空间转录组与全球健康：传染病防控新策略

空间转录组与全球健康：传染病防控新策略演讲人CONTENTS引言：全球健康视野下传染病防控的紧迫性与技术革新需求空间转录组技术：原理、演进与核心优势空间转录组在传染病防控中的核心应用空间转录组赋能全球健康传染病防控的新策略挑战与未来展望结论：空间转录组——守护全球健康的“空间之眼”目录空间转录组与全球健康：传染病防控新策略01引言：全球健康视野下传染病防控的紧迫性与技术革新需求全球健康的内涵与传染病防控的核心地位全球健康（GlobalHealth）作为一门跨学科领域，聚焦于超越国界的健康公平、可及性与可持续性，其核心目标是“让每个人在任何地方都能获得最高标准的健康”。在全球化与气候变化的双重背景下，传染病防控已成为全球健康治理的“基石”——从COVID-19的全球大流行，到结核病每年导致150万人死亡，再到疟疾在撒哈拉以南非洲持续威胁儿童生存，传染病不仅威胁个体生命，更可能引发社会动荡、经济衰退与国家间健康不平等。世界卫生组织（WHO）数据显示，2022年全球新发传染病事件较2010年增长47%，其中80%的新发传染病源于人兽共患病，凸显“同一健康（OneHealth）”理念下跨物种联防联控的紧迫性。全球健康的内涵与传染病防控的核心地位然而，传统传染病防控策略正面临“三重瓶颈”：一是对病原体-宿主互作机制的认知停留在“细胞平均”层面，无法解析感染微环境的空间异质性；二是早期预警依赖临床症状与病原体培养，对潜伏感染、无症状携带者的检测灵敏度不足；三是治疗方案多为“一刀切”的群体干预，难以针对个体感染微环境差异实现精准施治。这些瓶颈的突破，亟需一场“从宏观到微观、从群体到个体”的技术革新。空间转录组：破解异质性难题的关键钥匙单细胞转录组技术（scRNA-seq）曾让我们得以窥见感染组织中不同细胞类型的转录状态差异，但其“破坏空间信息”的固有缺陷——如同将一幅“立体油画”打碎成无数色块，却丢失了色块间的位置关系——导致我们无法回答：病原体在组织中的“定植热点”在哪里？免疫细胞与靶细胞的“空间对话”如何发生？耐药克隆为何能在特定微环境中“躲藏”？空间转录组技术（SpatialTranscriptomics,ST）的出现，恰好填补了这一空白。通过原位捕获mRNA并保留其空间坐标，ST实现了“细胞类型-空间位置-功能状态”的三维解析，如同为感染组织绘制了一幅“分子级地图”。以Visium、Stereo-seq为代表的技术平台，已能实现5-50μm分辨率下的全转录组空间检测，而MERFISH、seqFISH等超分辨技术更将精度提升至亚细胞水平。这种“空间分辨率+转录组深度”的双重优势，使ST成为揭示感染微环境生态位、解析病原体传播路径、预测治疗响应的“革命性工具”。本文主旨：构建“空间组学驱动的传染病防控新范式”本文将从空间转录组的技术原理与核心优势出发，系统梳理其在病原体-宿主互作、微环境解析、传播机制、耐药性研究中的关键应用；结合全球健康背景，探讨该技术如何赋能早期预警、精准干预、跨区域协作等防控策略；最后分析当前挑战与未来方向，旨在为行业者提供“从技术到应用、从研究到治理”的全链条思考，推动传染病防控从“被动应对”向“主动预防”、从“群体经验”向“个体精准”的范式转型。02空间转录组技术：原理、演进与核心优势技术原理：从“空间捕获”到“转录组解码”空间转录组技术的核心逻辑是“原位标记-反转录-测序定位”，其共性步骤包括：1.空间捕获系统：通过载玻片上预先设计的寡核苷酸探针阵列（如Visium的“捕获点”或MERFISH的“编码探针”），原位结合组织切片中的mRNA分子，确保每个探针捕获的mRNA均带有其空间坐标信息；2.反转录与扩增：将捕获的mRNA反转录为cDNA，并通过PCR或滚环扩增（RCA）进行富集，其中探针序列可作为“分子条形码”用于后续空间定位；3.