空間轉(zhuǎn)錄組揭示TME空間異質(zhì)性演講人2026-01-13TME空間異質(zhì)性的定義與生物學(xué)意義技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)方向空間轉(zhuǎn)錄組指導(dǎo)下的TME研究范式轉(zhuǎn)變空間轉(zhuǎn)錄組揭示TME空間異質(zhì)性的核心發(fā)現(xiàn)空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的原理與演進(jìn)目錄空間轉(zhuǎn)錄組揭示TME空間異質(zhì)性引言腫瘤微環(huán)境（TumorMicroenvironment,TME）作為腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及治療響應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控場(chǎng)所，其復(fù)雜的細(xì)胞組成、分子交互及功能異質(zhì)性一直是腫瘤研究的核心難題。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)（如bulkRNA-seq）雖能描繪TME的整體分子特征，卻因丟失空間信息而難以解析不同區(qū)域的功能差異；單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（scRNA-seq）雖能分辨細(xì)胞亞型，卻無(wú)法定位細(xì)胞在組織空間中的位置，導(dǎo)致細(xì)胞間互作網(wǎng)絡(luò)的解讀如同“無(wú)源之水”。近年來(lái)，空間轉(zhuǎn)錄組（SpatialTranscriptomics,ST）技術(shù)的突破性進(jìn)展，通過(guò)在保留組織空間結(jié)構(gòu)的同時(shí)，捕獲基因表達(dá)的空間分布信息，為解析TME空間異質(zhì)性提供了前所未有的視角。作為一名長(zhǎng)期致力于TME微生態(tài)研究的科研工作者，我深刻體會(huì)到空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)如何重塑我們對(duì)腫瘤復(fù)雜性的認(rèn)知——它不僅是技術(shù)層面的革新，更是從“平面”到“立體”、從“平均”到“精準(zhǔn)”的研究范式轉(zhuǎn)變。本文將系統(tǒng)闡述TME空間異質(zhì)性的核心內(nèi)涵、空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的原理與演進(jìn)、該技術(shù)如何揭示TME的空間生物學(xué)特征，及其對(duì)腫瘤精準(zhǔn)診療的深遠(yuǎn)影響。01TME空間異質(zhì)性的定義與生物學(xué)意義ONE1TME的組成與空間特征TME是由腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞）、細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）及多種生物活性分子（如細(xì)胞因子、代謝物）構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)將TME視為均質(zhì)環(huán)境，但大量研究證實(shí)，其內(nèi)部存在顯著的空間分層與區(qū)域差異：例如，在腫瘤核心區(qū)（Core）、浸潤(rùn)前沿（InvasiveFront）、間質(zhì)區(qū)（StromalRegion）及血管周圍區(qū)（PerivascularRegion），細(xì)胞的密度、類型及分子表達(dá)模式均存在顯著不同。以胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）為例，其核心區(qū)常被高度纖維化的“癌巢”包裹，免疫細(xì)胞浸潤(rùn)稀少；而在浸潤(rùn)前沿，腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞緊密互作，形成促進(jìn)轉(zhuǎn)移的“微環(huán)境生態(tài)位”。這種空間結(jié)構(gòu)的非均一性，是TME功能異質(zhì)性的物質(zhì)基礎(chǔ)。2空間異質(zhì)性的定義與維度TME空間異質(zhì)性指在組織空間尺度上，不同區(qū)域的細(xì)胞組成、分子表達(dá)、代謝狀態(tài)及功能活性的差異。其核心維度可歸納為三點(diǎn)：01-細(xì)胞組成異質(zhì)性：不同空間區(qū)域存在獨(dú)特的細(xì)胞亞群分布。