迪赢助力客户发表Cell封面文章！北大与清华、华大团队合作开发空间扰动组学平台SPAC-seq ——开创空间CRISPR筛选新范式

空间转录组技术不仅关注细胞内部的基因表达变化，还能解析细胞与细胞、细胞与微环境之间的空间关系，极大地深化了我们对肿瘤微环境、神经环路等复杂系统的理解，但现有空间转录组学主要提供关联性线索，无法直接验证基因功能与空间表型间的因果关系。而经典的CRISPR功能筛选虽能明确基因扰动的影响，却需将组织解离，丢失了细胞的空间位置信息。因此，如何将高通量空间转录组测序与CRISPR screen有机整合，进而在组织原位解析功能基因组学问题，已成为该领域的重要前沿方向。

 

 

2026年5月，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在 Cell 发表封面文章，题为“Uncovering Spatially Resolved Functional Genomics with CRISPR Screen Sequencing”。该研究开发了空间CRISPR筛选技术SPAC-seq（Spatial CRISPR Screen Sequencing）及配套的空间扰动分析工具包TARDIS。SPAC-seq首次在商业化单细胞分辨率空间转录组平台上实现了高通量CRISPR筛选，而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。二者联用在组织原位、单细胞分辨率下同步捕获基因扰动、全转录组图谱及空间坐标，从而将功能基因组学的因果验证能力直接嵌入空间微环境的地图中，为解析肿瘤免疫、细胞迁移等复杂空间生物学机制提供了全新平台。

 

 

技术层面上，传统空间转录组测序主要捕获带polyA尾的mRNA，而CRISPR筛选所用的sgRNA本身缺乏polyA尾，且空间转录组对单个细胞转录本的捕获效率有限、丢失率较高，因此难以在组织切片中稳定检测到sgRNA信号。研究团队设计的全新的CRISPR筛选载体系统SPAC-seq，将sgRNA序列嵌入由逆转录病毒转座子元件驱动的高表达mRNA转录本中，使其能够随mRNA一同被空间转录组芯片捕获并测序。同时，团队采用逆转录病毒系统，显著提高了在小鼠细胞系及多种原代细胞中的文库转导效率。与常用的CROP-seq体系相比，SPAC-seq使小鼠原代细胞的感染效率提升38倍，sgRNA-mRNA嵌合转录本的检出量提升9倍；同时，与Perturb-seq的barcode设计不同，SPAC-seq避免了sgRNA与barcode之间因重组而产生的错配问题。

在生物学层面，这项研究为肿瘤免疫微环境的机制解析贡献了三个重要发现：

1） “肿瘤转移过程中免疫逃逸微环境的形成”，即功能基因如何塑造肿瘤周围的免疫微环境，研究揭示了肿瘤细胞中ICAM1的缺失能够系统性地重塑肿瘤微环境，帮助肿瘤逃避免疫攻击。这一发现验证了SPAC-seq的筛选效能，也为理解肿瘤转移早期的免疫逃逸机制提供了新视角。

2）“T细胞浸润肿瘤的时空筛选”，即功能基因如何影响T细胞在肿瘤微环境中的空间定位与免疫功能。在CD8+T细胞中，研究发现Cd44基因是通过与肿瘤相关巨噬细胞表面的Spp1蛋白相互作用来实现的，提示SPP1-CD44轴有望成为未来肿瘤免疫治疗中的潜在联合干预靶点。

3）“环境因子与细胞内在因子如何共同调控细胞空间定位”， 研究证实环境因子与细胞内在因子之间的相互作用共同塑造了免疫细胞在肿瘤中的空间行为与功能状态。

综上，该研究不仅解决了sgRNA在空间测序中的捕获和兼容性难题，还首次系统地展示了如何在真实的肿瘤微环境中，直接鉴定哪些基因控制着T细胞的浸润位置，哪些基因帮助肿瘤细胞逃避免疫监视，从而将分子机制与组织空间结构联系起来。

 

迪赢助力

该研究基于迪赢合成的高质量寡核苷酸池（oligo pools）构建sgRNA文库。迪赢作为国内新一代核酸合成的深耕者，打破了现有技术的限制，成功开发了具有完全自主知识产权的新一代超高通量DNA合成平台，实现了商业化的核酸合成，并全面提升了DNA合成通量，降低了合成成本，可实现最长350nt、435万条不同的客户定制化序列，拥有高准确度及高均一性。

注：本文的通讯作者是北京大学曾泽贤，清华大学潘登，以及华大基因冯驭。北京大学前沿交叉科学研究院PTN项目的2022级博士生张皓睿、北京大学定量生物学中心（CQB）的2022级博士生张宗旭，以及北京大学生命科学联合中心（CLS）的2024级博士生王沛宇是本文的共同第一作者。