DBiT-seq 空间多组学平台

2025-07-15
FluidicLab
单细胞与空间组学

近年来，空间转录组技术（Spatial Transcriptomics, ST）迅速发展，为探索细胞功能、调控机制及微环境互作提供了前所未有的空间视角。它被 Nature Methods 评为2020年度技术（Method of the Year 2020），并被誉为“将彻底改变细胞生物学、病理学及组织学的研究方式”。

空间转录组分类

空间转录组结合高通量转录组测序与组织结构空间信息，弥补了传统单细胞RNA测序（scRNA-seq）在空间定位上的缺陷。ST技术主要分为两类：

测序型 ST（sST）：通过空间条形码阵列捕获RNA，实现空间分辨测序（图1a）；
成像型 ST（iST）：基于荧光探针与循环成像，在单分子分辨率下实现靶基因的原位测序（图1b）和原位杂交（图1c）。

图1. 空间转录组主要分类¹

为什么要关注 DBiT-seq? 它是 ST 阵营中唯一通过微流控双条码就能实现 RNA-蛋白-表观组学 同片读取、且像素可低至 10 µm 的技术——既保留了近单细胞分辨率，又无需昂贵的高端成像系统。

DBiT-seq 方法概览²

样本前处理：对新鲜或 FFPE 组织切片进行化学固定并轻度渗透，使 RNA / 蛋白原位稳定，同时打开细胞膜通道，确保后续条码溶液能够均匀进入组织。

第一次注入（X-Chip）：PDMS 芯片含 50 条平行微通道（10–50 µm 宽）。负压将条码 A（oligo-dT + UMI + 50 nt 接头）抽入；条码 A 在切片表面与 poly(A)+ mRNA 退火并就地逆转录 → 形成条码A-cDNA 条带。

第二次注入（Y-Chip）：第二块芯片垂直放置；条码 B（带磷酸化 5' 端）被同样的负压抽流；在两条道交叉点处，T4 DNA ligase 将条码 B 与条码A-cDNA 3' 接头连接；这样每一个交点 (= 像素) 获得唯一 “A_i-B_j” 组合。；

二维像素网格：A×B 组合数即像素数 (10x10、20x20 或 50×50)；矩阵坐标由通道序号天然标定。

逆交联 & 裂解回收：采用专用缓冲液解除固定交联并裂解组织，将携带坐标信息的 cDNA、抗体-DNA 或表观学片段释放到溶液中，为建库做准备。

文库制备与上机：根据目标组学（RNA、蛋白-ADT、ATAC、CUT&Tag 等）选择相应建库方案，扩增并纯化片段后进行高通量测序。

图2. DBiT实验流程

关键参数

指标	参数	应用价值
通道宽度	10 µm / 20 µm / 50 µm	10 µm 逼近单细胞，50 µm 适配大组织
检测面积	1×1 mm²、2×2 mm²、5×5 mm²	胚胎 → 器官 → 切片全覆盖
可测组学	RNA、蛋白、ATAC、CUT&Tag	一套硬件，多模态扩展

所有条码寡核苷酸开放自定义。

标准实验流程

步骤	核心	目的与要点
切片固定/渗透	锁定组织形态、打开通道	保证 RNA / 蛋白原位保真，具备条码进入条件
X-Chip 条码 A	横向编码＋原位逆转录	真空抽液，完成第一维编码，cDNA 获得 A 坐标
Y-Chip 条码 B	纵向编码＋连接反应	垂直注入第二维条码，像素获得唯一 A×B 组合，二维坐标完成
逆交联 / 裂解	释放条码-分子复合物	带坐标的 cDNA 片段进入溶液
文库构建 & NGS	转化为测序文库	得到可上机的 RNA / 表观等读段

