课前准备--stereo-seq通讯分析策略

作者，Evil Genius

618了，大家对自己好点了么？

其实大家参加2026年空间转录组系列课程要抓住核心一点，空转的分析就是要结合空间坐标，研究基因、细胞在空间上的变化，无论是低精度还是高精度，细胞在空间上的有序排布，不同条件下排布的变化，就是我们生物学问题的答案。

当我们需要研究的更细，从分子角度来看待生物学问题，目前需要期待的是Atera和1.8K的CosMx。

今天我们分享关于华大的空间通讯策略

参考文章

知识积累

发育起源与结构：FRT（子宫和阴道）起源于胚胎的苗勒管，早期由上皮和间充质组成，它们会进一步分化为具有不同功能的细胞类型（如子宫的基质细胞、平滑肌细胞、各种上皮细胞；阴道的成纤维细胞、平滑肌细胞和复层鳞状上皮）。

研究重要性：女性生殖道（FRT）对生育至关重要，但其发育成熟的详细机制尚不清楚。

结果1、snRNA-seq描绘了发育中FRT的细胞图谱

单细胞图谱的建立：通过snRNA-seq技术，作者在GW10-GW25的胎儿FRT组织中鉴定出9种主要细胞类型（间充质、柱状上皮、鳞状上皮、神经元、施万细胞、血管内皮、淋巴内皮、免疫细胞、红细胞）。随着发育进程，细胞组成发生动态变化：间充质和神经元早期占优，而上皮细胞、血管/淋巴内皮细胞逐渐增多，反映了组织成熟过程中的细胞扩张和血管生成。

上下段区域特化的空间证据：通过空间转录组学（scStereo-seq）技术，发现FRT上段（子宫）和下段（阴道）从早期（GW10）起就具有不同的细胞聚类组成，且差异随发育增大。

间充质：上段以Mes2（ALDH1A1+FN1+）持续主导内层；下段内层Mes1（PRRX1+HMGA2+）逐渐消失，两段的中外层最终都分化为成纤维细胞和平滑肌细胞。

上皮：上段始终维持柱状上皮；下段则经历动态重塑——从柱状上皮→鳞状-柱状上皮过渡（GW14起）→最终在GW22形成复层鳞状上皮。

子宫（上段）和阴道（下段）在间充质和上皮细胞的组成及分化命运上存在显著的、从早期即开始的区域差异。

结果2、不同间充质亚型的分子特征

间充质亚型鉴定：通过单细胞数据，将间充质细胞细分为6个亚群：MSC样细胞、过渡态1（TS1）、过渡态2（TS2）、成纤维细胞（FIB）、平滑肌细胞（SMC）和周细胞。它们各自表达特征性标记基因，并在妊娠进程中呈现动态变化。

进一步细分：将MSC样和FIB群体进一步细分：

MSC样1（LEPR⁺FN1⁺ALDH1A1⁺）：与干细胞维持和分化相关。

MSC样2（IGF1⁺RUNX1⁺）：富集发育和生长程序。

FIB1-FIB4：四个亚型功能各异，分别涉及ECM结构、基质重塑、TGF-β/Wnt信号及GTP酶调节等。

转录因子调控网络：不同间充质亚型受特异性转录因子调控：

TS2 高表达生肌转录因子MYF6，提示其为平滑肌细胞的前体。

SMC 激活SRF，调控肌肉收缩基因。

MSC样1 表达SMAD5，维持祖细胞状态。

MSC样2 富集HMGA2，维持干性。

鉴定FRT上段和下段具有不同时空分布的间充质亚群

明确的分层结构：间充质细胞在FRT中呈现内、中、外三层分布，这可能是成年FRT分层结构的基础。上段和下段在各层的细胞组成从GW10起就已不同。

内层差异（MSC样细胞）：

上段：内层以MSC样1为主，持续稳定至GW25。

下段：内层以MSC样2为主，但逐渐减少。

两者转录身份稳定（MSC样1高表达ESR1、ALDH1A1等；MSC样2高表达IGF1、CXCL14等），但发挥区域特异性功能。空间上，干性相关基因（HMGA2、LEF1等）广泛分布，但LEPR/FN1偏向上段，而IGF1/ISL1偏向下段。

