2024年是高分辨率空间转录组进入商业化的元年,Stereo-seq凭借:

✓ 500nm全球最高分辨率

✓ 厘米级大视场(最大13×13cm)

✓ 无物种限制

✓ 支持转录组&蛋白组同片共检测

已成为高分文章的“硬通货”,推动空间转录组进入技术红利期!
近期,《Genes & Diseases》”RAPID COMMUNICATION”栏目(注:专注于优先快速发表具备高度原创性、突破性和时效性的重要研究成果)发表了一项眼科领域突破成果,其核心突破并非来自传统大规模样本堆砌,而是源于Stereo-seq空间转录组技术的革命性优势:
 技术红利实证:仅需4例样本(实际仅为2个Stereo-seq芯片)即完成了首个人眼房水循环系统空间单细胞图谱绘制,微量样本发高分文章成为可能。

 

▶ 高分辨率决定突破性发现:传统技术无法识别的TM区域功能异质性和青光眼致病基因空间定位,均被Stereo-seq纳米级分辨率精准解析。

 

01 原文概览/OVERVIEW

英文标题:Profiling the cell diversity and tissue structure of aqueous humor circulatory system in human eyes using spatial single-cell RNA sequencing

 

中文标题:使用空间单细胞 RNA 测序分析人眼房水循环系统的细胞多样性和组织结构

期刊:Genes & Diseases

影响因子IF:9.4 Q1

发表时间:2024.8

DOI:10.1016/j.gendis.2024.101304

 

02 技术路线/ APPROACH

-技术平台:采用纳米级分辨率空间转录组测序技术Stereo-seq,结合半自动化空间组学方法GEM3D-toolkit,实现亚细胞水平基因表达分析。

 

-样本处理:4例人眼样本的小梁网(TM)及周围组织制备为2个Stereo-seq芯片(10μm),同步进行Stereo-seq和H&E染色验证组织形态。

-数据分析:通过经典标记基因鉴定细胞类型,并采用Harmony算法整合TM亚群,重点解析了TM功能分区、青光眼相关基因表达及细胞外基质调控机制。

 

03 突破发现/RESULTS

1 人眼房水循环系统的空间细胞组成
利用纳米级空间转录组技术(Stereo-seq),通过 GEM3D-toolkit 实现单细胞分割,获得60,638个细胞(Chip1: 32,081;Chip2: 28,557),覆盖24,775基因

研究鉴定出15种细胞类型,包括平滑肌细胞、虹膜色素上皮、睫状肌、睫状体上皮、角膜上皮、小梁网(TM)细胞、成纤维细胞、雪旺细胞等。

2 重新定义小梁网(TM)的功能亚群
TM并非均质结构,而是分为2个功能与空间异质的亚群

前部TM区(Anterior TM area):位于TM前端,高表达纤维化相关和黑色素生成标记基因(如CFD、TYRP1),可能作为房水流出的过渡区,基因富集分析表明,该区域参与细胞-底物黏附、结缔组织形成、对转化生长因子-β和氧水平的敏感性以及细胞-细胞WNT信号等生物学功能。

-近小管连接区TM(Near-juxtacanalicular TM area):毗邻Schlemm管,特异性高表达房水流出功能基因(CHI3L1、ANGPTL7、MYOC),并富集黑色素合成、脂类代谢及细胞外基质重塑通路。免疫组化验证证实CFD在前部TM高表达,而MYOC在近小管区优势表达。

-空间互作新机制:近小管TM与雪旺细胞空间相邻,暗示神经调控可能参与房水引流。

3 青光眼相关基因的细胞特异性定位
通过筛选111个青光眼易感基因(含孟德尔基因与GWAS风险位点),发现关键致病基因呈现精确的空间表达模式:

-TM区靶点:MYOC(青少年青光眼)、CDH11、LOXL1(原发性开角型青光眼)在近小管TM区特异性高表达。

-非TM区靶点:先天性青光眼基因TBK1定位于睫状体上皮;正常眼压青光眼基因FOXC1在睫状肌优势表达,其次为近小管TM与平滑肌。

-跨区表达基因:如ANKH、PRDM5同时在TM与非TM细胞(如雪旺细胞、黑色素细胞)中表达,提示青光眼治疗的潜在多细胞靶向策略。

4 细胞外基质(ECM)的基因表达特征
针对ECM成分(胶原、纤连蛋白、层粘连蛋白等)的空间分析显示:

-胶原/纤连蛋白基因(如COL6A3、COL1A1、FN1)在近小管TM区高表达,而COL1A2同时表达于近小管TM和睫状体上皮。

-层粘连蛋白基因(LAMA2-5、LAMB1-4)和弹性纤维基因(FBN1、ELN)主要在上皮及睫状肌表达,仅LAMC3在前部TM区显著表达),凸显TM亚群在ECM调控中的分工差异,为开发亚群特异性抗ECM纤维化药物提供依据。

5 开放交互式数据库
提供全球首个人眼AHCs空间单细胞数据平台https://www.bgioccan.com/humaneye/AHCS/,支持基因表达空间定位、细胞互作等深度挖掘。

 

04 核心总结/SUMMARY

本研究通过空间单细胞技术揭示了:

TM功能二分性:前部TM调控纤维化与组织发育,近小管TM主导ECM重塑与房水流出,为青光眼精准治疗(如前部TM抗纤维化、近小管TM基质代谢调控)提供新靶点;

基因表达空间特异性:突破传统”TM中心论”,证明青光眼相关基因在睫状体、内皮等非TM区域的活跃作用,推动多细胞联合靶向策略的发展