Nat Neuro丨曹俊越/周伟团队推出新技术IRISeq：无需光学成像的空间转录组揭示淋巴细胞驱动的脑衰老|免疫性疾病|周伟|曹俊越|淋巴细胞|特异性|转录组

近年来空间转录组学的爆发式发展，让人们得以在组织原位读取细胞的分子身份与位置 —— 但要把“ 看见” 变成“ 测量” ，研究者通常都绕不开两件事：一台昂贵的成像仪器，和一张预制好的捕获阵列。这意味着实验规模、样品尺寸与覆盖广度都被光学设备的吞吐能力所约束，跨脑区、跨样本、跨基因型的大规模空间衰老研究始终难以落地。能不能把空间信息完全交给测序，让任何具备常规分子生物学条件的实验室都做得起？

2026年5月12日， The Rockefeller University 的曹俊越与周伟团队（ MD-PhD 学生AbdulraoufAbdulraouf与研究助理WeirongJiang为本文共同第一作者）在 Nature Neuroscience 发表研究： Optics-free spatial genomics for mapping mammalian brain aging by IRISeq ，推出IRISeq——一个完全基于测序、无需任何光学设备的空间转录组平台，并以小鼠脑衰老为应用场景，揭示了淋巴细胞在脑室周围炎症与室管膜细胞流失中的关键驱动作用。

理解细胞与分子在组织中的空间组织方式，是研究衰老与疾病过程中细胞网络动态的基础。过去几年，多重原位杂交（如 MERFISH 、 seqFISH ）和条码捕获阵列（如 10x Visium 、 Slide-seq ）极大地拓展了空间转录组的范畴。然而，这些方法在通量、成本与组织覆盖范围上各有妥协：原位杂交受限于成像速度与多通道荧光带宽，而条码阵列则受制于阵列尺寸、扫描时间与昂贵的光学设备。

更深层的问题是 —— 空间信息能否摆脱“ 光学” 这一物理约束？借鉴 Hi-C 用条码序列编码三维染色质邻里关系的思路，研究团队提出了一个看似简单却根本不同的策略：用 DNA 分子之间的局部交互来直接“ 画” 出组织地图。

测序即空间：双珠系统重构组织坐标，单切片成本约 $30

IRISeq 的核心是两类经组合索引（ split-pool ）独立编码的水凝胶珠：携带 PolyT 序列的 " 接收珠 " 用于捕获组织 mRNA ，而带有光裂解键和 PolyA 序列的 " 发送珠 " 在紫外光照下释放可扩散的发送寡核苷酸。这些发送序列扩散到附近的接收珠并被捕获，从而在序列层面记录下 " 哪一颗珠子靠近哪一颗珠子 " 的空间邻里关系。冷冻组织切片置于均匀铺布的珠阵列上方，通过杂交完成 mRNA 捕获；测序数据被解析为两个矩阵 —— 基因表达矩阵和珠 - 珠交互矩阵。前者赋予每个空间位点以转录组身份，后者经 PCA 与 UMAP 降维即可重建出二维组织坐标，与切片的解剖结构高度吻合。整套流程的耗材成本约为每张切片 $30 ，珠径在 5–50 微米之间可调，研究团队还通过 dendrimer 增密策略提升了高分辨率版本的 DNA 密度 —— 这一切意味着 IRISeq 可以在常规实验室条件下完成跨样本、可调分辨率、不依赖任何成像设备的大规模空间转录组分析。

46 万空间位点 × 78 万单细胞，绘制小鼠脑衰老的区域特异图谱

为系统刻画衰老脑的空间分子动态，研究团队对超过 70 张冠状切片进行了 IRISeq 分析，覆盖成年与衰老小鼠脑中的 25 个解剖区域，最终获得 46 万余个空间转录组位点；同时使用实验室此前发表的 EasySci 平台对相同样品完成了 78 万余个单核转录组分析，与空间数据相互验证。结果揭示了脑衰老的双层规律：在 25 个脑区中检出 538 个上调与 386 个下调的衰老差异基因，其中 80 个下调与 33 个上调基因在十个以上脑区呈现一致变化 —— 下调基因主要涉及线粒体（ Cox8a 、 Cox17 ）、核糖体（ Rpl30 、 Rps15a ）和纤毛功能（ Cfap74 ），上调基因则集中于补体、抗原呈递与干扰素响应通路。值得指出的是，干扰素响应在脑室周围区域增幅最大，而脑室区本就是衰老相关炎症的核心阵地。区域特异性变化同样显著：血管区域中平滑肌相关基因（ Myom1 、 Mylk 、 Myl9 ）广泛下调，提示血管完整性的衰老性丧失；淋巴细胞标志基因（ Cd24a 、 Ighm 、 Cd52 ）则在脑室、白质与下丘脑区出现衰老性升高 —— 这一线索为后续的因果实验埋下了伏笔。

