当转录、表观遗传、代谢与微生物数据被放在一起,真正的问题已不再是能测多少层,而是这些层次能否共同回答:细胞在哪里、疾病如何变化、治疗为何失效,以及谁更可能获益。
近期的几项研究覆盖空间编码、跨物种图谱、肿瘤耐药、肠道菌群和用药预测。它们既展示了多组学从描述走向机制验证的路径,也提醒我们:图谱中的相关、模型中的因果和临床中的预测,属于不同证据层级。
01 · 光编码|空间坐标|单细胞多组学先给细胞盖上光学坐标,再进入常规单细胞测序流程
这项工作回答了如何在不放弃常规单细胞平台的前提下保留空间位置,为同时阅读细胞状态与组织坐标提供新工具。
该研究开发scSTAMP-seq,以胆固醇偶联、可光切割的标签寡核苷酸标记活细胞和固定细胞,再通过图案化光照把空间坐标写入单个细胞,随后衔接常规单细胞多组学测序,并在人胚样体中进行应用。
光编码后的细胞仍可进入标准单细胞分析流程,使转录状态、表观遗传状态与原始空间位置在同一框架内对应。人胚样体应用展示了空间组织与表观遗传状态同细胞程序之间的联系,为研究异质系统中的位置依赖性差异提供了模块化方案,但并不单独证明这些状态之间存在因果调控。
关键数据
可同时标记活细胞与固定细胞
使用胆固醇偶联、可光切割的标签寡核苷酸
在人胚样体中连接空间坐标与单细胞多组学信息
这项研究值得关注的地方
把空间编码前置到单细胞测序之前,有望扩大常规平台可处理的空间生物学问题。
注:
方法应用集中于人胚样体;性能规模、空间精度及与其他空间技术的定量比较需结合全文判断,且作者中有人是相关专利申请发明人。
02 · 小细胞肺癌|顺铂耐药|微蛋白一个128个氨基酸的微蛋白串起DNA修复与铂耐药
研究从耐药组织和细胞中锁定一个此前未注释的微蛋白,并用多层模型检验其是否参与小细胞肺癌顺铂耐药。
该研究整合顺铂耐药患者来源异种移植组织、IMpower133队列转录组及小细胞肺癌细胞翻译组,识别MIR7-3HG来源的非经典开放阅读框;随后在细胞、耐药患者来源类器官和患者来源异种移植模型中进行CRISPR-Cas9敲除验证。
该开放阅读框编码128个氨基酸的SCRMP。其表达升高与患者铂反应较差及不良生存结局相关;敲除SCRMP则在细胞、类器官和异种移植模型中恢复顺铂敏感性并促进凋亡。机制实验支持SCRMP促进CSNK2B的SUMO化及核转位,稳定RBBP4-p300复合物,并上调RAD51C等DNA损伤修复基因。
关键数据
SCRMP由128个氨基酸组成
SCRMP来源于MIR7-3HG的非经典开放阅读框
敲除验证覆盖细胞、患者来源类器官和患者来源异种移植模型
这项研究值得关注的地方
把非经典开放阅读框产物纳入耐药机制搜索,并形成了从临床相关到多模型扰动验证的证据链。
注:
患者数据支持表达与疗效、生存的相关性;恢复药敏和分子机制主要来自体外及异种移植实验,尚不能等同于患者治疗获益。
03 · 肾脏衰老|单细胞表观组|跨物种图谱肾病中的衰老样表观变化,主要落在肾小管上皮细胞
跨物种图谱追问肾损伤后哪些细胞最像提前衰老,结果把重点指向病理修复区中的肾小管上皮细胞。
该研究构建跨物种肾脏单细胞多组学图谱,覆盖健康与损伤的人肾以及衰老小鼠肾脏,联合分析DNA甲基化、染色质可及性和转录状态,并共测单细胞DNA甲基化与三维基因组结构以定位疾病相关改变。
疾病肾脏中,肾小管上皮细胞呈现突出的加速表观遗传衰老样状态,其转录轨迹与衰老过程相似,尤其涉及缺少CpG岛的谱系特异基因。空间定位显示这些变化集中在未解决修复的病理生态位,并伴随高阶基因组重组、局部甲基化完整性下降及肾功能减退相关基因激活。
关键数据
图谱同时覆盖健康、损伤人肾和衰老小鼠肾脏
联合测量DNA甲基化、染色质可及性与转录状态
表观遗传改变主要定位于肾小管上皮细胞及未解决修复生态位
