期胃癌中同樣保持活躍狀態(tài)，其表達(dá)水平與腫瘤的侵襲深度和惡性程度密切相關(guān)。結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組和免疫組化分析，研究者證實(shí)IL-33+內(nèi)皮細(xì)胞主要分布于腫瘤血管區(qū)域，是腫瘤“造血工廠”的重要組成部分。IL-33通過激活ST2受體和MAPK信號通路，進(jìn)一步促進(jìn)血管生成和腫瘤細(xì)胞生長。

5 單細(xì)胞技術(shù)幫助揭開HIV潛伏細(xì)胞庫之謎

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文章：Advancements in single-cell techniques for examining the HIV reservoir: pathways to a cure

鏈接：https://journals./doi/full/10.1128/mbio.00655-25

在全球抗擊艾滋病的道路上，HIV病毒的“潛伏細(xì)胞庫”一直是阻礙治愈的最大難題。即使在抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療（ART）下，病毒依然能夠藏匿于人體內(nèi)的休眠CD4+ T細(xì)胞及其他長期存活的細(xì)胞中，一旦停止治療，這些潛藏的病毒就會“死灰復(fù)燃”，導(dǎo)致疾病反彈。近日，mBio期刊上一篇綜述，系統(tǒng)梳理了單細(xì)胞測序與多組學(xué)技術(shù)在HIV潛伏庫研究中的最新突破，揭示了病毒潛伏的復(fù)雜機(jī)制，并為未來的治愈策略指明了方向。

文章首先指出，HIV潛伏庫的形成與維持極為復(fù)雜。病毒不僅可以整合到宿主染色體的特定區(qū)域，如低轉(zhuǎn)錄活性的著絲粒區(qū)域，借此逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視，還能通過抗原刺激和細(xì)胞因子（如IL-7、IL-15）驅(qū)動(dòng)的克隆擴(kuò)增和穩(wěn)態(tài)增殖，長期維持在機(jī)體內(nèi)。這些潛伏庫不僅存在于外周血，更廣泛分布于淋巴結(jié)、脾臟、骨髓、腸道相關(guān)淋巴組織、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肺部等多個(gè)組織和器官，但許多深層組織尚未被充分研究，這也是當(dāng)前治愈研究面臨的巨大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)研究手段難以捕捉到這些極為稀少且異質(zhì)性極高的潛伏細(xì)胞。單細(xì)胞技術(shù)的出現(xiàn)，為科學(xué)家們提供了“顯微鏡級”的精準(zhǔn)視角。通過單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）、單細(xì)胞染色質(zhì)可及性測序（scATAC-seq）以及多組學(xué)整合方法（如ECCITE-seq、DOGMA-seq），研究者能夠同時(shí)解析潛伏細(xì)胞的基因表達(dá)、表觀遺傳修飾、整合位點(diǎn)及蛋白質(zhì)表達(dá)等多維信息，極大豐富了對HIV潛伏庫的認(rèn)知。

研究發(fā)現(xiàn)，HIV病毒的整合位點(diǎn)對潛伏狀態(tài)有重要影響。病毒更傾向于整合到開放染色質(zhì)區(qū)域，從而促進(jìn)潛伏細(xì)胞的存活和克隆擴(kuò)增。隨著ART治療時(shí)間延長，幸存的完整病毒往往集中在異染色質(zhì)區(qū)域，這些區(qū)域的基因表達(dá)極低，使病毒難以被免疫系統(tǒng)識別和清除。通過單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)，科學(xué)家們不僅可以追蹤單個(gè)潛伏細(xì)胞的病毒基因組，還能分析其表觀遺傳狀態(tài)和表面蛋白標(biāo)志物，發(fā)現(xiàn)不同患者、不同組織間潛伏細(xì)胞的高度異質(zhì)性。

更令人振奮的是，單細(xì)胞技術(shù)還揭示了潛伏細(xì)胞的免疫逃逸機(jī)制。比如，某些細(xì)胞表面標(biāo)志物的變化，使其更難被免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。這些新發(fā)現(xiàn)為開發(fā)“喚醒與清除”策略提供了理論基礎(chǔ)，即通過藥物激活潛伏病毒，再利用免疫系統(tǒng)或其他手段將其徹底清除。文章還強(qiáng)調(diào)，多組學(xué)方法的興起，極大推動(dòng)了HIV潛伏庫研究的深度和廣度。通過整合轉(zhuǎn)錄組、表觀遺傳組、蛋白質(zhì)組等多層數(shù)據(jù)，科學(xué)家們能夠構(gòu)建出潛伏細(xì)胞的全景圖譜，識別出潛伏狀態(tài)維持的關(guān)鍵調(diào)控因子和信號通路。空間組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，更是讓研究者首次在組織層面“看見”了潛伏細(xì)胞的真實(shí)分布和微環(huán)境互動(dòng)。