FFPE空间转录组技术原理及优势

10x Genomics空间转录组测序技术通过将组织切片的高通量mRNA分析和形态学背景整合，使基因表达谱可以被定位回它们的原始空间位置。传统的空间转录组测序技术局限于冰冻组织切片。10x Genomics推出全新的针对FFPE样本的Visium空间基因表达解决方案，该技术打破从FFPE组织样本中获取空间全部转录组基因表达信息的壁垒，能够从FFPE样本中获取高灵敏度、高特异性的相关基因的表达信息，在形态学背景下实现真正的探索发现，进一步扩展空间生物学的可能性。

图1 人和鼠FFPE样本的Visium空间基因表达解决方案（图片引自10x官方资料）

一、FFPE空间转录组技术原理

为同时获得空间表达和组织学背景信息，该方案首先将FFPE组织切片置于Visium基因芯片上进行组织学染色和成像，然后利用切片下方Visium基因芯片上的探针进行表达定量。由于FFPE样本通常存在RNA高度降解的问题，针对FFPE样本的Visium空间基因表达解决方案无法像新鲜冻存组织样本一样利用完整mRNA具有的poly（dA）序列进行mRNA捕获。该方案采用针对编码基因的成对RNA模板连接探针（RTL）与mRNA杂交。左侧探针（LHS）具有部分Read 2序列，右侧探针（RHS）具有合成的poly(A)序列。左右探针与mRNA杂交后彼此连接，而mRNA被RNase降解。组织透化后，被连接的成对探针与芯片上包含空间Barcode、UMI和poly(dT）序列的引物序列捕获，并且空间Barcode和UMI序列被延伸到成对探针序列上。最后携带空间Barcode的探针序列用于进行测序文库构建和测序。测序序列上的空间Barcode用于将测序序列定位到组织切片图像上，UMI用于基因表达定量。

图2 FFPE样本Visium空间基因表达技术流程（图片引自10x官方资料）

二、FFPE空间转录组技术优势

1、FFPE组织的Visium基因表达具有高敏感性、特异性和可重复性

对小鼠脑FFPE与新鲜冷冻组织分别进行Visium分析发现，两种组织检测到的基因具有高度相关性，显示了Visium对FFPE样本的可靠性和高灵敏度。例如，Hpca基因突变导致海马钙结合蛋白缺失，抑制神经元电压门控钙通道，或者影响神经元膜电位的维持，从而影响细胞膜去极化。Hpca在新鲜冷冻和FFPE样品的海马体中均有表达，与已知的表达模式一致。此外，小鼠脑FFPE样本连续切片的Visium表现高重现性，表明该技术具有可重复性。

图3 小鼠脑FFPE和新鲜冷冻样本的Visium分析比较（图片引自10x官方资料）

2、FFPE组织的Visium空间基因表达覆盖度广,可全面检测FFPE样本中的基因信息

将针对FFPE样本的Visium基因表达技术应用于一个人乳腺癌样本，检测到大约18,000个基因。H&E染色图像上全部覆盖了空间表达数据。乳腺癌关键基因ERBB2、PGR和ESR1的表达显示明显的空间分布。

图4 人乳腺癌FFPE样本的Visium分析（图片引自10x官方资料）