做完单细胞测序后，为什么可以直接做PCF？从Cell骨髓图谱看组织原位观察价值

单细胞测序擅长把复杂组织拆解成一个个细胞群帮助研究者看到“有哪些细胞”“这些细胞处于怎样的转录状态”“哪些marker可能用于区分细胞亚群”。但单细胞测序的一个天然限制是组织在制备过程中会被打散细胞原本与骨小梁、血管、脂肪细胞、基质细胞和造血细胞之间的空间关系会被弱化。对于骨髓这种高度依赖生态位结构的组织仅有细胞清单并不足以回答“细胞在哪里发挥作用”。因此在单细胞测序之后研究者常常需要一个能够回到组织原位的技术环节。PCF作为组织原位空间蛋白组学技术正适合发挥这个作用。《Cell》发表的“Mapping the cellular biogeography of human bone marrow niches using single-cell transcriptomics and proteomic imaging”提供了一个非常清晰的案例。研究者首先利用scRNA-seq构建成人骨髓单细胞图谱覆盖造血干细胞和祖细胞HSPC、间充质基质细胞MSC、内皮细胞、血管平滑肌细胞、骨相关细胞等多类细胞并识别出多个MSC亚群例如Adipo-MSC、THY1 MSC、Fibro-MSC、Osteo-MSC等。单细胞数据不仅描述了细胞类型还提示不同MSC亚群在CXCL12、KITLG、CSF1、IL7等造血支持因子表达上的差异为后续空间观察提供了候选细胞群和候选marker。如果此时继续做空间转录组当然可以看到基因表达在组织中的空间分布但这篇文献的核心问题更偏向“蛋白层面和组织结构层面”这些由scRNA-seq定义的细胞亚群能否在FFPE切片中被识别HSPC靠近哪些微环境结构早期髓系分化是否出现在特定空间邻域MSC与造血细胞的关系是否能在组织原位中被观察这些问题并不只是“基因表达在哪里”而是“细胞是谁、表达什么蛋白、位于哪个组织生态位、与哪些细胞相邻”。因此研究者基于scRNA-seq结果设计53抗体DAPI的PCF(PCF(CODEX))空间蛋白Panel直接进入蛋白层面的组织原位观察。PCF(PCF(CODEX))在这里的价值不是简单补充一张漂亮图而是把单细胞测序的发现转化为可观察的组织结构证据。研究者利用PCF(PCF(CODEX))注释了超过80万个细胞并在骨髓切片中识别HSPC、MSC、内皮细胞、髓系细胞、淋巴细胞、红系细胞和骨内膜相关结构。通过细胞邻域分析研究者进一步观察到早期髓系分化与动脉-骨内膜相关区域有关成人HSPC呈现近脂肪细胞定位。这些信息如果只停留在scRNA-seq层面很难形成组织生态位层面的解释。因此这篇文献的核心启发是做完单细胞测序后并不一定必须先做空间转录组。当单细胞测序已经帮助研究者锁定细胞类型、候选marker和潜在功能关系而后续问题聚焦蛋白表达、细胞位置、空间邻域和组织结构时PCF可以直接承接单细胞测序结果帮助研究从“细胞图谱”走向“组织原位空间蛋白组学观察”。对于骨髓生态位、免疫微环境、肿瘤基质和发育组织等研究这种技术路径具有很强的方法学参考价值。【说明】本文仅为科研技术方法介绍不涉及疾病诊断、治疗建议、疗效预测、用药指导或临床决策。文中提及的研究发现均来自学术文献相关分析结果需结合更多实验和研究进一步验证不构成任何医疗意见。【参考文献】Bandyopadhyay S, Duffy MP, Ahn KJ, Sussman JH, Pang M, Smith D, Duncan G, Zhang I, Huang J, Lin Y, Xiong B, Imtiaz T, Chen CH, Thadi A, Chen C, Xu J, Reichart M, Martinez Z, Diorio C, Chen C, Pillai V, Snaith O, Oldridge D, Bhattacharyya S, Maillard I, Carroll M, Nelson C, Qin L, Tan K. Mapping the cellular biogeography of human bone marrow niches using single-cell transcriptomics and proteomic imaging. Cell. 2024 Jun 6;187(12):3120-3140.e29. doi: 10.1016/j.cell.2024.04.013. Epub 2024 May 6. PMID: 38714197; PMCID: PMC11162340.