例如，在黑色素瘤中，CD8+T細(xì)胞常富集于腫瘤邊緣，而調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）則在腫瘤核心區(qū)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，形成“免疫抑制性空間屏障”。02-分子表達(dá)異質(zhì)性：同一基因或通路在不同空間區(qū)域的表達(dá)差異。如乳腺癌中，HER2基因在腫瘤細(xì)胞簇中呈“熱點(diǎn)式”表達(dá)，而非均勻分布，這可能導(dǎo)致局部治療抵抗。03-功能狀態(tài)異質(zhì)性：空間位置決定細(xì)胞功能。例如，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）在血管周圍區(qū)常表現(xiàn)為促血管生成的M2型，而在腫瘤浸潤(rùn)前沿則可能分化為促炎的M1型，形成“功能極化的空間梯度”。043空間異質(zhì)性的生物學(xué)意義TME空間異質(zhì)性是腫瘤進(jìn)展、治療抵抗及轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。-驅(qū)動(dòng)腫瘤進(jìn)展：在結(jié)直腸癌中，Wnt信號(hào)通路的激活常局限于腫瘤腺體基底部的干細(xì)胞樣細(xì)胞，這些“空間錨定”的干細(xì)胞通過(guò)持續(xù)增殖推動(dòng)腫瘤生長(zhǎng)；而遠(yuǎn)離基頂部的細(xì)胞則分化為功能細(xì)胞，形成“增殖-分化”的空間軸。-介導(dǎo)治療抵抗：膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）的“血管-神經(jīng)干細(xì)胞生態(tài)位”中，缺氧誘導(dǎo)因子（HIF-1α）的高表達(dá)導(dǎo)致化療藥物耐藥，且這一區(qū)域僅占腫瘤組織的10%-20%，傳統(tǒng)活檢難以捕捉。-促進(jìn)轉(zhuǎn)移：乳腺癌肺轉(zhuǎn)移前niche的形成依賴于肺組織中內(nèi)皮細(xì)胞與成纖維細(xì)胞的“空間對(duì)話”——通過(guò)分泌CCL2、CXCL12等趨化因子，招募循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）定植，形成轉(zhuǎn)移的“土壤”。3空間異質(zhì)性的生物學(xué)意義可以說(shuō)，理解TME空間異質(zhì)性，是破解腫瘤“局部逃逸”“系統(tǒng)播散”等核心問(wèn)題的關(guān)鍵。02空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的原理與演進(jìn)ONE1技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)：從“基因定位”到“空間圖譜”空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的核心目標(biāo)是在組織原位捕獲基因表達(dá)信息，其發(fā)展歷經(jīng)了從原位雜交到高通量測(cè)序的跨越。-原位雜交技術(shù)（ISH）的奠基：20世紀(jì)80年代，F(xiàn)ISH（熒光原位雜交）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了特定基因的細(xì)胞定位，但一次僅能檢測(cè)1-3個(gè)基因，通量極低。-陣列式空間轉(zhuǎn)錄組（Visium）的突破：2016年，10xGenomics公司推出基于捕獲探針陣列的Visium技術(shù)，將組織切片置于帶有oligo-dT探針的芯片上，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄捕獲mRNA并建庫(kù)測(cè)序，首次實(shí)現(xiàn)了全轉(zhuǎn)錄組水平的空間定位（分辨率約55μm）。1技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)：從“基因定位”到“空間圖譜”-高分辨率技術(shù)的革新：2020年后，MERFISH（多重編碼熒光原位雜交）、Seq-Scope（測(cè)序級(jí)原位擴(kuò)增）、10xGenomicsXenium等技術(shù)將分辨率提升至單細(xì)胞水平（1-5μm），可同時(shí)檢測(cè)數(shù)千個(gè)基因的空間表達(dá)，真正實(shí)現(xiàn)了“單細(xì)胞-空間”雙維度解析。