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艾克发空间多组学|亚细胞级分辨率!Xenium 精准绘制组织空间基因表达全景

发布时间:2025.10.13

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在生命科学研究不断向微观和精准迈进的今天,空间组学技术正成为揭示组织微环境、细胞异质性及其功能状态的关键工具。2024 年“空间多维组学引航下一代分子病理诊断革新” 成功跻身 “中国十大工程技术难题”,这一入选更加印证了当前众多亟待攻克的科学难题,均高度依赖空间组学技术的突破性进展。
10x Genomics Xenium原位检测平台作为新一代的颠覆性技术应运而生,该技术可在亚细胞分辨率对组织切片进行原位解析,Xenium 最新推出的5K panel可实现在同一张切片上检测5000个基因,在保留组织结构和细胞微环境的前提下,实现靶基因的高分辨率、原位检测。
聚焦空间多组学的临床转化与应用,艾克发生物已引进 Xenium 原位检测技术,力求为科研用户打造更多维的空间组学服务解决方案。

Xenium仪器

01

Xenium技术原理


Xenium技术核心原理为“探针杂交-信号放大-成像解码”:先将固定组织切片与带barcode的挂锁式探针杂交捕获目标RNA,经酶促环化生成环状DNA,后通过滚环扩增形成滚环扩增产物,在Xenium仪器中与荧光探针进行多轮杂交成像,通过荧光信号组合识别基因,将基因表达与组织形态精准对应,生成原位分析数据。

Xenium的技术原理

02

Xenium实验流程


Xenium的实验流程可以概括为五步,即:组织切片的准备、探针杂交&探针连接和扩增、染色、荧光探针杂交&成像和解码、数据可视化。

Xenium的实验流程

03

Xenium技术优势


1)分辨率:亚细胞级(0.2μm/像素);

2)细胞分割:多模态细胞分割准确定义细胞边界;
3)检测通量:单次检测最高可达5000个基因;
4)定制化Panel:可单独定制,也支持在商业化Panel基础上定制1~100个基因;
5)多重检测:支持RNA与27个蛋白的共检测;
6)非破坏性:检测后样本可继续用于HE染色、免疫荧光染色等;

04

Xenium适用样本类型


新鲜冷冻样本(FF)和石蜡包埋样本(FFPE);

05

Xenium数据分析


Xenium数据高阶分析内容包括降维聚类、细胞类型注释、细胞类型空间定位、GSVA功能富集分析、基因集打分、细胞间距离分析、细胞邻域分析等[1]。

06

Xenium服务流程


07

Xenium应用案例


Single-cell multi-stage spatial evolutional map of esophageal carcinogenesis
基于Xenium平台首绘食管癌变 “时空动态图谱” 解密癌变分子机制[1]

期刊:Cancer Cell

年份:2025年3月

影响因子:44.5

研究背景:食管癌是中国人群中常见的高发恶性肿瘤,其每年新发病例数占全球总量的 53%,而5年生存率仅不足30%。因此,做到早发现、早诊断、早治疗,对于降低食管癌的发病率与死亡率具有关键意义。

研究方法研究团队借助Xenium技术,对43名患者的127份食管癌变多阶段组织样本展开系统分析,成功构建出全球首个食管癌变多阶段单细胞空间动态图谱。

研究结果

1:研究团队利用 Xenium 原位检测等技术,分析了43名患者127个多阶段食管组织样本(涵盖正常食管上皮NOR、低级别上皮内瘤变LGIN、高级别上皮内瘤变HGIN、食管癌ESCC),构建了全球首个食管鳞癌单细胞多阶段空间动态演化图谱,系统呈现了ESCC发生发展过程中的细胞组成、基因表达及空间分布变化。

2:HGIN阶段侵袭性上皮细胞通过JAG1-NOTCH1信号激活邻近CAF,形成免疫抑制性生态位,促进肿瘤免疫逃逸与ECM重塑。

3:构建了临床预测评分系统:研究构建了“CAF-Epi-Immune” 综合评分(整合上皮侵袭性、CAF激活及免疫微环境指标),发现该评分与 ESCC 进展显著相关,且能有效预测 ESCC及头颈部鳞癌、肺鳞癌、宫颈鳞癌等多种鳞癌患者的生存率,为鳞癌的临床分期和预后评估提供了新的分子标志物。
总结:
这项研究通过Xenium技术绘制出全球首个食管多阶段癌变的时空动态图谱;首次揭示了肿瘤演化新机制,即CAF与侵袭性上皮细胞在癌前病变阶段即能形成关键交互生态位,而 JAG1-NOTCH1信号轴的激活正是该生态位形成的关键驱动力。

参考文献:

[1] Chang J, Lu J, Liu Q, et al. Single-cell multi-stage spatial evolutional map of esophageal carcinogenesis. Cancer Cell. 2025;43(3):380-397.e7. doi:10.1016/j.ccell.2025.02.009


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