空間轉錄組技術用于免疫治療的研究與展望
近年來，免疫療法，這種通過激活患者的免疫系統來殺死癌細胞的策略，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，細胞因子（例如白介素2），繼細胞轉移（ACT）和免疫檢查點抑制。基于他們的特點，特別針對程序性細胞死亡-1 /程序性細胞死亡配體1（PD-1 / PD-L1）途徑的免疫檢查點抑制劑已被批準為用于黑色素瘤，淋巴瘤和其他惡性腫瘤。
但是，現有研究顯示，只有少數患者對治療有積極反應，一些患者最終因治療而產生抗藥性或遭受不良反應和自身免疫毒性。而出現這種不良反應的原因部分歸因于腫瘤微環境（TME）的動態組成。在這里，腫瘤細胞，浸潤的免疫細胞和間質之間的復雜相互作用以及免疫細胞群的位置和密度會影響疾病的進展和對治療的反應。因此，理解腫瘤的空間信息至關重要，因為可視化腫瘤與介導免疫監視的各種細胞之間的相互作用將增進我們對致病機制和潛在藥物的了解。空間背景，包括細胞間距離和特征異質性，也可以與臨床結果相關聯，以鑒定對免疫療法反應的預測性生物標志物。同時，分析當前的免疫治療策略如何改變TME結構和免疫環境也可以幫助指導未來的治療方法。
空間轉錄組檢測技術特點
空間轉錄組檢測技術逐漸受到廣大研究學者的青睞，其不僅可以提供研究對象的轉錄組數據信息，同時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性的來源，并揭示致病機制、潛在的藥物靶標和新型生物標志物。因此，運用該技術可以分析免疫治療如何改變TME結構和免疫環境，TME中腫瘤細胞，脂肪組織，血管，三級淋巴結構和基質之間的動態相互作用。
現有的空間轉錄組檢測技術主要有基于原位（in situ）高分辨率的SeqFISH，MERFISH，ISS技術和基于空間Barcode標記的高通量ST（Spatial transcriptomics）技術。其中，Visium空間轉錄組技術是ST技術的升級版，通過使用空間條形碼的脫氧核苷酸微陣列，能夠對完整組織切片中的轉錄組進行定量可視化和分析。
圖1 Visium空間基因表達解決方案
Visium空間基因表達解決方案與第一代ST技術相比，具有更強的功能，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數據映射到 H&E 圖像上，用 RNA 表達和形態學特征來表征組織，從而獲得組織切片完整的生物學圖譜。此外，還可將空間轉錄組與單細胞轉錄組整合分析，在識別不同細胞群的同時保留空間背景，提供組織微環境中細胞功能、表型和位置關系的關鍵信息。
圖2 Visium空間基因表達解決方案流程
空間轉錄組學技術在最近幾年的癌癥免疫療法中發展迅速。常規的，如FISH和RNAscope是診斷和預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，通過實現具有前所未有的分辨率和靈敏度的轉錄組分析技術，克服了通量上的局限性。該技術的普及將為癌癥免疫學領域帶來了全新的進展，因為它使人們能夠發現新的生物標志物，可用于預測對免疫療法的反應，發現獨特TME的異質性以用于個性化治療方法。將空間檢測技術與降維技術（例如UMAP）結合使用，可以可視化腫瘤微環境的免疫情況，這將提供有關腫瘤邊界和基質周圍免疫細胞的關鍵信息，并可與臨床結果相關以確定預測性生物標志物。這方面，例如，由于腫瘤內組織的低氧也可能導致腫瘤微環境的異質性，因此低氧梯度的可視化對于確定治療抵抗力和預后至關重要。因此，將缺氧梯度可視化結合可以幫助提供異質性腫瘤微環境的更全面的理解。
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最近發布了一種新的產品，允許IF染色而不是常規的H＆E染色。通過以這種方式將全轉錄組分析與蛋白質檢測相結合，研究人員可以通過同時顯示共定位的蛋白質和基因表達來在組織內空間定位細胞種群及其基因表達譜。通過不斷的改進，Visium技術具有巨大的潛力，可以為免疫療法的改進和升級提供強有力的數據基礎。
參考文獻：Nerurkar, S.N.; Goh, D.; Cheung, C.C.L.; Nga, P.Q.Y.; Lim, J.C.T.; Yeong, J.P.S. Transcriptional Spatial Profiling of Cancer Tissues in the Era of Immunotherapy: The Potential and Promise. Cancers 2020, 12, 2572.