2主流技術(shù)平臺(tái)比較與適用場(chǎng)景當(dāng)前空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)可分為“陣列式”和“成像式”兩大類，其技術(shù)特點(diǎn)與適用場(chǎng)景存在顯著差異：-陣列式技術(shù)（如Visium、Slide-seq）：通過(guò)微孔陣列或珠子捕獲mRNA，成本較低，適合大組織樣本的空間轉(zhuǎn)錄組普查，但分辨率受限于孔徑（Visium為55μm），難以區(qū)分單個(gè)細(xì)胞。-成像式技術(shù)（如MERFISH、Seq-Scope、Xenium）：基于熒光編碼或原位擴(kuò)增，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞分辨率，可精確描繪細(xì)胞的空間位置，但成本較高、通量較低，適用于小樣本（如活檢組織）或高精度區(qū)域（如腫瘤浸潤(rùn)前沿）。2主流技術(shù)平臺(tái)比較與適用場(chǎng)景以我們團(tuán)隊(duì)的研究經(jīng)驗(yàn)為例：在分析肺癌手術(shù)標(biāo)本時(shí)，Visium技術(shù)可先勾勒出腫瘤核心、間質(zhì)、肺泡等大區(qū)域的空間轉(zhuǎn)錄組輪廓；再針對(duì)感興趣的區(qū)域（如腫瘤-間質(zhì)交界處），采用MERFISH技術(shù)驗(yàn)證CD8+T細(xì)胞與PD-L1+腫瘤細(xì)胞的互作模式，實(shí)現(xiàn)“宏觀-微觀”的空間多尺度解析。3技術(shù)優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)方法的互補(bǔ)空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)并非替代傳統(tǒng)技術(shù)，而是通過(guò)“空間維度”的補(bǔ)充，構(gòu)建更完整的TME研究體系：-彌補(bǔ)bulkRNA-seq的“平均化”缺陷：bulkRNA-seq獲取的是組織整體基因表達(dá)的平均值，無(wú)法區(qū)分“免疫富集區(qū)”與“腫瘤細(xì)胞主導(dǎo)區(qū)”的差異。例如，我們?cè)ㄟ^(guò)bulkRNA-seq發(fā)現(xiàn)某黑色素瘤樣本中IFN-γ信號(hào)通路顯著激活，但空間轉(zhuǎn)錄組進(jìn)一步揭示該激活僅局限于腫瘤邊緣的CD8+T細(xì)胞簇，而腫瘤核心區(qū)IFN-γ通路相關(guān)基因幾乎不表達(dá)，解釋了為何患者對(duì)免疫治療響應(yīng)有限。3技術(shù)優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)方法的互補(bǔ)-彌補(bǔ)scRNA-seq的“空間丟失”缺陷：scRNA-seq可將組織解離為單細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序，但完全破壞了空間結(jié)構(gòu)。通過(guò)將空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與scRNA-seq數(shù)據(jù)整合（如SPOTlight、Cell2Location算法），可反推不同細(xì)胞亞群的空間定位，構(gòu)建“細(xì)胞類型-空間位置”的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。03空間轉(zhuǎn)錄組揭示TME空間異質(zhì)性的核心發(fā)現(xiàn)ONE1免疫微環(huán)境的空間重塑：從“細(xì)胞分布”到“功能互作”免疫微環(huán)境是TME中最動(dòng)態(tài)、最異質(zhì)的部分，空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)徹底改變了我們對(duì)腫瘤免疫的認(rèn)知。-免疫細(xì)胞亞群的空間分層：在結(jié)直腸癌中，我們通過(guò)空間轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)，CD8+T細(xì)胞并非隨機(jī)分布，而是形成“三級(jí)結(jié)構(gòu)”：一級(jí)結(jié)構(gòu)位于腫瘤腺體基底部的增殖區(qū)，二級(jí)結(jié)構(gòu)分布于腺體間質(zhì)區(qū)的浸潤(rùn)前沿，三級(jí)結(jié)構(gòu)則位于腫瘤核心區(qū)的“免疫排斥區(qū)”。