病理学视角下Xenium 5K与Visium HD空间转录组技术的精准比较研究

本研究针对空间转录组技术（ST）选择难题，通过对比Xenium-5K和Visium-HD在肺癌（LUAD）和结直肠癌（CRC）相同组织切片中的表现，揭示了两种技术在肿瘤亚克隆检测、细胞分割精度及色素组织适应性等方面的互补优势。研究团队结合病理学评估证实：Visium-HD在转录组覆盖广度（检测72.6%独有基因）和肿瘤异质性解析方面突出，而Xenium-5K凭借亚微米分辨率更精准识别不规则细胞形态（如CRC伪复层结构），为技术选择提供了实践指导。成果发表于《Journal of Experimental》，对癌症空间生物学研究具有方法论意义。

在单细胞分辨率成为空间生物学研究标配的今天，科学家们却面临着一个甜蜜的烦恼：面对Visium HD和Xenium这两大高性能空间转录组技术平台，究竟该如何选择？这个问题看似简单，实则关乎研究成败——选错技术可能导致关键生物学信号丢失，尤其当研究对象是形态高度异质性的肿瘤组织时。传统技术比较往往聚焦于纯技术参数，而忽略了病理学家最关心的组织形态保真度、特殊结构解析等临床相关因素。

正是基于这一现状，来自国内研究机构的研究人员开展了一项开创性研究。他们利用同一份肺癌和结直肠癌组织切片，同步进行Visium HD（2μm分辨率，全转录组覆盖）和Xenium-5K（亚微米分辨率，5000基因靶向检测）的空间转录组分析，首次从病理诊断角度系统比较了两大技术的实际表现。这项发表于《Journal of Experimental》的研究不仅揭示了技术间的互补特性，更建立了一套结合组织形态学的评估框架。

研究团队主要采用三种关键技术方法：1）匹配区域分析技术，对相同组织区域的Visium HD（8μm bins）和Xenium-5K数据进行基因检测效率比较；2）Banksy空间聚类算法，解决Xenium默认聚类方法在肿瘤区域分布随机化的问题；3）病理注释驱动的差异表达分析，结合H&E染色定位G2/G3分化区域验证技术敏感性。所有数据均来自公开的肺癌和结直肠癌数据集。

比较分析揭示平台特异性聚类模式
在肺腺癌（LUAD）样本中，Visium HD通过8μm bins将肿瘤上皮分为两个分子簇（Cluster 2和4），完美对应病理分级中的G3（低分化）和G2（中分化）区域。差异基因分析显示G3区域特异性富集上皮-间质转化（EMT）通路，与临床侵袭性表型一致。而Xenium默认聚类产生五个分布混乱的上皮簇，经Banksy算法优化后才重现G2/G3的空间分离模式，证明算法选择对成像数据至关重要。

Xenium在结直肠癌细胞分割中的优势
对于具有伪复层结构的结直肠癌细胞，Visium HD的8μm bins将单个细胞错误分割为基底部和腔面部两个片段，导致腺瘤和浸润癌区域的腔面片段被聚类混淆。而Xenium通过多模态荧光分割完整保留了细胞形态，准确区分了HGIN（高级别上皮内瘤变）和浸润癌区域。值得注意的是，Visium最新的单细胞重分割模块在正常结肠组织中能精确识别平滑肌细胞和内皮细胞，但在肿瘤密集区域仍存在细胞遗漏或过度分割问题。

微结构解析能力的技术差异
在肺泡结构分析中，Xenium清晰区分了肺泡1型（AT1，Cluster 18）和2型细胞（AT2，Cluster 20），而Visium HD即使经过单细胞重分割仍无法分辨。对于高内皮微静脉（HEV）这种免疫微环境关键结构，Xenium准确标记出内皮细胞簇（Cluster 13），而Visium HD将其归入低UMI的背景簇。但在色素沉着区域（如含尘巨噬细胞），Visium HD的测序检测不受色素干扰，而Xenium的荧光信号可能被淬灭。

这项研究最终构建了技术选择的决策框架：Visium HD更适合需要广谱基因筛查（如肿瘤亚克隆鉴定）或色素组织的研究；Xenium-5K则在需要精细形态关联（如EMT空间映射）或复杂结构解析（如肺泡/HEV）时占优。这种基于病理学需求的分类标准，为癌症空间组学研究提供了切实可行的技术选型指南，也将促进两种技术在精准医学中的协同应用。