骨骼和肌肉研究的新篇章

Advances in spatial transcriptomics and its application in the musculoskeletal system

了解基因在其原生组织环境中的行为方式正在开辟医学科学的新领域。

　　

了解基因在其原生组织环境中的行为方式，正在开启医学科学的新领域。最近的一篇综述强调了空间转录组学（一种原位可视化基因活动的技术）如何重塑骨骼、肌肉和结缔组织的研究。通过将基因表达模式与其精确的空间位置联系起来，研究人员现在可以探索细胞环境如何影响发育、疾病和愈合。这种新方法为肌肉骨骼研究提供了前所未有的分辨率，使从关节炎机制到肢体发育等各个领域的发现成为可能。随着空间转录组学的不断发展，它为科学家提供了更清晰的视角来解读人体最复杂的结构。

传统的转录组学技术已在群体和单细胞水平上揭示了大量基因表达信息，但却忽略了一个关键因素：空间环境。肌肉骨骼组织的功能在很大程度上依赖于结构和细胞组织，空间信息的缺失可能意味着错失新的发现机会。批量RNA测序和单细胞RNA测序等技术无法捕捉邻近细胞之间的相互作用，也无法捕捉基因活性在不同组织结构中的差异。这些局限性长期以来阻碍了人们全面了解肌肉骨骼系统的发育、损伤和疾病。鉴于这些挑战，使用空间分辨技术进行更深入的探索变得越来越重要。在2025年5月 发表于 《骨研究》（Bone Research）杂志上的一篇综述（DOI: 10.1038/s41413-025-00429-w）中 ，来自河北医科大学、厦门大学和华中科技大学的研究人员对空间转录组学及其在肌肉骨骼研究中的新兴应用进行了深入分析。该团队整理了空间转录组学 (ST) 技术的最新突破，并概述了这些技术如何应用??于绘制发展路径和研究关节炎和肌肉退化等疾病。

作者旨在通过提供将 ST 工具集成到研究工作流程中的实用框架，指导科学家探索这一快速发展的领域。    

该综述剖析了两大类空间转录组学 (ST) 技术——基于成像和基于测序——并比较了它们的功能、优缺点以及与各种组织类型的兼容性。RNAscope 和多重抗误差荧光原位杂交 (MERFISH) 等成像技术可为特定基因集提供精确的定位，而 Visium 和 Stereo-seq 等基于测序的方法则可在更大的组织区域提供广泛的转录组视图。    

研究人员已经利用这些工具揭示了人类肢体发育的分子编排，追踪骨骼干细胞微环境，并揭示了类风湿性关节炎和肌腱损伤等疾病的空间基因模式。在一个突出的案例中，空间转录组学绘制了椎间盘的细胞结构图，识别出负责组织再生的祖细胞。

在另一个案例中，它阐明了瘢痕形成巨噬细胞和干细胞如何相互作用以阻止创伤后的肌肉修复。该综述还提供了基于分辨率、成本、物种特异性和研究目标等因素选择合适ST平台的分步指南，使其成为进入该领域的科学家的重要资源。

“空间转录组学为我们理解肌肉骨骼生物学增添了一个重要的维度，”本文共同通讯作者、河北医科大学骨科医师Wei Chen教授说道。“它使我们能够精确定位基因在完整组织环境中的活跃位置，将基因功能与空间组织联系起来。这种洞察力为疾病研究和疗法开发打开了新的大门。随着我们不断改进这些工具并拓展其应用范围，我们预计空间转录组学将成为骨科和再生医学领域的一项基础技术。”

绘制空间基因表达图谱的能力正在改变我们理解和治疗肌肉骨骼疾病的方式。在发育生物学中，空间转录组学有助于绘制正常生长图谱并检测先天性异常。在临床研究中，它揭示了骨关节炎等疾病的空间复杂性，从而能够制定更精确的分类和治疗策略。展望未来，3D空间映射、空间多组学和人工智能的进步将进一步增强空间转录组学的威力。这些创新可以带来个性化治疗、改进的组织修复生物材料以及更智能的药物靶向——将空间转录组学定位为未来肌肉骨骼医学的核心。