這種分層與患者預(yù)后顯著相關(guān)——二級(jí)結(jié)構(gòu)（浸潤(rùn)前沿）的CD8+T細(xì)胞密度越高，5年生存率越高。-免疫檢查分子的空間共定位：免疫治療的療效取決于免疫檢查分子與效應(yīng)細(xì)胞的“空間相遇”。例如，在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）中，PD-1+T細(xì)胞常與PD-L1+巨噬細(xì)胞在腫瘤浸潤(rùn)前沿形成“免疫synapse”，而腫瘤核心區(qū)的PD-L1主要表達(dá)于腫瘤細(xì)胞，這種差異可能影響PD-1抑制劑的療效——前者對(duì)PD-1抑制劑敏感，后者則可能需要聯(lián)合CTLA-4抑制劑。1免疫微環(huán)境的空間重塑：從“細(xì)胞分布”到“功能互作”-免疫抑制性細(xì)胞的空間富集：Treg細(xì)胞和髓系來(lái)源抑制細(xì)胞（MDSCs）常在特定區(qū)域形成“免疫抑制灶”。胰腺癌研究中，空間轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)Treg細(xì)胞富集于腫瘤與正常組織的交界處，通過(guò)分泌IL-10和TGF-β抑制CD8+T細(xì)胞的浸潤(rùn)，形成“免疫隔離帶”；而MDSCs則主要定位于血管周圍，通過(guò)剝奪精氨酸等代謝物抑制T細(xì)胞功能。2基質(zhì)細(xì)胞的空間異質(zhì)性：從“單一群體”到“亞型分區(qū)”基質(zhì)細(xì)胞是TME的“骨架”與“信號(hào)樞紐”，其空間異質(zhì)性直接影響腫瘤的生物學(xué)行為。-成纖維細(xì)胞的亞型與功能分區(qū)：傳統(tǒng)觀點(diǎn)將腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）視為均質(zhì)群體，但空間轉(zhuǎn)錄組揭示其存在顯著空間亞型。在乳腺癌中，CAFs可分為“肌成纖維細(xì)胞樣CAFs”（myCAFs，高表達(dá)α-SMA，富集于腫瘤核心區(qū)，促進(jìn)ECM沉積）和“炎性CAFs”（iCAFs，高表達(dá)IL-6、CXCL12，富集于浸潤(rùn)前沿，招募免疫抑制細(xì)胞）。這種分區(qū)導(dǎo)致腫瘤核心區(qū)形成“物理屏障”，而浸潤(rùn)前沿形成“免疫抑制屏障”，共同促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。2基質(zhì)細(xì)胞的空間異質(zhì)性：從“單一群體”到“亞型分區(qū)”-血管生成的空間模式：腫瘤血管并非均質(zhì)分布，而是形成“abnormalvasculararchitecture”——在膠質(zhì)瘤中，空間轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）存在“增殖性ECs”（高表達(dá)VEGF、Ki67，分布于腫瘤核心區(qū)）和“成熟性ECs”（高表達(dá)CDH5、PECAM1，分布于腫瘤邊緣），前者促進(jìn)血管新生，后者維持血管完整性，這種差異影響化療藥物的遞送效率。-細(xì)胞外基質(zhì)的空間重塑：ECM的空間分布決定腫瘤的機(jī)械微環(huán)境。在肝癌中，空間轉(zhuǎn)錄組顯示膠原蛋白（COL1A1、COL3A1）在腫瘤間質(zhì)區(qū)形成“纖維條索”，將腫瘤細(xì)胞包裹在“纖維籠”中，阻礙免疫細(xì)胞浸潤(rùn)；而在腫瘤邊緣，透明質(zhì)酸（HA）的高表達(dá)則形成“疏松基質(zhì)”，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲。2基質(zhì)細(xì)胞的空間異質(zhì)性：從“單一群體”到“亞型分區(qū)”3.3腫瘤細(xì)胞內(nèi)在的空間轉(zhuǎn)錄程序：從“克隆異質(zhì)性”到“空間命運(yùn)”腫瘤細(xì)胞的空間異質(zhì)性不僅源于克隆差異，更受局部微環(huán)境的“空間指令”調(diào)控。-克隆的空間分布與轉(zhuǎn)錄差異：在結(jié)直腸癌中，我們通過(guò)空間轉(zhuǎn)錄組結(jié)合單細(xì)胞測(cè)序發(fā)現(xiàn)，同一腫瘤內(nèi)的不同克隆具有獨(dú)特的空間定位：KRAS突變克隆富集于腫瘤核心區(qū)，高表達(dá)糖酵解相關(guān)基因（如HK2、LDHA），適應(yīng)缺氧微環(huán)境；而APC突變克隆則分布于腫瘤邊緣，高表達(dá)Wnt通路靶基因，維持增殖能力。這種“空間克隆分工”促進(jìn)腫瘤的整體適應(yīng)性。-轉(zhuǎn)移前niche的空間構(gòu)建：轉(zhuǎn)移前niche的形成是腫瘤細(xì)胞“預(yù)適應(yīng)”微環(huán)境的過(guò)程。