中层差异（过渡态与SMC）：

上段：TS1和SMC逐渐占据中层，GW14形成SMC环并增厚。

下段：TS1（GW10）→ TS2出现于内侧→ GW14外周形成SMC环并向外扩展。

分子上，早期SMC标记TAGLN（GW13可检测），成熟标记MYH11（GW18起强表达）；过渡态标记SMOC2在两段中层均受限表达。

外层差异：

上段：外层为FIB3。

下段：外层为FIB1。

两者在GW22后均被扩展的SMC取代。ECM基因（DCN、MATN2等）在外层强表达，可能参与组织边界加固。

结果3、FRT中的MSC样细胞通过特定的转录程序及空间信号分化为SMC和FIB谱系

聚焦于间充质干细胞样细胞的分化轨迹及关键信号调控

分化轨迹的建立：通过拟时间分析，发现MSC样细胞分化为两条主要谱系：

谱系1（FIB方向）：MSC样 → TS细胞 → 成纤维细胞（FIB），伴随ECM相关基因（FN1、SMOC2、DCN）上调。

谱系2（SMC方向）：MSC样 → TS细胞 → 平滑肌细胞（SMC），伴随收缩相关基因（TAGLN、MYH11、ACTA2）中后期诱导。

不同转录因子（如FIB系的HMGA2/WT1/GATA6，SMC系的DACH2/MYOCD/MEF2C）在分化的不同阶段被激活。

空间验证：空间转录组数据证实了上段和下段FRT均存在由内向外离心分化的模式。SMC标志物ACTA2从GW13开始在中间层形成环形结构并逐渐增厚，经免疫荧光验证，且两段SMC发育程序相似。

关键信号通路（TGF-β和PDGF）：

TGF-β信号：TGFβ2主要由FIB1、FIB4、周细胞和TS1细胞产生，其受体（TGFβR1+ACVR1）几乎仅在TS2细胞表达。空间上两类细胞相邻，提示TGFβ2可能通过旁分泌作用于TS2细胞，影响其谱系决定。

PDGF信号：多个间充质群体（MSC样、FIB、SMC、周细胞）表达配体PDGFC/PDGFD和受体PDGFRA/PDGFRB，形成自分泌和旁分泌网络，空间上配体-受体对邻近分布，支持其在间充质分化中的广泛调控作用。

结果4、EP亚型的时空谱分析揭示了FRT上皮区域特化的分子基础

上皮亚型鉴定：将上皮细胞细分为10个亚型，包括柱状/鳞状干细胞样细胞（Col/Squa SLC）、过渡态（Trans col/squa SLC）、增殖细胞（Prolif）、早期/晚期分化鳞状细胞、子宫腔上皮、子宫分泌上皮和纤毛细胞。各亚型具有独特的分子标记和功能富集（如Squa SLC参与上皮组织构建，Late squa diff epi与免疫屏障和巨自噬相关）。

时空动态变化：随着发育（GW10→GW25），干细胞样和增殖性细胞比例下降，分化型鳞状细胞（尤其在下段）逐渐扩增。空间定位显示：

上段：早期以Col SLC为主，后转为Trans col SLC，始终维持柱状/子宫内膜特性。

下段：早期以Squa SLC为主，后经Trans squa SLC过渡，最终形成由复层鳞状上皮（Early/Late squa diff epi）组成的屏障。

管腔形成与自噬：晚期分化鳞状细胞（Late squa diff epi）富集巨自噬相关基因，且在GW22（管腔未形成时）活性高于GW25（管腔已形成），提示自噬可能参与阴道管腔的开放/重塑过程。

