Xenium 空间原位技术（Xenium In Situ）是一款基于原位杂交原理的高分辨率空间转录组学解决方案。它能够在单细胞/亚细胞分辨率水平上，对人或小鼠的FFPE（福尔马林固定石蜡包埋）和新鲜冰冻组织切片中5000余种RNA靶点进行高通量分析，精准揭示基因表达与细胞空间位置的关系。Xenium 技术凭借其高分辨率和高灵敏度的特点，在多个生物学研究领域展现出强大的实力，并催生了一批高质量的研究成果。
目前发表的文章主要在肿瘤微环境与癌症演进、免疫系统的时空组织、疾病机制与器官纤维化、神经科学几个主要的应用方向。本期以两篇案例介绍在肿瘤微环境与癌症演进、免疫系统的时空组织中的应用，其他方向的应用将在下期进行分享。
肿瘤微环境与癌症演进
肿瘤的发生发展并非仅是癌细胞自身的“独角戏”，而是癌细胞与周围免疫细胞、成纤维细胞、血管细胞等构成的肿瘤微环境（TME）相互作用的动态演化过程。Xenium 技术能精准描绘不同细胞类型在组织中的原始位置，揭示细胞间通讯的关键信号通路，对于理解癌症机制、发现预后标志物和新的治疗靶点至关重要。
案例 1
文章标题：Single-cell multi-stage spatial evolutional map of esophageal carcinogenesis
发表期刊：Cancer Cell (IF=48.8)
发表时间：2025年3月
组学技术：10x Xenium、visium、CosMx、MERSCOPE、CODEX、IMCXenium
panel：300 genes
研究内容：
该研究利用Xenium原位分析（300个基因 panel）结合TF-seqFISH等技术，对43名患者的127个多阶段食管组织样本进行了分析，累计分析了640万个细胞。首次在单细胞分辨率下系统揭示了食管鳞状细胞癌（ESCC）从癌前病变到浸润性癌的全过程动态演化图谱。
研究发现ESCC的进展由一个具有高增殖特性的上皮细胞亚群驱动，这些细胞逐渐获得去分化和侵袭性特征。他们发现侵袭性上皮细胞通过 JAG1-NOTCH1信号轴“策反”正常的成纤维细胞，将其转化为促癌的癌症相关成纤维细胞（CAFs），并在肿瘤边缘形成“CAF-Epi生态位”（CAF和上皮细胞生态位）。该生态位能重塑细胞外基质，形成物理屏障，阻止免疫细胞（如T细胞）进入肿瘤区域，从而保护肿瘤细胞免受免疫监视，实现免疫逃逸。
临床意义：
基于此发现构建的“CAF-Epi-免疫”评分系统，能够预测患者预后（高风险组死亡风险增加74%），并在头颈鳞癌、肺鳞癌等泛鳞癌中展现出良好的预测能力，为肿瘤精准诊疗提供了新靶点。
免疫系统的时空组织
免疫细胞在组织中的分布、分化和功能状态并非随机，而是受到高度精密的时空调控。理解不同免疫细胞亚群在特定组织微环境中的定位、相互作用及其功能状态，对于揭示免疫应答原理、开发疫苗或免疫疗法至关重要。
案例 2
文章标题：Tissue-resident memory CD8 T cell diversity is spatiotemporally imprinted
发表期刊：Nature (IF=50.5)
发表时间：2025年1月
组学技术：10x Genomics Xenium、VisiumHD、小鼠模型（LCMV病毒感染）、空间 CRISPR 干扰
panel：480genes（350gene + 定制110gene）
研究内容：
本研究利用Xenium和Visium HD等技术，深入研究了12个小鼠和4个人类肠道组织驻留记忆CD8 T细胞（TRM细胞）的异质性形成机制。
研究发现小肠TRM细胞在隐窝-绒毛轴上形成两个空间分离的亚群：位于绒毛顶端的分化型TRM细胞（高表达GZMA, GZMB等效应分子，负责快速免疫应答）和位于绒毛基部/隐窝区的祖细胞样TRM细胞（高表达TCF7, SLAMF6等记忆相关基因，具有自我更新能力）。
研究进一步通过Xenium数据发现，包括IL-10、IL-17、IL-21、IL-15和TGFβ在内的关键细胞因子，以及MADCAM、ICAM、CCL、CXCL等趋化因子，沿隐窝-绒毛轴存在明显的表达梯度。这些梯度与TRM细胞的定位和功能状态密切相关，例如CXCR3信号通路能指导T细胞迁移至特定区域。
研究意义：
该研究揭示了肠道免疫细胞的时空异质性，表明T细胞的位置和功能状态是紧密相连的，为理解肠道免疫网络的组建和调控提供了全新视角，也为针对TRM细胞的免疫治疗策略提供了思路。
参考文献
[1]Chang J, et al. Single-cell multi-stage spatial evolutional map of esophageal carcinogenesis. Cancer Cell. 2025 Mar 10;43(3):380-397.e7.
[2]Reina-Campos M, et al. Tissue-resident memory CD8 T cell diversity is spatiotemporally imprinted. Nature. 2025 Mar;639(8054):483-492.
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供稿：科研服务事业部
