Adv?Sci?|?肖璇/周宇/陳婷團(tuán)隊(duì)開發(fā)ASCAL空間轉(zhuǎn)錄組流程，繪制小鼠全眼單細(xì)胞空間圖譜并揭示RAO病理動(dòng)態(tài)

近日，武漢大學(xué)人民醫(yī)院肖璇主任醫(yī)師團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/泰康生命醫(yī)學(xué)中心周宇教授團(tuán)隊(duì)，在Advanced Science上發(fā)表了題為Single-Cell Annotation and Localization via Integrating Spatial Transcriptomics Maps the Mouse Ocular Atlas and RAO Dynamics的研究論文。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的全新空間轉(zhuǎn)錄組整合分析流程ASCAL（自動(dòng)化單細(xì)胞注釋與定位），構(gòu)建了覆蓋小鼠全眼所有亞結(jié)構(gòu)的高分辨率單細(xì)胞空間圖譜，并在單細(xì)胞空間精度下系統(tǒng)解析了視網(wǎng)膜動(dòng)脈阻塞（RAO）的病理動(dòng)態(tài)變化，為缺血性眼病的靶向治療提供了全新的分子視角。

視網(wǎng)膜動(dòng)脈阻塞（RAO）是眼科兇險(xiǎn)的臨床急癥之一，患者常突發(fā)無痛性視力喪失，有效治療時(shí)間窗極窄，干預(yù)手段有限。目前學(xué)界對(duì)RAO發(fā)生后視網(wǎng)膜不同細(xì)胞的空間特異性響應(yīng)機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)解析，是制約靶向治療研發(fā)的核心瓶頸。與此同時(shí)，傳統(tǒng)單細(xì)胞測(cè)序丟失空間信息，而高分辨率空間轉(zhuǎn)錄組細(xì)胞分割誤差大、成本高昂，也限制了空間眼科領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

為突破上述局限，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了ASCAL計(jì)算流程，采用“表達(dá)注釋+空間定位”雙參考技術(shù)路徑：以SeekSpace的單核分辨率表達(dá)譜構(gòu)建高置信度細(xì)胞注釋參考，以Stereo-seq的全組織均勻覆蓋表達(dá)譜提供高精度空間位置參考，僅需少量組織切片，即可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模單細(xì)胞數(shù)據(jù)集的自動(dòng)化細(xì)胞類型注釋與空間坐標(biāo)映射（圖1）。利用ASCAL，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了目前已發(fā)表成果中覆蓋度最全面的小鼠全眼單細(xì)胞分辨率空間圖譜，涵蓋視網(wǎng)膜、角膜、鞏膜、睫狀體等眼球亞結(jié)構(gòu)。流程內(nèi)置的eClassifier模塊，以空間注釋的表達(dá)譜為參考實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞數(shù)據(jù)的自動(dòng)化細(xì)胞類型鑒定，可穩(wěn)健識(shí)別傳統(tǒng)無監(jiān)督聚類易遺漏的稀有細(xì)胞類群。

圖1. ASCAL 流程示意圖

依托ASCAL流程的空間解析能力，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)刻畫了RAO發(fā)生后視網(wǎng)膜的病理動(dòng)態(tài)變化，明確了缺血損傷下的分層響應(yīng)特征。研究發(fā)現(xiàn)，RAO誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥并非全視網(wǎng)膜彌漫性發(fā)生，而是呈現(xiàn)出高度空間特異性：小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生特異性激活并定向富集于視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層（GCL），Müller膠質(zhì)細(xì)胞的活化反應(yīng)也以該區(qū)域最為顯著，清晰界定了炎癥反應(yīng)的核心空間位點(diǎn)。與此同時(shí)，研究還在感光層中鑒定出一類功能活躍的視桿細(xì)胞亞群，該亞群高表達(dá)Rbp3，特異性分布于視桿細(xì)胞外層；盡管RAO后總視桿細(xì)胞數(shù)量未出現(xiàn)顯著波動(dòng)，但這一活躍的亞群卻發(fā)生了明顯的選擇性耗竭，補(bǔ)充了RAO病理?yè)p傷的全新層級(jí)，打破了RAO僅損傷內(nèi)層視網(wǎng)膜的傳統(tǒng)認(rèn)知。上述核心發(fā)現(xiàn)通過免疫熒光染色與RNAscope原位雜交技術(shù)在組織水平得到獨(dú)立驗(yàn)證。

該研究開發(fā)的ASCAL流程為空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)分析提供了高效、低成本的通用解決方案，尤其適用于解剖結(jié)構(gòu)明確，但細(xì)胞標(biāo)記基因不明確、細(xì)胞形態(tài)重疊、組織高度異質(zhì)的研究場(chǎng)景。目前ASCAL分析流程代碼已在GitHub開源，配套的小鼠全眼單細(xì)胞空間圖譜原始數(shù)據(jù)已同步公開，可供全球科研人員免費(fèi)獲取使用。該研究構(gòu)建的小鼠全眼單細(xì)胞空間圖譜，以及對(duì)RAO病理時(shí)空動(dòng)態(tài)的解析，不僅為眼科疾病的機(jī)制研究提供了高分辨率的參考資源，也為缺血性視網(wǎng)膜病變的治療靶點(diǎn)開發(fā)與干預(yù)策略探索奠定了重要的分子基礎(chǔ)。

武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生杜辰、武漢大學(xué)人民醫(yī)院博士后李胤銘、武漢大學(xué)人民醫(yī)院研究生李紫玥為論文共同第一作者。武漢大學(xué)人民醫(yī)院肖璇主任醫(yī)師、武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/泰康生命醫(yī)學(xué)中心周宇教授、武漢大學(xué)人民醫(yī)院陳婷副主任醫(yī)師為論文共同通訊作者。

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.75857

制版人：十一

BioArt

Med

Plants

人才招聘

學(xué)術(shù)合作組織

（*排名不分先后）

轉(zhuǎn)載須知

【非原創(chuàng)文章】本文著作權(quán)歸文章作者所有，歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)作者的允許禁止轉(zhuǎn)載，作者擁有所有法定權(quán)利，違者必究。