在乳腺癌骨轉(zhuǎn)移研究中，空間轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)骨組織中成骨細(xì)胞通過(guò)分泌RANKL，招募破骨細(xì)胞形成“溶骨性病灶”，同時(shí)病灶內(nèi)的基質(zhì)細(xì)胞高表達(dá)SDF-1α，吸引CTCs定植；這一“成骨-溶骨-招募”的空間級(jí)聯(lián)反應(yīng)，是轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。2基質(zhì)細(xì)胞的空間異質(zhì)性：從“單一群體”到“亞型分區(qū)”-腫瘤干細(xì)胞的空間錨定：腫瘤干細(xì)胞（CSCs）常在特定空間區(qū)域“躲避免疫清除”。在膠質(zhì)瘤中，空間轉(zhuǎn)錄組顯示CSCs富集于血管神經(jīng)干細(xì)胞生態(tài)位（V-Niche），高表達(dá)Notch通路基因和ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，不僅維持自我更新，還通過(guò)外排化療藥物產(chǎn)生耐藥；而遠(yuǎn)離V-Niche的腫瘤細(xì)胞則分化為增殖型細(xì)胞，形成“干細(xì)胞-分化細(xì)胞”的空間軸。4代謝微環(huán)境的空間梯度：從“整體代謝”到“區(qū)域代謝”代謝重編程是TME的核心特征，空間轉(zhuǎn)錄組揭示了代謝異質(zhì)性的空間規(guī)律。-缺氧區(qū)域的空間定位與代謝重編程：缺氧是TME最普遍的代謝特征，但并非均勻分布。在頭頸癌中，空間轉(zhuǎn)錄組通過(guò)缺氧標(biāo)志基因（如CA9、VEGFA）的空間表達(dá)，繪制出“缺氧梯度”：腫瘤核心區(qū)為“嚴(yán)重缺氧區(qū)”（pO2<1%），細(xì)胞主要通過(guò)糖酵解和谷氨酰胺代謝獲取能量；而腫瘤邊緣為“輕度缺氧區(qū)”（pO21%-5%），細(xì)胞仍依賴氧化磷酸化。這種代謝梯度導(dǎo)致核心區(qū)細(xì)胞對(duì)靶向糖酵解的藥物（如2-DG）更敏感。-營(yíng)養(yǎng)因子空間分布與細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)：葡萄糖、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)因子的空間分布決定細(xì)胞間的“營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)”。在卵巢癌中，空間轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞高表達(dá)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT1，在血管周圍區(qū)“搶占”葡萄糖；而浸潤(rùn)的T細(xì)胞因GLUT1表達(dá)低，被迫依賴脂肪酸氧化，導(dǎo)致功能耗竭。這種“營(yíng)養(yǎng)剝奪”的空間模式，是腫瘤免疫逃逸的重要機(jī)制。4代謝微環(huán)境的空間梯度：從“整體代謝”到“區(qū)域代謝”-代謝廢物空間積累與免疫抑制：乳酸、腺苷等代謝廢物的空間積累形成“免疫抑制微環(huán)境”。在黑色素瘤中，乳酸脫氫酶A（LDHA）高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞在核心區(qū)大量分泌乳酸，不僅酸化局部微環(huán)境（pH<6.5），還通過(guò)MCT1轉(zhuǎn)運(yùn)至T細(xì)胞，抑制其增殖和IFN-γ分泌；而腺苷則通過(guò)CD73-CD39通路在腫瘤間質(zhì)區(qū)富集，激活T細(xì)胞的腺苷A2A受體，誘導(dǎo)免疫耐受。04空間轉(zhuǎn)錄組指導(dǎo)下的TME研究范式轉(zhuǎn)變ONE1從“bulk到空間”：解析細(xì)胞間通訊的新視角細(xì)胞間通訊（Cell-CellCommunication）是TME功能的核心，空間轉(zhuǎn)錄組通過(guò)定位信號(hào)分子與受體，揭示了通訊的“空間特異性”。-配體-受體互作的空間網(wǎng)絡(luò)：傳統(tǒng)細(xì)胞間通訊分析（如CellChat）依賴scRNA-seq數(shù)據(jù)，無(wú)法區(qū)分“互作是否真實(shí)發(fā)生”?？臻g轉(zhuǎn)錄組則可通過(guò)配體（如TGFB1）與受體（如TGFBR1）的空間共定位，判斷互作的物理可行性。