区域特化的分子基础：

上段上皮持续表达子宫内膜标志物（PAX2、PAX8、MMP7、LGR5）。

下段上皮从GW13起逐渐丢失这些标志物，转而顺序激活鳞状相关基因（COL17A1最早，随后KRT5、KRT13、KRT6A、KRT4等）。

Col SLC与Squa SLC的分子差异（如CD44/CDH2 vs EGFR/ITGA1）也为区域特化提供了潜在的干性/增殖调控基础。

EP的发育轨迹与功能成熟

上段FRT上皮分化轨迹：

起源：Prolif细胞 → 分化为Col SLC、Squa SLC和Trans col SLC。

功能成熟：从早期（干性维持、增殖）→ 中期（极性建立、分泌调控）→ 终末（雌激素反应、激素调节、黏液分泌），体现了子宫上皮为着床做准备的功能成熟过程。

下段FRT鳞状上皮分化轨迹：

路径：Squa SLC → Trans squa diff epi（中间态）→ 分支为Early squa diff epi和Late squa diff epi。

功能成熟：晚期鳞状细胞富集免疫防御、皮肤屏障、微生物反应，并增强盐皮质激素反应性和膜通透性，指向阴道腔电解质平衡和酸性微环境维持的功能成熟。

关键标志物时空验证（KRT7/TP63/KRT14）：

KRT7（柱状标志物）：上段持续表达；下段早期表达→晚期仅限基底鳞状层。

TP63（鳞状祖细胞标志物）：下段从GW13开始上升，GW14可检测。

KRT14（基底鳞状标志物）：下段GW14仍缺失，GW18才出现。

时序差异：TP63先于KRT14激活，提示存在TP63⁺KRT14⁻的过渡态，鳞状分化是逐步建立的。

结果5、间充质-上皮相互作用是FRT区域特异性上皮命运的基础

区域特异的配体-受体信号轴：

上段FRT（MSC样1→上皮）：主要通过 WNT5A–FZD3/FZD6、POSTN–ITGAV+ITGB5、MDK–SDC2等通路相互作用。空间上，WNT5A⁺的MSC样1细胞与表达FZD3/FZD6的柱状干细胞样上皮（Col SLC）和过渡态柱状干细胞样上皮（Trans col SLC）相邻。

下段FRT（MSC样2→上皮）：主要通过 IGF1–IGF1R、FGF2–FGFR1/2/3等通路相互作用。空间上，IGF1⁺的MSC样2细胞与表达IGF1R的下段上皮细胞直接相邻。

经典信号通路的区域差异：

WNT4、BMP4、FGF7主要来自MSC样细胞；WNT7A主要来自上皮自身（Trans col SLC和Squa SLC）。

相应受体在早期上皮亚型中广泛表达，但在分化的鳞状上皮（Early/Late squa diff epi）中基本缺失。

关键受体（FZD5、FGFR2、SMAD1）在上段FRT中随发育表达增加，而SMAD4在下段FRT中相对降低，提示不同区域对信号通路的响应存在差异。

潜在的上段特异性信号（SLIT2–ROBO）：上皮来源的SLIT2与MSC样1细胞上的ROBO1/ROBO2受体相互作用，可能参与间充质细胞的空间定位和上段子宫内膜基质区室的形成。

结果6、FRT发育过程中次要细胞谱系的分子特征和时空动态

次要细胞谱系（神经、施万细胞、内皮、免疫细胞）的亚型鉴定、时空分布和潜在功能

关键空间发现：

神经元和施万细胞分布于外周。

DCs大量聚集在中间间充质区域（GW18起明显），且在上段和下段有不同定位：上段DCs优先浸润外层平滑肌层，下段DCs主要在平滑肌层内缘，提示早期免疫区室化和区域特异性免疫功能的预配置。

细胞通讯：免疫细胞通过SLIT、GZMA-PARD3、SPP1、PDGF、FGF、IGF、NRG等通路与间充质和上皮相互作用，其中GZMA-PARD3（抗菌/免疫监视）和SPP1（迁移/黏附/组织重塑）通路在两类相互作用中均增强，提示免疫细胞在发育微环境中发挥活跃的调控作用。

最后，来看看方法

华大空转数据分析（bin50）

通讯分析

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