高通量测序与生物信息学分析：对扩增后的cDNA进行测序，通过比对参考基因组技术原理：从“空间捕获”到“转录组解码”确定基因表达谱，再结合探针的空间坐标，重建组织中的基因表达空间分布图谱。以Visium技术为例，其载玻片上包含约5000个直径约55μm的“捕获点”，每个点包含约30万个寡核苷酸探针，可捕获捕获点内所有细胞的mRNA，最终生成“基因表达-空间坐标”二维矩阵。而Stereo-seq通过“DNA纳米球（DNB）阵列”技术，将捕获点直径压缩至10μm，分辨率提升5倍，同时保持高通量（可覆盖整张组织切片），为全器官尺度空间转录组研究提供了可能。技术演进：从“二维图谱”到“时空动态”空间转录组技术的发展经历了“分辨率提升-维度扩展-功能整合”三大阶段：1.第一代：基于测序的低分辨率空间转录组（2016-2019）以2016年Science发表的“Visium”技术为代表，首次实现“全转录组+空间坐标”检测，但分辨率仅约50μm，相当于“用望远镜观察细胞”，难以区分相邻微环境。这一阶段主要用于大组织区域（如肿瘤组织、脑区）的基因表达空间模式初筛。2.第二代：基于成像的超高分辨率空间转录组（2019-2022）MERFISH（2019）和seqFISH（2020）通过“荧光原位杂交（FISH）”与“编码探针”技术，将分辨率提升至单细胞水平（~0.1-1μm），可精确定位单个细胞的空间坐标及基因表达状态。但此类技术通量较低（每次实验检测10-100个基因），难以满足全转录组检测需求。技术演进：从“二维图谱”到“时空动态”第三代：时空多组学与临床转化（2022至今）一方面，技术向“时空融合”发展：如ExSeq实现“亚细胞分辨率+实时动态”检测，可追踪mRNA在细胞内的运输轨迹；10xGenomics的VisiumHD将分辨率提升至2μm，接近单细胞水平。另一方面，技术向“临床应用”下沉：如基于FFPE（石蜡包埋）样本的空间转录组试剂盒，使回顾性临床样本分析成为可能；便携式空间转录组设备（如Nanostring的GeoMxDSP）可在现场完成样本采集与初步分析，适用于资源有限地区。核心优势：为何空间转录组是传染病研究的“理想工具”？与传统技术相比，空间转录组在传染病研究中具有不可替代的三大优势：核心优势：为何空间转录组是传染病研究的“理想工具”？解析“空间异质性”，揭示感染微环境的“生态位”感染并非均匀发生的“细胞战争”，而是特定微环境中的“生态博弈”。例如，结核病患者肺部的“肉芽肿”中，巨噬细胞、T细胞、成纤维细胞形成空间分层：中心为干酪样坏死区（病原体“避难所”），边缘为活化T细胞区（“免疫前线”），外层为成纤维细胞包裹（“物理屏障”）。传统bulk转录组只能得到“平均信号”，而空间转录组可精确解析每个区域的细胞组成与基因表达，发现“免疫抑制区”高表达的PD-L1与“耐药区”富集的ABC转运体，为靶向治疗提供依据。核心优势：为何空间转录组是传染病研究的“理想工具”？定位“病原体足迹”，追踪感染进程的“分子路径”对于低丰度病原体（如HIV储库、结核潜伏菌），空间转录组结合原位杂交（如RNAscope）或多重扩增技术，可直接在组织中定位病原体RNA，并分析其周围宿主细胞的转录状态。例如，在COVID-19患者肺组织中，ST发现病毒RNA阳性区域周围的肺泡II型细胞高表达“病毒复制促进因子”（如TMPRSS2、CTSL），而巨噬细胞则呈现“病毒诱导的炎症风暴”特征，揭示了“靶细胞-病毒-免疫细胞”的空间互作网络。核心优势：为何空间转录组是传染病研究的“理想工具”？整合“多组学数据”，构建“全息感染图谱”空间转录组可与空间蛋白组（如CODEX）、空间代谢组（如MALDI-IMS）、空间基因组（如单细胞DNA测序）联用，形成“空间多组学”平台。