功能蛋白组技术在新冠和肿瘤疫苗研究中的应用

IsoPlexis的功能蛋白质组学可以在单细胞水平和群组水平同时识别超过30种功能蛋白。对与细胞功能相关的效应因子、趋化因子、刺激因子、炎症因子等进行表征，能够检测由于细胞异质性造成的细胞功能差异，从而全面评估细胞功能。不仅能够检测蛋白水平，而且可以检测多功能细胞相对总细胞的占比，表达特定细胞因子谱的细胞比例，揭示样品差异，进行多功能主成分分析等应用，这些丰富的应用和数据可以用于表征免疫细胞和免疫应答。在疫苗研究方面，通过IsoPlexis的功能多组学平台，研究人员能够识别免疫应答反应的驱动因素，拓展对疫苗产生的免疫应答的认识。

功能蛋白质组学是了解COVID -19中疫苗诱导的免疫应答的关键

文章题目：In-depth analysis of SARS-CoV-2–specific T cells reveals diverse differentiation hierarchies in vaccinated individuals 发表日期：2022-04-08 发表期刊：JCI insight 文章链接：https://doi.org/10.1172/jci.insight.156559

COVID-19感染是一个重要的公共卫生问题，疫苗是缓解COVID -19大流行的最有效途径。基于mRNA的疫苗mRNA-1273和BNT162b2，含有跨越整个刺突(S-)蛋白长度的RNA，在诱导保护性细胞和体液免疫方面非常有效。但在接种疫苗的个体中出现的突破性感染表明，不同的接种者对疫苗的免疫反应可能不同。

在最近发表在《JCI insight》杂志上的一项研究中，文章评估了21个接种个体中疫苗接种诱导的SARS-CoV-2特异性 T细胞应答，发现接种诱导SARS-CoV-2特异性T细胞产生，主要是CD4+ T细胞，但不同个体之间的免疫应答情况不尽相同。

研究者收集21个没有新冠感染史的健康人接种第二针疫苗之后的外周血PBMC，使用SARS-CoV-2 S蛋白肽库刺激PBMC，检测SARS-CoV-2特异性的T细胞，这些细胞分泌TNF-α、IFN-γ、 IL-2。结果显示SARS-CoV-2特异的CD4+ T细胞占主导，是CD8+ T细胞的三倍，在8个接种者中未检出CD8+ T细胞。这些结果表明疫苗免疫优先诱导CD4+ T 细胞主导的SARS-CoV-2特异的免疫应答(图1)。疫苗诱导的SARS-CoV-2特异的CD4+，CD8+ T细胞产生的IFN-γ, TNF-α和 IL-2的量在接种者间有差异，提示疫苗接种提供的免疫保护不同。

图1：表达三种细胞因子细胞比例；21个接种者，三种细胞因子检测结果

检测细胞亚群和细胞因子表达模式有助于深入了解SARS-CoV-2特异性的T细胞的持久性。仅凭少数几种因子表征不足以识别驱动COVID-19反应的关键变量。为了更全面了解SARS-CoV-2特异性T细胞的细胞因子分泌谱，研究者使用IsoPlexis的CodePlex平台进行了多重细胞因子检测，挑选了编号为第1、4、6、12号4个接种个体，其中第1、4号为高应答个体，第6、12号为低应答个体；分离四个接种者的PBMC，评估了接受S蛋白肽库刺激后的PBMC细胞培养上清液中22种细胞因子的分泌情况。研究发现，IL-2的分泌仅在高应答者组中检测到，SARS-CoV-2特异性T细胞主要产生Th1细胞相关因子包括TNF-α和IFN-γ，而几乎不分泌Th2(IL-4、IL-5、IL-10和IL-13)和Th17 (IL-17A) 相关的细胞因子，表明疫苗诱导SARS-CoV-2特异性CD4+ T细胞主要由Th1细胞组成。相比之下， 受S蛋白肽库刺激、与T细胞相互作用总是诱导高水平的单核细胞细胞因子包括IP-10，单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)，IL-8，巨噬细胞炎症蛋白(MIP-1)，MIP-1b，表明COVID-19治疗中单核细胞也是细胞因子的主要来源，揭示了单核细胞在对COVID-19的免疫应答中的作用(图3)。

