在一项新的研究中，来自美国纽约基因组中心、布罗德研究所、哥伦比亚大学、斯坦福大学、纽约大学、弗莱提荣研究所（Flatiron Institute）和瑞典皇家理工学院的研究人员利用新技术绘制出脊髓样本的基因表达图谱，这就为肌肉侧索硬化症（ALS，也称渐冻人症）患者的疾病发生和进展机制提供了新的见解。他们将空间转录组学（spatial transcriptomics）和一种新的计算方法结合在一起，获得脊髓中将近1.2万个基因在时间和空间上的基因表达测量值。结果就是产生一种新的多维基因表达图谱。这种基因表达图谱提供了史无前例的细节和规模，并且提供了一个以前无法获得的关于ALS疾病进展的观点。相关研究结果发表在2019年4月5日的Science期刊上，论文标题为“Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis”。论文通讯作者为纽约基因组中心的Hemali Phatnani博士、纽约大学的Richard Bonneau教授和瑞典皇家理工学院的Joakim Lundeberg博士。

这些研究人员描述了这种时空基因表达图谱如何揭示利用传统测序方法无法观察到的ALS疾病的早期变化。他们还开发出新的计算方法来揭示疾病驱动的中枢神经系统中所有细胞类型的许多信号通路的活性变化，这可能为开发治疗方法和诊断方法提供新的靶标。

与以往的转录组分析研究相比，这项研究的独特之处在于这些研究人员使用的空间转录组学方法，它能够同时在组织切片的许多位置产生RNAseq图谱。因此，他们能够精确地记录组织中几乎每个基因的表达位置。基于此，他们就能够精确记录组织中几乎每个基因的表达位置。他们在ALS小鼠模型中检测了疾病发展的四个时间点，从成年最早期到末期。此外，他们还对ALS患者死后的脊髓样本进行了检测。

在这项新的研究中，这些研究人员收集来自1165个小鼠组织切片的76136个空间基因表达测量值（spatial gene expression measurement, SGEM）和来自80个人类组织切片的61031个SGEM（对于背景而言，下一个最大可比空间分辨率转录组学研究在同一时间点仅考虑了大约12个组织切片）。通过将来自很多组织切片的数据结合在一起，他们能够在待检测的组织区域同时检测将近1.2万个基因的表达。这是首次使用这种空间分辨率方法在这种深度和规模上研究ALS。

Phatnani博士解释道，“空间转录组学分析让我们首次能够在自然的多细胞环境下获得对单个细胞类型中基因表达的重要见解。它能够对细胞间相互作用进行前所未有的研究，这样我们就能够研究和探索ALS中出现问题的特定通路、哪些细胞类型遭受的功能障碍首先在哪里出现，以及这如何通过脊髓进行传播。”

这些研究人员通过交互式数据探索门户网站将这种多维基因表达图谱作为研究界的资源加以提供。他们认为这项研究可为进一步绘制中枢神经系统及其功能障碍模式提供框架，从而不仅有助研究ALS，而且还可有助研究其他的神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿舞蹈病。

从这个全面的、时空的、全转录组范围的基因表达数据集中不断获得的新见解将对推进对ALS的理解至关重要。ALS是一种复杂的神经退行性疾病，没有明确的病因或已知的治愈方法。全世界有20多万人患有ALS，这种疾病通常首先出现在单个肢体的远端肌肉中，然后遍布全身，导致完全瘫痪和死亡。ALS患者的平均预期寿命从确诊时起大约为2～5年。

参考资料：Silas Maniatis et al. Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis. Science, 2019, doi:10.1126/science.aav9776.