从空间的角度研究阿尔茨海默病

杜克大学医学院的Simon Gregory教授介绍了他的团队如何使用10x Genomics的Visium平台以及Oxford Nanopore长读长测序来了解阿尔茨海默病的进展。

阿尔茨海默病（AD）是痴呆症的一种，通常影响65岁以上的人，在全球痴呆症患者中大约占60-70%。经过多年研究，我们对APOE等位基因及其他遗传风险因素有了一定的了解，但疾病具体如何进展，我们还不是很清楚。

阿尔茨海默病的病理特征是β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块和神经原纤维缠结，但这些特征的作用尚不清楚。该疾病似乎以时间和空间的方式进展：首先是β-淀粉样蛋白斑块的积聚，然后是神经原纤维缠结，随着疾病进展，两者都增加并扩散。

最近，杜克大学医学院的Simon Gregory教授近日在Molecular & Precision Medicine Tri-Con会议上，介绍了他的团队如何使用10x Genomics的Visium平台以及Oxford Nanopore 长读长测序来了解阿尔茨海默病的进展。

“我们将利用这种病理积聚和进展的时空差异来了解疾病本身的进展，”Gregory解释说。

研究团队采用10x Genomics的Visium空间基因组学平台来分析一例阿尔茨海默病患者的大脑组织。他们分析了四种不同组织内的基因表达变化，特别关注了淀粉样斑块附近的基因表达变化。“我们认为这四个区域代表了疾病进展的轨迹，”他说。

空间分析

研究人员能够利用空间数据来开展细胞表型分析，并在他们采样的四种不同组织中观察到疾病进展的病理学。

他们首先研究了细胞间的相互作用。由于Visium芯片上的斑点直径为55 μm，因此每个斑点可容纳多个细胞，这就需要研究人员对每个斑点的数据进行去卷积，分离不同的细胞，然后确定哪些细胞可能彼此相邻。

Gregory教授表示：“总的来说，我们看到的是星形胶质细胞与神经元区室的相互作用减少，而星形胶质细胞与少突胶质细胞的相互作用增加。”

他们还研究了β-淀粉样蛋白斑块的微环境，并鉴定出斑块内表达增加的243个基因。Gregory指出，结果与REACTOME数据库中参与胶原蛋白形成和降解的基因存在有趣的重叠。“我们正在跟进研究这些候选基因以及它们与表型的关系，”他说。

长读长测序

对于Visium平台带来的比较长的cDNA片段，研究团队在Oxford Nanopore MinION测序仪上开展测序。“我们感兴趣的不是通过基因表达比对来看看哪些基因存在。在这项研究中，我们采用长读长测序来研究选择性剪接，”Gregory解释说。

由于cDNA片段带有条形码，那么在Nanopore测序之后，研究人员就可以根据生成的数据来判断它在原始组织中的位置信息。

他们计划将Visium和Nanopore数据相整合。Gregory表示，他们很期待Visium平台今年夏天的更新：斑点直径将从50 μm缩小至4 μm，他认为能提供更多信息，也更有用。同时，他们也很期待Akoya Biosciences的PhenoCycler平台，以实现原位转录组学和空间蛋白质分析。

“原位转录组学方法不是将组织中的基因表达数字化，然后再与组织相关联，而是直接在细胞内生成转录序列。这样我们就能够研究细胞间相互作用或细胞邻域相互作用，从而更好地了解基因表达的背景。”