图2：IsoPlexis功能蛋白组检测，高应答组和低应答组因子谱差异

研究者分别通过T细胞和单核细胞相关细胞因子的总体T细胞和单核细胞细胞因子进行评分，结果显示高应答者（接种者#1和#4）的T细胞细胞因子得分更高，反映了疫苗诱导的SARS-CoV-2特异性T细胞的丰度更高，分泌更多样的细胞因子谱。

图3：T细胞和单核细胞因子评分

多功能蛋白组学研究平台可进行多重的因子检测，可以突破传统技术细胞因子种类的限制，更重要的是，检测的因子与细胞功能相关，也可以关联不同种类的细胞，为深入了解免疫应答、不同细胞在免疫过程中起到的作用提供了可靠的技术平台。

单细胞功能蛋白质组学鉴定肿瘤疫苗多功能T细胞免疫

文章题目：Targeted co-delivery of tumor antigen α-galactosylceramide to CD141+ dendritic cells induces a potent tumor antigen-specific human CD8+ T cell response in human immune system mice 发表日期：2020-08-18 发表期刊：Frontiers in Immunology 文章链接：https://doi.org/ 10.3389/fimmu.2020.02043

发表在《Frontiers in Immunology》杂志上的文章报道，研究者设计了一种基于纳米颗粒的疫苗，能够靶向人类CD141+(BDCA3+)树突状细胞，免疫反应诱导人CD141+ DC和恒定自然杀伤T细胞(iNKT)的激活、扩增，并最终引发有效的特异性CD8+ T细胞反应。单细胞蛋白质组学技术进一步表征了由纳米疫苗诱导的高度多功能的CD8+ T细胞，并揭示了它们对疫苗效力的潜力。这一发现为当前的癌症疫苗开发策略增加了一个新的维度。

研究人员设计的纳米颗粒疫苗，同时共同传递肿瘤抗原Melana-A和一种NK细胞激动剂α-GalCer。使用人源化小鼠模型进行测试，模拟人体免疫系统。

研究者的主要发现是，基于纳米颗粒的Melan-A疫苗能够在HIS-CD8/NKT小鼠中诱导高水平的Melan-A特异性的人CD8+ T细胞应答。研究人员使用IsoPlexis的IsoCode芯片，使用单细胞蛋白质组学技术来进一步表征纳米疫苗诱导的多功能CD8+ T细胞。多功能细胞被认为是抗原刺激的免疫反应中重要的生物标志物，结合多功能细胞的百分比和分泌蛋白的强度的测量，研究人员可以得到直观评价细胞功能的标尺—PSI指数。检测结果显示与其他各组相比，在疫苗免疫的小鼠中，疫苗可以引起多功能T细胞比例的上调，与对照组相比疫苗组的PSI指数有显著差异(图4)。这些CD8+ T细胞亚群的多功能反应上调与Melan-A特异性T细胞相关，与接种的人源化小鼠的抗肿瘤免疫相关。这些多功能CD8+ T细胞分泌了更高水平的Granzyme B、IFN-g、perforin、TNF-α和sCD137。对于分泌相同因子的细胞亚群，热图显示了其因子的种类和百分比(图5)。使用非线性降维工具3D t-SNE降维高维单细胞数据(图6)，数据显示从接种疫苗小鼠中分离的细胞与其它小鼠细胞呈现不同的细胞簇，且这些细胞的多功能性显著增加，这些应答纳米疫苗的多功能细胞亚群主要分泌与抗肿瘤免疫相关的效应蛋白。这些数据可用来预测疫苗的效力。

图4：纳米颗粒疫苗免疫后的T细胞表现出更高的多功能性

图5：热图显示不同亚群细胞分泌因子的种类和细胞占比

图6：3D t-SNE分析

IsoPlexis的多重功能蛋白质组学提供了用以预测生物标志物的独特工具，以更准确地评估肿瘤疫苗的疗效。使用纳米疫苗和人源化小鼠模型是两种对肿瘤疫苗研究领域具有巨大潜力的新技术。IsoPlexis的功能蛋白质组学平台与这些技术相结合，以定义单细胞的精确功能，识别预测细胞亚群，以加速持久和有效疫苗的开发。

IsoPlexis作为一家专注于单细胞多重功能蛋白质检测解决方案的领先供应商，一直在推动单细胞蛋白质组学技术在各领域的发展。其Superman Cell Library超级细胞图书馆收纳了超过百篇的单细胞蛋白质组学的相关文献，描绘了蛋白质组学驱动的单细胞图谱，助力免疫应答、感染免疫、肿瘤免疫疗法等领域的研究与运用。