添加空间的维度来解析肿瘤微环境

作者，Evil Genius

又被隔离，黄码横行，疫情什么时候是个尽头。不妨趁此机会，多了解一些空间维度的肿瘤微环境。

在豆瓣电影评分的Top15榜单上，只有两个电影是2010年之后上映的，且这两个都是来自于克里斯托弗·诺兰（Christopher Nolan），一个是《盗梦空间》，另一个是《星际穿越》。论烧脑程度的话，盗梦空间略胜一筹；而论视觉冲击的话，个人认为星际穿越则更强，尤其是男主角库珀在进入黑洞后于四维空间中和自己的女儿通过书架进行信息沟通，尽管我们知道这种四维空间是“假”的，但却是第一次在电影中看到这种更接近于我们通常所理解的四维的呈现。点动成线，线动呈面，面动成体，体加时间成为四维，每增加一个维度都会使我们了解更多的信息，就像库珀可以通过书架把信息告诉儿时以及长大的女儿一样。

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同样，单细胞组学的出现使我们了解了二维线（Bulk sequencing）上的点是不一样的，即细胞之间的异质性，使我们对组织内细胞的身份信息和状态的认知有了很大提升，也成功绘制了小鼠和人类部分组织或发育时期的细胞图谱。但我们的组织或器官是三维立体的，而单细胞组学却缺乏空间信息，尤其是各种微环境对细胞的命运、功能起到决定性影响时，单细胞组学并不能给我们带来这些相关信息。于是，各种空间组学技术应运而生，该技术弥补了单细胞测序所丢失的空间信息，带来的惊喜就像是库珀从四维空间给三维空间中的女儿留下信息一样，可以使我们从三维的高度去理解组织中每一个细胞的功能和命运。2021年Nature Methods更是将空间（转录）组学评为Methods of the year，可以说空间组学技术有望与单细胞测序媲美并引领下一代技术革新的年代或已开启。而肿瘤的空间异质性研究也成为了一个热点。

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在肿瘤发展过程中，肿瘤细胞在微环境中接触到新的细胞类型，但肿瘤细胞如何适应新环境尚不清楚。在这里，就需要整合空间转录组学和scRNA-seq来表征肿瘤/微环境在侵袭初始阶段的相互作用。而大多数的研究中，都会识别出肿瘤与正常组织之间明显的“界面”。该界面由肿瘤和微环境细胞组成，这些细胞上调一组共同的纤毛基因，而纤毛蛋白只有在肿瘤接触微环境的地方才富集。纤毛基因的表达受ETS家族转录因子的调控，其作用通常是在界面外抑制纤毛基因。ETS驱动的界面在10个患者样本中是保守的，表明它是人类黑色素瘤的保守特征。分析的结果证明了空间转录组学方法在揭示允许肿瘤侵入微环境的机制方面的力量。

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那么第一点，空间区域的识别就至关重要，因为不是什么时候都可以像识别肿瘤界面那样简单，需要借助一定的生信手段。无论是发育还是肿瘤发展的各个阶段，区域的变化就是研究的重点。

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第二点，空间细胞的相互作用

肿瘤组织细胞之间的相互作用更是研究肿瘤机制的重点，对于单细胞数据而言，细胞作为一个整体研究细胞之间的通讯在添加了空间的维度上是有缺陷的，凡是研究空间肿瘤微环境的文章都将配受体的空间关系纳入研究。

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就像我们人类社会一样，关系好的会经常在一起。我们这里对通讯做一个简单的总结，包括单细胞和空间的通讯思路。

Known ligand–receptor interaction databases Visualization tools of cell–cell communication Input, case study and code of intercellular communication inference methods cell–cell communication