DBiT-seq技术优势

近乎单细胞的分辨率：10 µm 通道即可逼近单细胞尺度，但仍可一次覆盖 25 mm² 大视野，兼顾精细度与全景。

真正的多组学同源：同一张切片可顺序获得 RNA、蛋白、ATAC、CUT&Tag 等信号——所有层级共用同一 XY 坐标，不再为数据对齐头疼。

条码完全开放、自主扩容：A/B 通道预留空白位，研究者可随时插入自定义寡核苷酸或抗体-DNA 标签；无需等待厂商升级 capture-slide。

流程简单、不依赖高端成像：两轮真空抽流＋常规 NGS 即可完成实验；无需多轮共聚焦或超分辨显微镜，降低进入门槛。

应用案例

Spatial-ATAC / CUT&Tag-RNA³沿用 DBiT-seq 的二维条码编码后，先做原位逆转录捕获 RNA，再直接在同一切片进行 ATAC 或 CUT&Tag，借助同一对 A×B 坐标同时回收“开放染色质 / 组蛋白修饰”与转录组信号，实现表观-转录双模态共定位，并开发算法解析二者动态关联。结果揭示胼胝体髓鞘基因在“开放—沉默—激活”三阶段的空间演变，为后续研究阿尔茨海默病中表观驱动的斑块扩散提供了可能路径。

图3. Spatial-ATAC/CUT&Tag-RNA 联合测序揭示胼胝体髓鞘基因的空间动态³

Spatial-CITE-seq⁴在 DBiT-seq 的条码 A 通道中加入多重抗体-DNA（ADT）标签，使 RNA 与 189 种蛋白位点同时绑定坐标；条码 B 注入后形成像素网格，最终得到 RNA-蛋白同源图谱。分析发现 CD21⁺ 成熟 B 细胞和 CXCL13⁺ 滤泡-辅助 T 细胞存在显著空间互作，而部分趋化因子呈现“蛋白高 / mRNA 低”现象，提示转录后调控在肿瘤微环境中扮演关键角色。

图4. Spatial-CITE-seq 在人扁桃体实现 189 种蛋白与全转录组的共定位解析⁴

ARP-seq / CTRP-seq × CODEX⁵以 DBiT-seq 为核心先捕获 A (open chromatin)、R (RNA)、P (protein) 或 C (CUT&Tag)-T (RNA)-P (protein)，再叠加 CODEX 高维成像；DBiT 的坐标条码把 ATAC/CUT&Tag-RNA-蛋白三模态与 CODEX 图像对齐，构成表观-转录-蛋白-形态四维整合平台。研究发现皮质层特异转录因子（SATB2、FOXP2）的染色质可及性呈“波浪式”向浅层传播，形成表观“时间记忆”，为神经发育时序调控提供了全新视角。

图5. ARP/CTRP-seq × CODEX 多模态解码小鼠大脑 P0–P21 发育时空图谱⁵

FluidicLab-空间组学的核心模块--DBiT-seq套装

在“大样本、真临床、可复制”成为新评价指标的今天，DBiT-seq 凭借高分辨 + 多组学 + 成本友好，让空间组学从“小规模炫技”迈向“高通量常规”。FluidicLab提供的DBiT-seq系统采用压力驱动设备配合聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控芯片通过垂直交叉的微通道（宽度可选10 um、20 um、50 um）对组织切片进行二维编码。

图6. DBiT-seq套装

应用方向

DBiT-seq结合多重抗体-DNA 标签的 Spatial-CITE-seq，同步定位上百种蛋白并与 RNA 数据同源配准

DBiT-seq结合 Tn5/CUT&Tag 体系的 Spatial-ATAC / CUT&Tag-RNA，在同一切片绘制染色质可及性与组蛋白修饰的空间图谱

图7. 基于DBiT-seq做的胚胎空间标记图

参考文献

Rao, A., Barkley, D., França, G. S. & Yanai, I. Exploring tissue architecture using spatial transcriptomics. Nature596, 211–220 (2021).
Liu, Y., Enninful, A., Deng, Y. & Fan, R. Spatial transcriptome sequencing of FFPE tissues at cellular level. 2020.10.13.338475 Preprint at https://doi.org/10.1101/2020.10.13.338475 (2020).
Zhang, D. et al.Spatial epigenome–transcriptome co-profiling of mammalian tissues. Nature616, 113–122 (2023).
Liu, Y. et al.High-plex protein and whole transcriptome co-mapping at cellular resolution with spatial CITE-seq. Nat. Biotechnol.41, 1405–1409 (2023).
Zhang, D. et al.Spatial dynamics of mammalian brain development and neuroinflammation by multimodal tri-omics mapping. bioRxiv2024.07.28.605493 (2024) doi:10.1101/2024.07.28.605493.