肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)的瘫痪是由运动神经元退化导致的骨骼肌去神经化引起的。运动神经元和神经胶质之间的相互作用导致了运动神经元的丢失，作者使用空间转录组学来获得疾病过程中小鼠脊髓的基因表达量，以及肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者死后组织的基因表达量，以便于描述肌萎缩性脊髓侧索硬化症的潜在分子机制。
为什么要采用空间转录组技术?肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)是一种进行性神经退行性疾病，其症状通常首先表现在单侧肢体的远端肌肉，症状会扩散到全身，最终导致全身瘫痪。
越来越多的证据表明，运动神经元和神经胶质之间的信号传导功能障碍是该病的关键组成部分。
考虑到保守的（stereotyped）脊髓的细胞组织和细胞间通讯在ALS过程中的重要性，作者认为，需要对疾病驱动的基因表达变化进行空间解析，从而对这些事件进行排序，以便于揭示在疾病进展的每个阶段中所涉及的细胞的相关亚群，并对起因（trigger）和维持疾病表型的潜在分子机制进行描述。
空间转录组学(ST)通过在spatiallybarcodedDNA捕获探针阵列中捕获polyadenylatedRNA产生定量的转录组水平RNA测序(RNA-seq)数据。
实验方案设计作者将ST应用于症状发生前时（presymptomatic）、发作（onset）时、有症状时（symptomatic）和末期（end-stage）时间点的ALS的小鼠SOD1-G93A的L3-L5的腰椎组织切片和对照小鼠SOD1-WT的L3-L5的腰椎组织切片（看S1表格)。
然后，作者将ST应用于来自腰部或延髓型散发性ALS患者的死后腰椎和颈椎脊髓组织切片中的基因表达谱，从而对67只小鼠的根脊髓组织切片进行了76,多个空间基因表达测量（SGEM），还有超过60,个SGEM映射到来自7位患者的80个死后脊髓组织切片（表S1）。
生信分析流程作者用解剖标注区域（AAR）标记了每个SGEM，并使用这些标记进行差异表达分析并将数据放到一个公共坐标系（图S1和S2和表S1）。
制定了一个分层的生成概率模型（补充方法），可纠正由于欠采样和偏差（空间和单细胞RNA-seq（scRNA-seq）研究中的问题）导致的数据丢失。可靠地定量了小鼠中个基因和人脊髓切片中个基因的空间分布。
对完整小鼠SGEM数据集的主成分分析表明，大多数差异是由空间位置，疾病状态和基因型（图S3）解释的，而不是批次效应的解释。（验证实验的科学性）
免疫荧光(IF)这些基因的蛋白产物成像显示与作者的分析在空间上一致(图1和表S2和S3)。
此外，文章的数据表明，小胶质细胞的功能早在症状出现之前就已经出现，早于肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)中的星形胶质细胞功能障碍，并且与运动神经元接近(表S3和图s4)。Lpl和B2m同时被上调（症状前），而Apoe和Cx3cr1则没有（图2，表S3和图S4）。（找到差异信号）
Apoe和Trem2在自动调节回路中起作用，可以触发并维持吞噬小胶质细胞表型。分析表明，TREM2和TYROBP介导的信号传导是小胶质细胞基因表达与疾病相关变化的早期步骤。
ST分析和IF成像显示，参与自噬和溶酶体系统的基因在该ALS小鼠模型的脊髓中失调(图S5和表S3)。
通过条件敲除cholinergic细胞，包括运动神经元（ChAT-Cre+/+;Atg7fl/fl;SOD1-G93A），自噬吞噬,导致ALS小鼠出现症状更早，但生存期延长(2)。这种操作也部分挽救了肌萎缩性脊髓侧索硬化症小鼠的反应性神经胶质增生（分子学上的补充实验对假设进行验证）
对小鼠ST数据进行了无偏性的共表达分析，分析疾病相关的基因调控变化和细胞类型之间的相互作用。
根据每个模块的细胞类型特异性表达模式对其基因进行分组，得到子模块
值得注意的是，Atg7cKO小鼠胆碱能神经元自噬的消融挽救了module8表达的时空模式，证明了神经与模块8神经胶质的相互作用在这些活动中发挥了关键作用。
Sall1子模块的表达模式说明了与模块8在时空和机械上不同的神经胶质相互作用。在肌萎缩性脊髓侧索硬化症动物的末期，这一子模块已渗入灰质，并在白质中减弱。即ALS病理的严重程度与发病部位的邻近性有关。例如，编码乙酰胆碱酯酶(乙酰胆碱酯酶)的基因的活性与肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)中的神经肌肉缺陷有关(20)，该基因在支配症状出现部位的脊髓节段的近端位置的表达量减少(图4,A和B)。
利用小鼠空间数据，作者对人类空间数据进行了无偏共表达分析，得到28个人类表达模块，其中一些在小鼠和人类之间被保留
这些人类表达模块的空间映射模式表现出AAR特征特征模式，其中一些模式沿耻骨尾轴变化(图4C)，或在白质和灰质之间存在差异(图S10B)，或接近症状发作部位(图S10B)。
文章的数据详细说明了鞘磷脂信号在多细胞类型、脊髓区域和疾病分期中的动力学，并为设计治疗提供了有针对性的可能性。此外，数据的时空特性为调节该通路活性的潜在治疗策略提供了新的视野。总结作者提供了一个综合的时空、转录组范围的基因表达数据集，结合了分辨率、重复和生物扰动（biologicalperturbation）。我们的程序使我们能够从小鼠模型中得出推论，并在临床样本中进行测试。因此，我们期望在这里所展示的工作将成为刺激进一步绘制中枢神经系统及其功能障碍模式的资源。