这项研究值得关注的地方
将肾脏衰老样改变从组织平均信号细化到特定细胞和空间病理区域。
注:
跨物种轨迹相似并不证明人类肾病等同于自然衰老;图谱关联及结构伴随变化仍需功能扰动确认其因果顺序。
04 · 脂肪性肝病|肠菌代谢物|动物因果验证改性柑橘果胶的代谢效应,被追踪到一条菌—代谢物轴
这项小鼠研究不只观察菌群变化,还通过移植、补菌和通路抑制,检验果胶改善脂肪肝表型所依赖的环节。
该研究在代谢功能障碍相关脂肪性肝病小鼠模型中评估改性柑橘果胶,结合宏基因组和代谢组筛选候选菌与代谢物,并采用粪菌移植、活菌或灭活菌补充、db/db小鼠验证,以及SIRT1敲低和EX-527抑制实验。
改性柑橘果胶减少小鼠肝脂质积累、炎症和氧化应激,并富集Alistipesdispar。活菌而非热灭活菌可复制保护表型,并改善db/db小鼠的代谢异常;同时伴随烟酰胺升高及肝脏SIRT1相关通路激活。EX-527消除了果胶和活菌的有益效应,支持该轴在这些动物模型中的功能必要性。
关键数据
活Alistipes dispar可复制保护效应,热灭活菌不能
验证扩展至db/db小鼠
SIRT1抑制剂EX-527消除果胶和活菌的有益效应
这项研究值得关注的地方
通过连续扰动把菌群相关信号收敛为可检验的菌株、代谢物和宿主通路链条。
注:
证据来自小鼠、细菌补充和药理干预;不能据此判断改性柑橘果胶或该菌在人类脂肪性肝病中的疗效与安全性。
05 · 脊髓胶质瘤|表观转录组|肿瘤干性H3K27me3丢失与m6A修饰在SOX11处形成汇合
研究解释了两层异常调控如何共同维持脊髓H3K27改变型胶质瘤的干性,并提出可继续验证的治疗脆弱点。
该研究以患者来源的脊髓H3K27改变型弥漫性中线胶质瘤干样球和血清诱导分化细胞模拟可塑性,联合单细胞转录组、空间转录组、m6A分析、CUT&Tag、ATAC-seq以及体内外功能实验解析调控关系。
分化伴随干性标志、增殖、H3K27M表达和整体m6A水平下降,同时H3K27me3升高。METTL3通过YTHDC2依赖的m6A识别稳定SOX11mRNA,而H3K27me3丢失解除METTL3和SOX11位点的转录抑制;SOX11再与SMARCA4相互作用并增强干性程序。患者肿瘤中,高SOX11与增殖和较差预后相关。
关键数据
分化时整体m6A下降而H3K27me3升高
METTL3经YTHDC2依赖的m6A识别稳定SOX11 mRNA
SOX11与SWI/SNF复合物核心ATP酶SMARCA4相互作用
这项研究值得关注的地方
把组蛋白修饰、RNA修饰与染色质重塑连接为一条可通过扰动检验的肿瘤干性调控链。
注:
患者表达与预后属于相关证据;机制及SMARCA4抑制敏感性主要依赖患者来源细胞和体内外模型,临床预测价值仍需独立验证。
06 · 图学习|数据降噪|空间多组学同一套图学习框架,尝试兼容单细胞与空间配对数据
面对多组学噪声和平台差异,DePass把降噪与整合放在循环框架中,并在多类数据上检验通用性。
该研究提出配对多组学整合框架DePass,以耦合的增强—整合架构迭代降噪并优化联合嵌入;基准测试覆盖6种模态、9类组织和13个实验平台,同时将其应用于团队自建的结直肠癌空间多组学数据。
在所测试的数据集合中,DePass取得更高的整合准确性,并可同时处理单细胞与空间配对数据。结直肠癌应用进一步识别出免疫生态位内部结构和接近单细胞分辨率的空间肿瘤异质性。其主要意义在于用统一框架处理跨数据类型整合,但新识别的生物学结构仍需独立实验确认。
关键数据
基准测试覆盖6种模态
覆盖9类组织和13个实验平台
结直肠癌数据达到接近单细胞的空间解析水平
这项研究值得关注的地方
将噪声处理与跨模态整合共同优化,为不同单细胞和空间平台提供统一分析入口。
注:
未给出具体性能增益幅度;基准优势可能受数据集和评价指标影响,结直肠癌生态位结果也不构成功能或临床验证。
07 · 慢性心衰|肠道菌群|纵向关联双歧杆菌与心衰改善同向变化,但距离因果仍有一步
在人群纵向数据中,菌群变化不仅对应心衰严重程度,也与后续改善相关;体外实验进一步锁定候选代谢物来源。
该研究纳入59名非缺血性心肌病所致慢性收缩性心力衰竭成人和50名健康参与者,开展肠道微生物组与宿主多组学分析,部分参与者接受纵向采样;研究还在体外检测双歧杆菌产生吲哚-3-丙酸的能力。
心衰组出现双歧杆菌减少、短链脂肪酸合成潜能降低及菌群—免疫相互作用改变。纵向分析中,较高双歧杆菌丰度与临床改善相关;循环吲哚-3-丙酸水平则与较轻的心衰严重程度相关。体外实验确认双歧杆菌物种能够产生该代谢物,为人群关联提供了候选生物学连接,但未证明其能改善患者结局。
关键数据
心衰组59人,健康对照组50人
较高双歧杆菌丰度与纵向临床改善相关
体外确认双歧杆菌物种可产生吲哚-3-丙酸
这项研究值得关注的地方
把横断面差异、纵向病程和体外代谢能力放在同一证据链中,缩小了候选菌群标志物范围。
注:
人群结果为观察性关联,且仅部分对象接受纵向采样;体外产物验证不能证明菌株或代谢物对人类心衰具有治疗作用。
08 · 儿童癫痫|丙戊酸|疗效与肝毒性预测代谢组联合药物基因组,同时预测丙戊酸疗效与肝毒性
研究尝试在用药前后复杂个体差异中寻找可计算信号,同时估计儿童丙戊酸治疗反应和肝损伤风险。
该研究纳入194名接受丙戊酸单药治疗的儿童癫痫患者,以非靶向LC-MS/MS代谢组筛选与疗效及肝毒性相关的内源性代谢物,再整合既往药物基因组研究获得的候选SNP,构建逻辑回归模型并进行训练集、测试集及bootstrap内部验证。
疗效相关代谢物主要富集于嘧啶、维生素B6、泛酸和辅酶A生物合成及β-丙氨酸代谢;肝毒性相关信号涉及精氨酸合成、嘧啶、嘌呤和类固醇激素生物合成。联合模型预测疗效的AUC在训练集和测试集分别为0.830和0.817,预测肝毒性的AUC分别为0.816和0.791。
关键数据
共纳入194名儿童癫痫患者
疗效模型AUC:训练集0.830,测试集0.817
肝毒性模型AUC:训练集0.816,测试集0.791
这项研究值得关注的地方
在同一儿童用药场景中并行处理疗效不足和肝毒性两类决策问题,体现多组学风险分层的实际方向。
注:
模型仅完成内部验证,尚需前瞻性、多中心外部验证及标准化代谢物检测;当前AUC不能直接证明模型已适合常规临床决策。
值得关注的趋势
01|空间信息正从成像结果变成可整合变量
光编码、空间转录组和病理生态位定位共同表明,细胞状态只有与所在位置对应,才更容易区分组织平均变化与局部异常程序。
02|机制研究开始要求连续扰动而非单次关联
SCRMP敲除、活菌与灭活菌对照、SIRT1抑制以及肿瘤细胞分化模型,都在用不同层级的干预检验多组学筛出的候选链条;但其因果结论仍限于对应模型。
03|预测模型更接近临床问题,也更需要外部验证
心衰纵向菌群变化和丙戊酸疗效、肝毒性模型展示了风险分层潜力,但观察性关联、内部验证和检测标准化仍是进入临床前必须跨越的环节。
参考文献
1. Piscopio RA, Chialastri A, Wang C, Godzik M, Heom KA, Wang W, Li LJ, Saxena N, Wilson MZ, Dey SS. Photolabile oligonucleotides with topological light gradients enable spatially resolved single-cell transcriptomics and epigenomics. Nat Biotechnol. 2026 Sep 25.
PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42791355/
DOI:https://doi.org/10.1038/s41587-026-03328-5
2. Chen Y, Chen Q, Guo J, Li Z, Yu S, Huang P, Ke X, Shi X, Sun M, Nie F, Liu X. SCRMP-mediated SUMOylation of CSNK2B facilitates DNA damage repair to promote cisplatin resistance in small cell lung cancer. Sci Transl Med. 2026 Sep 23;18(868):eaea5653.
PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42777084/
DOI:https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aea5653
3. Jeong H, Lake BB, Diep D, Li X, Yan Q, Gisch DL, Kaushal M, Reinert S, Eadon MT, Gaut JP, Jain S, Zhang K. A cross-species single-cell kidney epigenome atlas reveals epithelial-dominant aging-like states in disease. Nat Aging. 2026 Sep 24.
PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42786309/
DOI:https://doi.org/10.1038/s43587-026-01221-z
4. Hui H, Huang W, Song T, Song Y, Zhang X, Wang R, Yang J, Wu S, Li X, Peng J. Modified citrus pectin orchestrates hepatic redox homeostasis through an Alistipes dispar-nicotinamide-sirtuin 1 axis to mitigate metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease. Phytomedicine. 2026 Sep 23;162:158817.
PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42800459/
DOI:https://doi.org/10.1016/j.phymed.2026.158817
5. Yan H, Jin J, Chang Y, Pang B, Lin H, An S, Zheng L, Liu Y, Wu Y, Xia W, Sun B, Liu Y, Qin X, Jia W, Chai R, Wang Y. H3K27me3 loss and METTL3-m6A converge to upregulate SOX11/SMARCA4 and drive H3K27-altered spinal cord glioma stemness and proliferation. Neuro Oncol. 2026 Sep 28:noag232.
PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42804733/
DOI:https://doi.org/10.1093/neuonc/noag232
6. Li W, Jiang Y, Zhao Q, Xu Y, Dai D, Rong Y, Zhao X, Zhang H. The dual-enhanced graph learning framework DePass allows paired data integration in single-cell and spatial multiomics. Nat Cell Biol. 2026 Sep 24.
PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42786276/
DOI:https://doi.org/10.1038/s41556-026-02067-8
7. Mamic P, Shi H, Zhou W, Bararpour N, Contrepois K, Park H, Avina M, Schüssler-Fiorenza Rose SM, Brooks AW, Kotaka M, Heidenreich PA, Khush KK, Fowler MB, Tang WHW, Sallam K, Sonnenburg JL, Huang KC, Snyder MP. Gut microbiome shifts in chronic systolic heart failure are associated with disease severity and clinical improvement. Nat Cardiovasc Res. 2026 Sep 24.
PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42786289/
DOI:https://doi.org/10.1038/s44161-026-00854-y
8. Wu C, Yuan X, Pan Y, Yang J, Zhao B, Li L. Integrated metabolomic and pharmacogenomic analysis for prediction of valproic acid efficacy and hepatotoxicity in pediatric epilepsy. Eur J Clin Pharmacol. 2026 Sep 26;82(10):259.
PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42791380/
DOI:https://doi.org/10.1007/s00228-026-04189-2
责编|探索君
排版|探索君
转载请注明来源于【生物探索】
声明:本文仅用于分享,不代表平台立场,如涉及版权等问题,请尽快联系我们,我们第一时间更正,谢谢!
End