Cell Stem Cell - IsoPlexis 單細胞功能蛋白質組學技術加速 CRISPR 編輯的iPS-NK 細胞療法
NK細胞具有殺死腫瘤細胞或病毒感染細胞的能力，而無需抗原刺激，使其成為免疫治療的理想選擇。然而，NK細胞在體內不能持續很長時間，因此它們的抗腫瘤反應是短暫的。為了克服這一挑戰，Cell Stem Cell臨床與轉化報告中加州大學等研究人員試圖從誘導多能干細胞（iPSC）定向分化NK細胞（iPSC-NK），通過CRISPR基因編輯來創造可持續的NK細胞供應。
圖1. 由人iPSC生成CISH基因敲除NK細胞
CISH基因編碼的細胞因子誘導型含SH2蛋白(CIS)，是NK細胞中IL-15信號傳導的關鍵負調控因子。
CRISPR編輯后的細胞功能分析
基因編輯是開發細胞療法的強大工具，可應用于廣泛的研究領域，但開發CRISPR 編輯療法的一個挑戰是現有技術無法確認編輯后的功能。雖然基因組學通常用于分析編輯和改造的細胞，但它只能確認編輯是否正確。因此，如果您正在評估CRISPR編輯的細胞用于細胞治療的潛力，在將其用作治療產品之前，有必要進行功能分析，以確定這些細胞是否如預期的發揮功能。單細胞功能蛋白質組學是獲得此類直接細胞信息是目前的唯一途徑，而傳統技術（如ELISA和流式細胞術）無法說明細胞的異質蛋白表達。
IsoPlexis 功能蛋白質組學技術獨特地表征單個NK細胞釋放的細胞因子及其對 CRISPR 編輯前后免疫反應的影響，極大地提高了研究人員評估 CRISPR 編輯的能力。
圖2. IsoPlexis單細胞功能蛋白質組學于基因編輯細胞療法評估流程圖
CRISPR編輯的多功能NK細胞對白血病的抗腫瘤反應增強
研究人員利用IsoPlexis單細胞蛋白質組學來分析CRISPR編輯的NK細胞，驗證CRISPR編輯是否真的改善了細胞功能。結果發現，與野生型 iPSC-NK 細胞和 PB-NK 細胞相比，CISH-KO iPSC-NK 細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細胞單細胞多功能性提高
如數據顯示，多功能強度指數 (Polyfunctional Strength Index，分泌2種以上細胞因子的細胞% X分泌因子的強度) 幫助研究人員識別與體內結果相關的高功能和強效免疫單細胞亞群。在急性髓系白血病異種移植模型中，CISH-KO iPSC NK細胞在體內也表現出更強的抗腫瘤功能和持久性。在機制上，作者發現增強的抗腫瘤功能可歸因于CRISPR編輯后增加的單細胞多功能性和mTOR介導的代謝適應度。
隨著異基因療法研究的不斷增多，單細胞蛋白質組學的平臺可以補足其他技術不能說明的功能異質性和有效性的細胞來尋求改進療法的方案，幫助研究人員確定潛在療法是否具有高效力、低細胞毒性或表現出不良免疫反應，加快了關鍵療法推向市場的進程。
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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.