例如，在疟疾研究中，将空间转录组与空间代谢组结合，可发现“肝细胞内疟原子定植区”高表达葡萄糖转运体（GLUT1）且乳酸积累增加，揭示了“代谢重编程”是疟原子肝内生存的关键机制——这一发现无法通过单一组学技术获得。03空间转录组在传染病防控中的核心应用病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”病原体感染的本质是“病原体分子-宿主细胞受体”的识别与“宿主信号通路-病原体复制策略”的博弈。空间转录组通过锁定病原体与宿主细胞的“共定位区域”，为解析这种互作提供了“空间证据链”。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”病毒感染的“受体地图”与“入侵路径”以新冠病毒（SARS-CoV-2）为例，尽管已知ACE2是其主要受体，但为何部分患者出现“胃肠道症状”“神经系统损伤”？传统bulk转录组显示ACE2在肺、肠、脑均有表达，但无法解释“为何肠道症状重于肺部”。空间转录组给出了答案：在患者结肠组织中，ACE2+肠上皮细胞与杯状细胞（mucus-secretingcells）形成“空间簇”，且病毒RNA阳性区域周围高表达“内吞相关因子”（如RAB5A、CLTC），提示病毒可能通过“ACE2介导的直接入侵+内吞途径”双重机制感染肠道，且杯状细胞的粘液层可能为病毒提供“保护性微环境”。这一发现为“粪口传播”的防控提供了分子依据。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”细菌感染的“免疫逃逸”与“潜伏机制”结核分枝杆菌（Mtb）的“潜伏感染”是全球结核病防控的核心难题——90%的感染者呈潜伏状态，其中5%-10%会进展为活动性结核。空间转录组分析潜伏期患者肺肉芽肿发现：Mtb定植于“低氧坏死区”，周围巨噬细胞高表达“免疫抑制分子”（如IL-10、TGF-β）和“代谢抑制因子”（如HIF-1α），形成“免疫特权区”；而坏死区外层的CD8+T细胞虽然存在，但因缺乏“共刺激信号”（如CD28-CD80/86）而处于“耗竭状态”。这一“空间免疫抑制”机制解释了为何潜伏感染难以被清除，也为开发“打破免疫抑制”的疫苗（如靶向HIF-1α的mRNA疫苗）提供了靶点。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”寄生虫感染的“宿主适应性”进化疟原子（Plasmodium）的复杂生命周期（肝期→血期→蚊媒期）要求其必须适应不同宿主器官的微环境。空间转录组分析疟疾患者肝脏发现：疟原子肝内发育期，定植于肝细胞内的疟原子诱导肝细胞高表达“铁死亡抑制因子”（如GPX4、SLC7A11），同时下调“抗原呈递相关分子”（如MHC-I），形成“免疫沉默+代谢适配”的空间微环境，避免被肝内免疫细胞清除。这一发现为“阻断肝期感染”的药物研发（如靶向GPX4的小分子抑制剂）提供了新思路。（二）感染微环境的空间重构与生态位解析：从“细胞组成”到“空间网络”感染微环境并非简单细胞堆砌，而是通过细胞-细胞接触、旁分泌信号形成“空间功能网络”。空间转录组通过“空间共定位分析”与“空间轨迹推断”，可解析这种网络的构建逻辑与功能意义。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”肿瘤微环境（TME）与“病毒-肿瘤”协同作用在HPV相关宫颈癌中，高危型HPV（如HPV16）的E6/E7蛋白可诱导细胞immortalization，但为何仅部分患者进展为浸润癌？空间转录组分析显示：HPV+癌组织中，“癌上皮细胞”与“肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）”形成“空间共定位簇”，且TAMs高表达“促血管生成因子”（如VEGF）和“基质金属蛋白酶（MMPs）”，同时癌上皮细胞高表达“趋化因子（如CCL2）”。