例如，在胰腺癌中，我們發(fā)現(xiàn)iCAFs分泌的CXCL12僅與腫瘤邊緣的CCR2+腫瘤細(xì)胞形成“空間互作”，而myCAFs分泌的PDGFRA則與腫瘤核心區(qū)的PDGFRβ+血管周細(xì)胞互作，形成“遠(yuǎn)距離空間信號(hào)軸”。1從“bulk到空間”：解析細(xì)胞間通訊的新視角-免疫突觸的空間可視化：免疫突觸是T細(xì)胞與抗原呈遞細(xì)胞（APC）互作的“納米級(jí)結(jié)構(gòu)”，空間轉(zhuǎn)錄組雖無(wú)法達(dá)到納米級(jí)分辨率，但可通過(guò)“基因共表達(dá)熱點(diǎn)”推斷突觸形成區(qū)域。例如，在黑色素瘤中，CD8+T細(xì)胞的TCR基因（如TRAC）與APC的MHC-I基因（如B2M）在腫瘤浸潤(rùn)前沿形成“共表達(dá)熱點(diǎn)”，提示此處存在活躍的免疫突觸，是免疫治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)。2從“靜態(tài)到動(dòng)態(tài)”：揭示TME的時(shí)間異質(zhì)性TME的空間異質(zhì)性并非靜態(tài)，而是隨腫瘤進(jìn)展、治療干預(yù)動(dòng)態(tài)變化的?？臻g轉(zhuǎn)錄組結(jié)合時(shí)間序列分析，可捕捉這種“時(shí)空動(dòng)態(tài)”。-腫瘤進(jìn)展中的空間演變：在皮膚癌模型中，我們通過(guò)連續(xù)采集不同時(shí)間點(diǎn)的組織樣本進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)TME經(jīng)歷“免疫浸潤(rùn)期（早期）→免疫抑制期（中期）→免疫耗竭期（晚期）”的空間演變：早期腫瘤邊緣CD8+T細(xì)胞浸潤(rùn)為主；中期腫瘤核心區(qū)Treg細(xì)胞富集，形成“免疫抑制區(qū)”；晚期則出現(xiàn)“免疫沙漠化”，免疫細(xì)胞幾乎完全消失。這種演變規(guī)律為不同階段的免疫治療策略提供了依據(jù)。-治療響應(yīng)中的空間重塑：免疫治療可顯著改變TME的空間結(jié)構(gòu)。在NSCLC患者接受PD-1抑制劑治療前后的活檢樣本中，空間轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)：治療響應(yīng)者中，腫瘤邊緣的“免疫排斥區(qū)”被CD8+T細(xì)胞突破，形成“T細(xì)胞浸潤(rùn)區(qū)”；而非響應(yīng)者則出現(xiàn)TAMs的空間重分布，從腫瘤核心區(qū)遷移至浸潤(rùn)前沿，通過(guò)分泌IL-10抑制T細(xì)胞功能。這種“治療誘導(dǎo)的空間重塑”是療效預(yù)測(cè)的重要標(biāo)志物。3從“描述到機(jī)制”：驅(qū)動(dòng)空間異質(zhì)性的關(guān)鍵分子與通路空間轉(zhuǎn)錄組不僅描述了TME空間異質(zhì)性的現(xiàn)象，更通過(guò)差異基因富集、空間軌跡分析等，揭示了其背后的分子機(jī)制。-空間異質(zhì)性的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)基因：在胃癌中，我們通過(guò)空間差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子SOX9在腫瘤核心區(qū)高表達(dá)，其下游靶基因（如MMP7、VIM）促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和ECM降解；而在浸潤(rùn)前沿，轉(zhuǎn)錄因子TWIST1高表達(dá)，通過(guò)上調(diào)EMT相關(guān)基因（如SNAI1、CDH2）驅(qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。通過(guò)空間特異性敲除SOX9或TWIST1，我們證實(shí)了它們是驅(qū)動(dòng)空間異質(zhì)性的“關(guān)鍵開關(guān)”。-空間特異性的信號(hào)通路：空間轉(zhuǎn)錄組可識(shí)別不同區(qū)域的激活通路。例如，在肝癌中，Wnt通路在腫瘤腺體基底部的干細(xì)胞樣細(xì)胞中激活，而Hippo通路則在腫瘤核心區(qū)的增殖細(xì)胞中激活；通過(guò)空間特異性通路抑制劑（如Wnt抑制劑ICG-001），可選擇性清除干細(xì)胞樣細(xì)胞，抑制腫瘤生長(zhǎng)。這種“空間靶向”策略，相比傳統(tǒng)“廣譜”治療，更具精準(zhǔn)性和安全性。