借助 IRISeq 每颗接收珠捕获邻域多细胞转录组的特性，研究团队进一步量化了细胞亚型在同一颗珠子周围的共定位频率，识别出 499 对衰老相关显著变化的细胞 - 细胞相互作用，主要分布于皮层、纹状体、杏仁核与白质区。在衰老白质中，研究团队观察到一种值得注意的“ 重新组合” ： Pcdh6+ 少突胶质前体细胞与 Gfap -low Fat2-high 星形胶质细胞之间的相互作用普遍减少；与之相对， Csf1+ 疾病相关小胶质（ DAM ）、 C4b+ 反应性少突胶质细胞与 Gfap -high 激活态星形胶质细胞之间的共定位则显著增强 —— 研究团队将这一三细胞型组合命名为潜在的“ DAM 微环境” （ DAM niche ）。超几何检验显示， DAM 与反应性少突胶质细胞、 DAM 与激活态星形胶质细胞在同一邻域内的共现远超随机预期（ p = 5e-4 与 1e-17 ），且这一空间签名在 10x Visium 数据中得到独立验证。换句话说，衰老白质并非各类胶质细胞各自独立激活，而是被组织成了具有特定空间结构的胶质炎症微环境 —— 这是单细胞测序难以直接看到的层次。

淋巴细胞缺失保留了室管膜细胞，并削弱脑室区的干扰素活化

观察到淋巴细胞标志基因在衰老脑中的区域性升高之后，研究团队提出了一个关键问题：淋巴细胞究竟是衰老脑炎症的旁观者，还是驱动者？为此他们引入两种缺失成熟淋巴细胞的免疫缺陷小鼠模型 ——B6.129S7-Rag1tm1Mom/J （ Rag1 KO ）与 B6.Cg-Prkdcscid/ SzJ （ Prkdc scid ），并在两种基因型上重复了 IRISeq 的衰老脑空间分析。结果显示，两种突变体共同上调了一组室管膜（ ependymal ）标志基因（ Foxj1 、 Ccdc153 、 Rsph1 ）和脉络丛标志 Ttr ，尤其在缰核与第三脑室区显著富集；与此同时，干扰素响应基因（ Ifit3 、 Ifit3b 、 Oasl2 、 Bst2 、 Rtp4 ）在淋巴细胞缺陷脑中明显下调，且降幅在脑室与白质 —— 衰老脑炎症最强烈的区域 —— 最为突出。 78 万单核数据进一步验证了空间发现：通常随衰老而流失的室管膜细胞群在两种突变体中得以保留，反向印证了淋巴细胞缺失对该细胞群的保护效应；同时，研究团队还识别出一种此前未被报道的 Dhcr7+ Tmtc2+ 小胶质亚群 —— 其特异性出现仅见于淋巴细胞缺陷的脑组织。室管膜细胞的丰度恢复伴随着干扰素响应的显著抑制和补体 C3 表达的明显下调。综合以上证据，淋巴细胞被定位为推动脑室区干扰素活化与室管膜细胞衰老性丢失的关键上游因素，而靶向调控外周淋巴细胞响应，可能成为缓解衰老脑室区炎症的一条可行路径。

意义与展望

IRISeq最直接的意义是把空间转录组的入门门槛大幅降低：成本压到约$30/切片，去除了对昂贵成像设备的依赖，珠径可在5–50微米之间调节——这意味着普通分子生物学实验室也可以开展跨样本、跨基因型、跨大切片的大规模空间分析。

更深层的概念性贡献来自该平台所揭示的衰老脑生物学：以往研究多将干扰素响应升高、室管膜细胞流失视为脑衰老的 " 原发 " 特征，而本研究借助免疫缺陷模型直接证明，淋巴细胞是这些炎症与细胞流失现象的关键上游驱动力。对于阿尔茨海默病等以脑室周围炎症与脑脊液循环紊乱为特征的神经退行性疾病而言，外周免疫 - 中枢神经系统轴的精细调控，是一条值得严肃探索的干预方向。

放眼未来， IRISeq 高通量、低成本、无成像依赖的特性使其天然适合扩展到全器官乃至全机体尺度的空间组学分析 —— 跨性别、跨年龄、跨疾病状态的大规模空间图谱，将为识别区域特异性的脆弱节点、设计精准的衰老与疾病干预策略提供新的实验工具。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41593-026-02293-1

制版人：十一

学术合作组织

（*排名不分先后）