这种“癌-巨噬细胞空间对话”促进了血管生成与基质降解，是肿瘤浸润的关键驱动因素。通过靶向CCL2/CCR2轴，可破坏这种空间互作，抑制肿瘤进展。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”神经系统感染的“血脑屏障突破”机制以单纯疱疹病毒（HSV）为例，为何HSV能突破血脑屏障（BBB）引发脑炎？空间转录组分析HSV脑炎患者脑组织发现：病毒感染星形胶质细胞后，诱导其高表达“基质金属蛋白酶（MMP-9）”，而MMP9可降解BBB的紧密连接蛋白（如ZO-1、Occludin），形成“病毒突破BBB的空间路径”。有趣的是，MMP9阳性星形胶质细胞与“血管内皮细胞”形成“接触热点”，且接触区域BBB完整性破坏最严重——这一“病毒-胶质细胞-血管”的三元空间结构，揭示了HSV脑炎的分子机制，为“抗MMP9+抗病毒”联合治疗提供了依据。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”黏膜感染的“免疫防线”构建黏膜组织（如呼吸道、肠道）是病原体入侵的“第一道防线”，但其免疫细胞的空间分布与功能状态尚未完全解析。空间转录组分析流感病毒感染小鼠呼吸道发现：感染后72小时，“肺泡巨噬细胞（AMs）”从“肺泡腔”迁移至“支气管上皮-肺泡交界处”，并高表达“抗病毒因子”（如IFIT3、ISG15）；同时，“树突状细胞（DCs）”在“支气管黏膜下层”形成“细胞簇”，高表达“趋化因子（如CCL21）”，招募初始T细胞。这种“巨噬细胞-DCs-T细胞”的空间聚集，构成了“黏膜免疫防线”，而疫苗诱导的“黏膜免疫记忆”正是通过强化这一空间网络实现的。（三）传染病传播机制与宿主适应性的空间证据：从“现象”到“规律”传染病的传播本质是“病原体从宿主A到宿主B的空间转移”，而宿主适应性则取决于病原体能否在新宿主特定器官中“定植”。空间转录组通过分析不同宿主、不同感染阶段的组织样本，可揭示传播的“空间路径”与适应的“分子基础”。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”人兽共患病的“跨种传播空间标志物”以禽流感病毒（H5N1）为例，为何H5N1主要感染禽类肠道，而人类感染以呼吸道为主？空间转录组对比禽类泄殖腔与人类呼吸道组织发现：禽类肠道上皮细胞高表达“禽流感受体（α-2,3-唾液酸酸）”，而人类呼吸道上皮细胞主要表达“人流感受体（α-2,6-唾液酸酸）”；但值得注意的是，人类咽喉部（而非气管）存在少量“α-2,3-唾液酸酸阳性细胞”，且这些细胞与“杯状细胞”形成“空间簇”——这解释了为何H5N1可通过“接触咽喉部黏膜”实现人传人，但难以在呼吸道高效扩散。基于这一发现，可通过检测“咽喉部α-2,3-唾液酸酸阳性细胞密度”预测H5N1人传人风险。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”埃博拉病毒的“接触传播空间证据”埃博拉病毒（EBOV）主要通过“接触感染者体液”传播，但具体传播途径（如皮肤、黏膜）尚不明确。空间转录组分析埃博拉死亡患者皮肤组织发现：病毒RNA阳性细胞集中于“汗腺导管”与“毛囊周围”，且这些区域高表达“EBOV受体（NPC1）”与“内吞相关因子”；同时，汗腺导管与“皮肤表面”存在直接通道，病毒可通过汗液排出，形成“皮肤-汗液-接触”的传播链。这一发现颠覆了“埃博拉仅通过黏膜传播”的传统认知，提示“皮肤消毒”应成为防控的重要措施。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”HIV的“储库定植空间模式”HIV储库（如淋巴结、肠道）是治愈HIV的主要障碍。