Cell Stem Cell - IsoPlexis 單細(xì)胞功能蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)加速 CRISPR 編輯的iPS-NK 細(xì)胞療法
NK細(xì)胞具有殺死腫瘤細(xì)胞或病毒感染細(xì)胞的能力，而無(wú)需抗原刺激，使其成為免疫治療的理想選擇。然而，NK細(xì)胞在體內(nèi)不能持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，因此它們的抗腫瘤反應(yīng)是短暫的。為了克服這一挑戰(zhàn)，Cell Stem Cell臨床與轉(zhuǎn)化報(bào)告中加州大學(xué)等研究人員試圖從誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）定向分化NK細(xì)胞（iPSC-NK），通過(guò)CRISPR基因編輯來(lái)創(chuàng)造可持續(xù)的NK細(xì)胞供應(yīng)。
圖1. 由人iPSC生成CISH基因敲除NK細(xì)胞
CISH基因編碼的細(xì)胞因子誘導(dǎo)型含SH2蛋白(CIS)，是NK細(xì)胞中IL-15信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵負(fù)調(diào)控因子。
CRISPR編輯后的細(xì)胞功能分析
基因編輯是開發(fā)細(xì)胞療法的強(qiáng)大工具，可應(yīng)用于廣泛的研究領(lǐng)域，但開發(fā)CRISPR 編輯療法的一個(gè)挑戰(zhàn)是現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法確認(rèn)編輯后的功能。雖然基因組學(xué)通常用于分析編輯和改造的細(xì)胞，但它只能確認(rèn)編輯是否正確。因此，如果您正在評(píng)估CRISPR編輯的細(xì)胞用于細(xì)胞治療的潛力，在將其用作治療產(chǎn)品之前，有必要進(jìn)行功能分析，以確定這些細(xì)胞是否如預(yù)期的發(fā)揮功能。單細(xì)胞功能蛋白質(zhì)組學(xué)是獲得此類直接細(xì)胞信息是目前的唯一途徑，而傳統(tǒng)技術(shù)（如ELISA和流式細(xì)胞術(shù)）無(wú)法說(shuō)明細(xì)胞的異質(zhì)蛋白表達(dá)。
IsoPlexis 功能蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)獨(dú)特地表征單個(gè)NK細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子及其對(duì) CRISPR 編輯前后免疫反應(yīng)的影響，極大地提高了研究人員評(píng)估 CRISPR 編輯的能力。
圖2. IsoPlexis單細(xì)胞功能蛋白質(zhì)組學(xué)于基因編輯細(xì)胞療法評(píng)估流程圖
CRISPR編輯的多功能NK細(xì)胞對(duì)白血病的抗腫瘤反應(yīng)增強(qiáng)
研究人員利用IsoPlexis單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)來(lái)分析CRISPR編輯的NK細(xì)胞，驗(yàn)證CRISPR編輯是否真的改善了細(xì)胞功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與野生型 iPSC-NK 細(xì)胞和 PB-NK 細(xì)胞相比，CISH-KO iPSC-NK 細(xì)胞不僅更具多功能性，而且其功能效力增加了 10 倍以上。
圖3. CISH-/- iPSC-NK細(xì)胞單細(xì)胞多功能性提高
如數(shù)據(jù)顯示，多功能強(qiáng)度指數(shù) (Polyfunctional Strength Index，分泌2種以上細(xì)胞因子的細(xì)胞% X分泌因子的強(qiáng)度) 幫助研究人員識(shí)別與體內(nèi)結(jié)果相關(guān)的高功能和強(qiáng)效免疫單細(xì)胞亞群。在急性髓系白血病異種移植模型中，CISH-KO iPSC NK細(xì)胞在體內(nèi)也表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗腫瘤功能和持久性。在機(jī)制上，作者發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)的抗腫瘤功能可歸因于CRISPR編輯后增加的單細(xì)胞多功能性和mTOR介導(dǎo)的代謝適應(yīng)度。
隨著異基因療法研究的不斷增多，單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的平臺(tái)可以補(bǔ)足其他技術(shù)不能說(shuō)明的功能異質(zhì)性和有效性的細(xì)胞來(lái)尋求改進(jìn)療法的方案，幫助研究人員確定潛在療法是否具有高效力、低細(xì)胞毒性或表現(xiàn)出不良免疫反應(yīng)，加快了關(guān)鍵療法推向市場(chǎng)的進(jìn)程。
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Reference:
1. Zhu H et al. Metabolic Reprogramming via Depletion of CISH in Human iPSC-Derived NK Cells Promotes In Vivo Persistence and Enhances Anti-tumor Activity. Cell Stem Cell 27: 1-14, 2020.