空间组学（Spatial Omics）

一、定义与技术分支

传统组学（转录组、蛋白质组、代谢组）给出的是一份「混合物清单」，丢失了空间信息；空间组学则把这份清单锚定回组织坐标。依据所测分子层级，主流分支包括：空间转录组（测 mRNA 原位分布）、空间蛋白质组（测蛋白原位表达）、空间代谢组（测代谢物原位分布）。三者分别从基因表达、蛋白功能与代谢终产物三个层面刻画组织。

不同分支技术手段不同：空间转录组多依赖原位测序/探针杂交（如基于条形码阵列的方法）；空间蛋白质组既有抗体-based 成像，也有质谱驱动的方案；空间代谢组则主要依赖质谱成像（MSI）。理解分支差异，有助于根据科学问题选对工具。

二、质谱成像在空间组学中的角色

质谱成像是空间代谢组的核心手段，也是空间蛋白质组（尤其是蛋白/多肽层面）的重要工具。相比抗体依赖的方法，MSI 无需先验靶标、可同时呈现数百至数千种代谢物/脂质/药物原位的分布，是「发现型」空间分析的代表。它也常与空间转录组数据整合，用「基因表达变化」对应「代谢/脂质终产物变化」，形成机制闭环。

在空间蛋白质组方向，MALDI 成像可呈现蛋白/多肽的组织分布；在单细胞/亚细胞方向，新策源 LDPI（2–3 μm）等免基质源为代谢层面的单细胞图谱提供了新工具。可以说，MSI 是连接代谢终产物与空间异质性的关键桥梁。

三、主流空间组学技术对比

空间转录组：基于原位测序或探针杂交，分辨率可达亚细胞至单细胞，擅长基因表达谱，但需已知/设计探针、不直接给代谢信息。空间蛋白质组：抗体成像分辨率高、但通量受限；质谱路线（MALDI）覆盖较广但需前处理。空间代谢组：MSI 无标记、多分子并行，但定量与分子量注释仍需方法学支持。

四、多组学整合趋势

单一组学只能看到机制链的一环，而真实生物学过程在转录—蛋白—代谢多层联动。多组学整合（同一组织连续切片或同一平台多模态）成为空间组学的前沿：例如将空间转录组与空间代谢组叠加，可解释「哪些基因上调对应哪些代谢物积累」。

实现整合的瓶颈在于配准（不同切片/模态的坐标对齐）、数据量与分析工具链。质谱成像输出的 imzML 等标准格式，正逐步与转录组、蛋白质组分析流程打通。随着国产免基质成像源（如新策源 LDPI/DPI）降低 MSI 门槛，空间代谢组在多组学整合中的参与度将持续提升。