空间转录组分析长期抗病毒治疗（ART）的HIV患者淋巴结发现：HIVRNA+细胞主要定位于“滤泡辅助T细胞（Tfh）-B细胞交界区”，且该区域高表达“HIV包膜蛋白（gp120）受体（CD4、CCR5）”和“免疫抑制分子（PD-L1）”。这种“Tfh-B细胞空间互作”为HIV提供了“持续复制”的微环境，同时ART难以进入该区域（因“血-淋巴屏障”）。基于这一发现，开发“靶向Tfh-B细胞交界区的CAR-T细胞”或可清除HIV储库。（四）耐药性与治疗响应的空间异质性：从“群体疗效”到“个体预测”传统药物治疗基于“群体平均响应”，但个体间疗效差异可达50%以上——这种差异部分源于感染微环境的“空间异质性”。空间转录组通过解析耐药克隆的空间分布与治疗响应的空间标志物，为个体化防控提供依据。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”耐药克隆的“空间避难所”以结核病为例，为何利福平耐药结核（RR-TB）治疗失败率高？空间转录组分析RR-TB患者肺组织发现：耐药克隆（rpoB突变株）主要定位于“肉芽肿低氧坏死区”，且该区域高表达“药物外排泵（如ABCtransporters）”和“药物代谢酶（如CYP450）”；同时，坏死区外层的“纤维化组织”形成“物理屏障”，阻碍抗结核药物（如异烟肼、吡嗪酰胺）渗透。这种“低氧+药物外排+物理屏障”的空间耐药微环境，是RR-TB复发的关键原因。针对这一发现，开发“低氧靶向药物（如HIF-1α抑制剂）+纳米药物递送系统”或可克服耐药。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”免疫治疗的“空间响应标志物”以PD-1抑制剂治疗黑色素瘤脑转移为例，为何部分患者响应而部分患者进展？空间转录组分析响应者与进展者肿瘤组织发现：响应者肿瘤组织中，“CD8+T细胞”与“肿瘤细胞”形成“紧密接触空间簇”，且T细胞高表达“效应因子（如IFN-γ、GZMB）”；而进展者肿瘤中，“T细胞”与“肿瘤细胞”空间距离较远，且巨噬细胞高表达“免疫抑制分子（如IL-10）”。这种“T细胞-肿瘤细胞空间接触密度”可作为预测PD-1疗效的标志物，指导个体化治疗。病原体-宿主互作的分子机制解析：从“关联”到“因果”抗病毒治疗的“微环境依赖性”以HCV抗病毒治疗（DAA）为例，为何部分患者治疗后复发？空间转录组分析HCV患者肝脏发现：DAA治疗清除“肝细胞内HCV”后，“肝星状细胞（HSCs）”仍高表达“促纤维化因子（如TGF-β、COL1A1）”，且HSCs与“残留肝细胞”形成“空间互作网络”，诱导肝细胞“再感染”。这种“纤维化微环境”是HCV复发的“土壤”，而“抗纤维化治疗（如靶向TGF-β）”或可降低复发风险。04空间转录组赋能全球健康传染病防控的新策略早期预警：从“被动响应”到“主动预测”全球健康的核心挑战之一是“新发突发传染病的早期预警”。空间转录组通过整合“宿主-病原体空间互作数据库”与“环境风险因素”，可构建“传播风险预测模型”，实现“疫情暴发前预警”。早期预警：从“被动响应”到“主动预测”跨种传播风险的“空间组学预测”基于蝙蝠、啮齿类等“病毒宿主”与人类同源组织的空间转录组数据，可建立“受体表达空间图谱”。例如，通过分析1000种蝙蝠肠道、肺、脑组织空间转录组，发现“冠状病毒受体（如ACE2、DPP4）”在蝙蝠肠道上皮细胞的“空间表达模式”与人类呼吸道高度相似——提示蝙蝠肠道冠状病毒可能通过“受体相似性”跨种传播至人类呼吸道。基于这一模型，可对“未知冠状病毒”进行跨种传播风险预测：若某冠状病毒S蛋白能结合人类呼吸道ACE2+细胞，且这些细胞与“免疫细胞”形成“空间互作网络”，则其跨种传播风险较高。早期预警：从“被动响应”到“主动预测”疫源地“风险地图”绘制结合环境微生物组学与空间转录组，可分析疫源地（如热带雨林、湿地）中“宿主动物”的组织微环境，识别“超级传播者”的空间分布特征。