原位表观测序

一、核心定义与起源

原位表观测序（In situ profiling sequencing）是指在完整组织切片、细胞原位空间位置上，不打散组织、不解离细胞，直接依托原位捕获、原位反转录与高通量测序联用技术，同步获取细胞空间排布位置与转录组/表观修饰/蛋白表达定量信息，实现空间位置与分子表达图谱一一匹配，是空间多组学核心技术；区别于传统批量单细胞测序（打碎组织丢失空间信息）。2016年原位测序初代技术落地，2020年后原位捕获+NGS测序融合成型；近年衍生原位甲基化测序、原位ATAC测序，从单一转录原位测序拓展至多维度表观原位图谱绘制。

二、三大核心研究方向

1. 原位测序技术体系优化

优化原位探针杂交、原位扩增、固相捕获效率，降低原位捕获偏差，提升低丰度转录本、表观修饰位点检出率。

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2. 组织微环境空间图谱绘制

解析肿瘤微环境、胚胎发育、脑组织分区、免疫浸润细胞原位基因与表观特征，构建空间分子图谱。 ADFASDFAF23RQ23R

3. 临床病理转化应用

依托原位分子特征挖掘病理原位生物标志物，用于肿瘤分级、病灶边界判定、疑难病理分型。 ADFASDFAF23RQ23R

三、关键技术进展

1. 主流原位测序技术分支

• 原位转录组测序：组织切片内mRNA原位锚定、原位cDNA合成，固相捕获后建库测序，获取原位基因表达；
• 原位ATAC测序：原位捕获开放染色质，测序绘制空间染色质开放图谱；
• 原位甲基化测序：原位DNA亚硫酸氢盐转化，定点捕获甲基化片段，解析空间表观修饰差异。

2. 配套关键实验技术

原位滚环扩增RCA、固相凝胶锚定、条码探针原位标记，依靠空间条码实现测序reads回溯原始组织坐标；切片免疫荧光联用，实现基因+蛋白原位共定位。

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3. 标准化验证体系

• 体外：细胞爬片原位测序，与单细胞批量测序比对基因检出重合度；
• 体内：动物脏器切片，匹配病理染色形态，验证空间分区分子特征；
• 质控指标：基因检出数、空间坐标匹配率、技术重复相关性。

4. 生物信息学算法

空间坐标校正、测序降噪、细胞原位分群算法，拆分混合信号，实现单胞原位表达定量。

四、应用前景

1. 发育生物学研究

追踪胚胎器官分化、干细胞原位分化轨迹，阐明组织分区发育调控规律。 ADFASDFAF23RQ23R

2. 肿瘤病理基础与临床

精准区分肿瘤实质、癌旁间质、浸润免疫细胞原位分子特征，挖掘原位预后标志物，界定手术切缘分子边界。 ADFASDFAF23RQ23R

3. 神经科学脑图谱构建

脑组织原位分区测序，解析神经元、胶质细胞空间表观与转录差异，助力阿尔茨海默、帕金森病理机制研究。

4. 新药药理评价

观测药物作用后病灶原位基因、表观动态变化，原位定位药物起效靶细胞，优化药理评价模型。

五、挑战与局限

• 低丰度分子检出短板：原位捕获效率有限，低表达基因、稀有表观修饰位点检出率远优于离体单细胞测序；
• 成本偏高：切片原位建库耗材与测序成本高昂，难以大规模批量样本检测；
• 多细胞混合干扰：致密组织区域多种细胞堆叠，原位信号混杂，单细胞拆分算法仍存在误差；
• 样本保存限制：新鲜冷冻切片最优，石蜡包埋病理样本原位核酸完整性差，检测受限。

六、生物安全与伦理

1. 生物安全风险

人体临床组织样本涉及个体全基因组信息，测序数据泄露存在个体遗传隐私外泄风险；实验废弃组织切片核酸废弃物需规范灭活处理。

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2. 伦理规范

人体病理样本测序研究需受试者知情同意，临床队列研究通过伦理委员会审批；禁止无授权利用人体组织原位测序开展人类基因特征商业化筛查。

七、总结

原位表观测序打通组织形态位置与多组学分子信息的关联壁垒，弥补传统离体测序丢失空间微环境信息的关键缺陷，实现从形态病理迈入空间分子病理。目前受捕获效率、检测成本、致密组织信号拆分制约，未来聚焦超高效率原位捕获试剂、低成本原位建库技术开发，加速基础科研向临床病理常规检测转化。 ADSFAEQWER353423413434