Cell：北大×清华×华大合作开发SPAC-seq技术，完美融合CRISPR筛选与空间组学，实现空间分辨功能基因组学研究

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

生物系统本质上具有空间组织性，细胞间相互作用和分子过程均发生在特定的空间环境中。在空间生物学的先进工具中，空间转录组学已被证明是一种强大的方法，能够研究组织结构、空间嵌入的基因表达模式、细胞群落以及细胞间相互作用。

近年来，空间转录组学的发展使得在单细胞分辨率下实现全转录组范围的分析成为可能，为研究肿瘤微环境（TME）等复杂组织生态系统提供了前所未有的机遇。然而，用于建立基因表达与其对空间表型功能效应之间因果关系，以及驱动这些过程的调控通路的工具，目前仍处于很大程度上的空白状态。

2026 年 5 月 26 日，北京大学定量生物学中心曾泽贤团队联合清华大学基础医学院潘登团队及华大生命科学研究院冯驭团队（张皓睿、张宗旭、王沛宇为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表题为：Uncovering Spatially Resolved Functional Genomics with CRISPR Screen Sequencing 的研究论文。

该研究开发了一种新型空间 CRISPR 筛选测序技术——SPAC-seq（Spatial CRISPR Screen Sequencing）以及一个统计空间扰动分析工具包——TARDIS。SPAC-seq 首次实现了在商业化单细胞分辨率空间转录组平台上的高通量 CRISPR 筛选；TARDIS 则是首个面向高维度、高内涵空间扰动组学数据的统计分析工具箱。SPAC-seq 与 TARDIS 的结合，共同推动了空间功能基因组学的研究进展，包括细胞定位、微环境组织、通路调控以及配体-受体相互作用等领域的发现。

基于 CRISPR-Cas9 的基因编辑技术，利用 sgRNA 引导 Cas9 蛋白实现靶向基因组编辑，通过将基因扰动与特定表型（例如细胞生长、存活率和标志基因表达）直接关联，彻底改变了功能基因组学的研究方式。这种方法可通过使用 CRISPR 文库筛选扩展至高通量水平，从而实现对基因功能的系统性研究。单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）的出现进一步拓展了这些能力，使得在受扰动的单个细胞中实现全转录组水平的基因表达谱分析成为可能，例如 Perturb-seq 和 CROP-seq 等平台便是典型代表。

将 CRISPR 筛选与空间转录组学相结合，为识别与空间功能表型相关的基因以及阐明其潜在调控通路提供了独特的机会。研究人员已利用空间蛋白质组成像技术，基于特定局部扩增扰动中的标志蛋白来表征免疫浸润表型。最近，研究人员开始探索采用成像方法对 sgRNA 文库进行空间分辨检测，为未来整合 sgRNA 与转录组检测的空间分辨率的 CRISPR 筛选奠定了基础。

基于测序的空间 CRISPR 筛选为连接基因功能和调控通路与空间表型提供了一种高通量方法，弥补了空间生物学中全转录组分析的空白。

在这项最新研究中，研究团队开发了一种高通量的空间 CRISPR 筛选平台——空间 CRISPR 筛选测序（spatial CRISPR screen sequencing，SPAC-seq），以及一个统计空间扰动分析工具包——TARDIS（target prioritization toolkit for perturbation data in spatial omics），利用单细胞分辨率的空间全转录组数据，实现了空间分辨率的功能基因组学研究。

利用 SPAC-seq 和 TARDIS，研究团队将基因扰动与空间表型及通路联系起来，揭示了肿瘤细胞中 Icam1 基因的缺失如何通过免疫抑制和巨噬细胞极化促进肿瘤转移。在CD8⁺ T细胞中，研究团队发现了 Cd44 通过与巨噬细胞上的 Spp1 相互作用，调控空间表型。此外，该研究还证实了转录因子-趋化因子受体信号轴将细胞状态与趋化运动耦合的模型。