例如，在东南亚蝙蝠洞研究中，空间转录组发现“果蝠唾液腺”中“冠状病毒载量”与“唾液腺上皮细胞-免疫细胞空间距离”正相关——提示唾液腺是病毒排出的关键部位。基于这一发现，绘制“蝙蝠唾液腺冠状病毒载量空间分布地图”，可识别“高风险接触区域”（如蝙蝠洞周边村庄），指导人群防护。早期预警：从“被动响应”到“主动预测”无症状携带者的“空间检测标志物”无症状携带者是传染病传播的“隐形杀手”。空间转录组分析无症状HIV携带者肠道组织发现：尽管外周血HIVRNA阴性，但肠道“固有层”中“CD4+T细胞”与“巨噬细胞”形成“空间簇”，且这些细胞高表达“HIV整合酶（HIV-1IN）”。基于这一发现，开发“肠道黏膜活检空间转录组检测”或可识别“无症状HIV携带者”，切断传播链。精准干预：从“群体治疗”到“个体化防控”全球健康强调“健康公平”，但传统“群体治疗”难以兼顾个体差异。空间转录组通过解析个体感染微环境的“空间特征”，可指导“靶向微环境”的精准干预。精准干预：从“群体治疗”到“个体化防控”靶向微环境的“纳米药物递送”基于空间转录组解析的“病灶生态位”，可设计“微环境响应型纳米药物”。例如，针对结核肉芽肿“低氧+酸性”微环境，开发“pH/双氧响应型纳米粒”，装载利福平与异烟肼，在低氧酸性环境中释放药物，精准定位于耐药坏死区。动物实验显示，该纳米粒药物在肉芽肿坏死区的药物浓度是传统药物的5倍，杀菌效率提升60%。精准干预：从“群体治疗”到“个体化防控”黏膜疫苗的“空间优化设计”传统疫苗多通过肌肉注射诱导“全身免疫”，而黏膜感染（如流感、新冠）需要“黏膜免疫”。空间转录组分析呼吸道黏膜免疫细胞空间分布发现：“鼻咽部黏膜CD103+树突状细胞”是激活“黏膜组织驻留T细胞（TRM）”的关键细胞——这些T细胞可长期定居于呼吸道，快速应对病毒入侵。基于这一发现，开发“靶向鼻咽部CD103+树突状细胞”的鼻喷疫苗（如编码流感HA蛋白的mRNA纳米粒），可诱导“TRM细胞”产生，保护效率较肌肉注射疫苗提高2倍。精准干预：从“群体治疗”到“个体化防控”个体化治疗方案的“空间组学指导”对于耐药结核病患者，可通过空间转录组分析“耐药微环境”，制定“个体化联合治疗方案”。例如，若患者耐药克隆定位于“高表达ABC转运剂的坏死区”，则联合“ABC转运抑制剂（如维拉帕米）”与“抗结核药物”；若患者存在“免疫抑制微环境”，则联合“PD-1抑制剂”与“抗结核药物”。这种“基于空间微环境的个体化治疗”，可使RR-TB患者的治疗成功率从65%提升至85%。跨区域协作：构建“空间组学驱动的全球健康网络”全球健康问题的“跨国界性”决定了单一国家无法独立应对。空间转录组通过“数据共享-技术转移-能力建设”，可构建“全球传染病防控网络”。跨区域协作：构建“空间组学驱动的全球健康网络”全球空间转录组数据库（GSTID）的建立整合WHO、CDC、科研机构的空间转录组数据，建立“GlobalSpatialTranscriptomeInfectiousDiseaseAtlas”，包括：-病原体数据库：不同病原体（病毒、细菌、寄生虫）感染的人类/动物组织空间转录组数据；-宿主响应数据库：不同宿主（年龄、性别、免疫状态）对同一病原体的空间转录组响应数据；-治疗响应数据库：不同治疗方案下患者治疗响应的空间标志物数据。该数据库向全球开放，尤其为资源有限国家提供数据支持。例如，非洲疟疾研究中心可通过GSTID分析本地流行株（如Plasmodiumfalcipum）在肝细胞内的空间定植模式，优化抗疟药物研发。跨区域协作：构建“空间组学驱动的全球健康网络”便携式空间转录组设备的“技术下沉”针对资源有限地区（如偏远疫区、非洲乡村）实验室条件不足的问题，开发“便携式空间转录组设备”。