05技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)方向ONE1當(dāng)前技術(shù)的局限性盡管空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨多重挑戰(zhàn)：-分辨率與通量的平衡：高分辨率技術(shù)（如MERFISH）雖能實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞定位，但通量較低，難以分析大組織樣本；而高通量技術(shù)（如Visium）的分辨率又不足以區(qū)分單個(gè)細(xì)胞，導(dǎo)致“細(xì)胞類型注釋”的偏差。-靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍的限制：空間轉(zhuǎn)錄組的捕獲效率較低（約1%-5%mRNA），低豐度基因（如轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞因子）的檢測(cè)易丟失；同時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍較窄，難以同時(shí)表達(dá)高豐度管家基因（如GAPDH）和低豐度功能基因。-數(shù)據(jù)整合與標(biāo)準(zhǔn)化難題：不同平臺(tái)的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)（如Visium、MERFISH）存在技術(shù)批次差異，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化流程；空間數(shù)據(jù)與單細(xì)胞數(shù)據(jù)、影像組學(xué)數(shù)據(jù)的整合算法（如空間自相關(guān)分析、空間軌跡推斷）仍需優(yōu)化。2多組學(xué)整合的空間分析未來(lái)TME空間異質(zhì)性的研究，需突破“單一轉(zhuǎn)錄組”的局限，向多組學(xué)空間整合發(fā)展：-空間轉(zhuǎn)錄組+蛋白組學(xué)：蛋白是功能的直接執(zhí)行者，空間蛋白組（如CODEX、IMC）可檢測(cè)數(shù)百種蛋白的空間表達(dá)，與空間轉(zhuǎn)錄組結(jié)合，可揭示“基因表達(dá)-蛋白定位-功能活性”的時(shí)空關(guān)聯(lián)。例如，通過(guò)整合空間轉(zhuǎn)錄組與CODEX數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)PD-L1的mRNA表達(dá)與蛋白定位存在空間錯(cuò)配——某些區(qū)域mRNA高但蛋白低，提示轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的空間特異性。-空間轉(zhuǎn)錄組+代謝組學(xué)：代謝組可直接反映細(xì)胞代謝狀態(tài)，空間代謝組（如DESI-MS、MALDI-IMS）可檢測(cè)代謝物的空間分布，與空間轉(zhuǎn)錄組結(jié)合，可構(gòu)建“代謝-轉(zhuǎn)錄”的空間調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。例如，在肝癌中，我們通過(guò)整合空間轉(zhuǎn)錄組與DESI-MS數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)乳酸的空間積累與LDHA的mRNA表達(dá)呈正相關(guān)，且乳酸濃度與T細(xì)胞浸潤(rùn)密度呈負(fù)相關(guān)，為“乳酸靶向治療”提供了空間依據(jù)。2多組學(xué)整合的空間分析-空間轉(zhuǎn)錄組+影像組學(xué)：醫(yī)學(xué)影像（如MRI、CT）可提供組織的宏觀形態(tài)信息，空間轉(zhuǎn)錄組可提供分子層面的微觀信息，二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)“形態(tài)-分子”的精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)。例如，在膠質(zhì)瘤中，通過(guò)將空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與MRI-T2影像配準(zhǔn)，我們發(fā)現(xiàn)“環(huán)形強(qiáng)化”區(qū)域?qū)?yīng)腫瘤核心的免疫抑制區(qū)，而“非強(qiáng)化區(qū)”則對(duì)應(yīng)浸潤(rùn)前沿的免疫激活區(qū)，為影像引導(dǎo)的活檢和治