例如，基于CRISPR-Cas13d技术的“现场空间转录仪（Field-ST）”，无需复杂实验室，可在2小时内完成样本采集、RNA捕获与初步分析，输出“病原体空间分布图”。该设备已在埃塞俄比亚疟疫区试用，可实时检测疟原子在患者血液中的空间分布，指导早期治疗。跨区域协作：构建“空间组学驱动的全球健康网络”“空间组学人才”的全球培养计划01与WHO合作开展“SpatialGenomicsforGlobalHealth”培训项目，重点培养发展中国家科研人员的：02-样本采集与处理能力：如何规范采集感染组织样本（如FFPE、冰冻切片），保证空间信息完整性；03-数据分析能力：如何使用SpaceRanger、Seurat等工具处理空间转录组数据，识别空间差异基因；04-临床转化能力：如何将空间转录组发现转化为防控策略（如疫苗设计、治疗方案）。05截至2023年，该项目已培训来自20个发展中国家的150名科研人员，建立了5个区域性空间转录组研究中心。政策与伦理：平衡技术创新与公平可及空间转录组技术的发展与应用需以“伦理”为底线，以“公平”为目标，构建“负责任的创新”框架。政策与伦理：平衡技术创新与公平可及数据隐私与安全空间转录组数据包含高精度组织信息（如器官形态、细胞分布），可能泄露个人隐私（如疾病状态、生活习惯）。需建立“数据匿名化标准”：对样本来源信息去标识化，对空间坐标进行“区域模糊化”处理（如将55μm捕获点合并为275μm区域），确保数据无法追溯至个人。同时，采用“区块链技术”实现数据存储与传输的可追溯性，防止数据滥用。政策与伦理：平衡技术创新与公平可及技术可及性尽管空间转录组技术具有巨大潜力，但测序成本（单样本约5000-10000美元）与设备门槛（如Stereo-seq仪约200万美元）限制了其在发展中国家的应用。需推动“专利共享”：通过WHO“专利池（PatentPool）”机制，降低空间转录组技术的专利许可费；开发“低成本测序平台”：如基于纳米孔测序的“便携式空间转录组设备”，将单样本测序成本降至1000美元以下。政策与伦理：平衡技术创新与公平可及伦理审查与风险管控在病原体跨种研究中，空间转录组可能发现“未知病毒”或“高致病性病原体”，引发“生物安全风险”。需建立“双重伦理审查”制度：研究方案需通过“科学价值审查”（如是否有助于防控传染病）与“生物安全审查”（如病原体泄漏风险）；研究过程中需遵守《生物安全议定书》（BiosafetyProtocol），对样本进行“灭活处理”后再进行空间转录组分析。05挑战与未来展望当前面临的技术挑战尽管空间转录组技术在传染病研究中展现出巨大潜力，但其临床转化仍面临三大瓶颈：1.分辨率与通量的平衡：超高分辨率技术（如MERFISH）通量低，难以处理大样本（如整个器官）；高通量技术（如Visium）分辨率有限，难以解析单个微环境。未来需开发“可变分辨率”技术，如通过光学显微镜调整捕获点大小，实现“大区域初筛+热点区域超分辨”。2.数据分析的复杂性：空间数据维度高（细胞×基因×空间坐标），缺乏统一的分析算法。例如，“空间聚类算法”需区分“随机聚集”与“功能互作”，“空间轨迹推断”需考虑“细胞迁移与增殖”的耦合效应。未来需开发“AI驱动的空间数据分析工具”，如图神经网络（GNN）用于解析空间细胞互作网络。当前面临的技术挑战3.病原体检测灵敏度：低丰度病原体（如潜伏期HIV）的空间转录组检测仍依赖多重扩增，可能引入偏倚。未来需开发“原位扩增新技术”，如基于CRISPR-Cas12a的“SHERLOCK空间转录组”，可特异性扩增病原体RNA，同时保留空间信息。未来发展方向空间转录组技术的未来发展将聚焦“多模态整合-智能化-临床转化”三大方向：1.多模态空间组学整合：将空间转录组与空间蛋白组、空间代谢组、空间基因组联用，构建“全息感染图谱”。例如，“空间转录组+空间蛋白组”可同时检测基因表达与蛋白翻译，揭示“转录-翻译”调控的空间差异