单细胞功能蛋白组分析技术在新冠疾病机制及疫苗开发上的应用

在新冠疫情影响下，抗病毒感染研究及疫苗开发是全球关注的核心领域。当前，尽管在新冠感染的检测、预防和治疗方面取得了显著进展，但以奥密克戎为代表的病毒变种的出现，也警醒研究者们人类对于病毒的免疫机制还需更深入研究，为了解新变异病毒、疫苗产生的长期保护及防治策略提供有效信息。

Isoplexis 单细胞功能蛋白质组技术
●首次将单细胞技术和功能性蛋白质组学结合起来。
●采用独特的微流控微室反应和抗体条码技术，在单细胞水平对分泌的多种细胞因子和胞内磷酸化蛋白组等在活细胞状态下进行高灵敏多重检测分析，对功能蛋白进行定性、定量，以此洞察单细胞功能异质性。
●通过简单易用的生信分析软件对单细胞数据进行自动分析，得到具有指导性的结果，帮助下一步决策。
 

图 1：单细胞功能蛋白组检测原理

IsoPlexis 单细胞功能蛋白组技术的应用：
●探讨新冠病毒感染及疾病发展的免疫相关机制；
●评价疫苗诱导的抗原特异性 T 细胞免疫作用；
●探索疫苗保护作用持久性的免疫学指标；
●研究疫苗对新出现的病毒变异株致病产生有效保护作用及机制。

 图 2：IsoLight 全自动单细胞功能蛋白组分析系统

近年来，已有众多研究机构采用单细胞功能蛋白组技术研究新冠疾病机制及疫苗开发，并将研究成果发表在高影响力的期刊上。
 

应用 1：通过单细胞多组学技术探讨不同严重程度新冠疾病的发生机制

发表期刊：Cell（2020 年，影响因子 38.637 )

文章：Multi-Omics Resolves a Sharp Disease-State Shift between Mild and Moderate COVID-19

研究单位：美国西雅图系统生物学研究所 James R.Heath 和西雅图 Swedish 医学中心 Jason D. Goldman

研究成果：利用单细胞多组学技术解析了轻度、中度和重度 COVID-19 病人之间的急剧免疫变化状态。其中 IsoPlexis 单细胞分泌蛋白组学作为单细胞蛋白层面和细胞功能表征的一个重要补充，研究发现 COVID-19 疾病严重程度与 CD8+ T 细胞多功能性的非单调变化相关，与单核细胞的多功能性呈正相关，提示重度新冠病人体内先天免疫和适应性免疫的严重失衡，导致疾病进展。细胞多功能指数（PSI）是评价病人体内先天免疫和适应性免疫的一个很好的综合性细胞功能指标。
 

应用 2：探索与急性新冠感染后遗症（PASC）发生相关的生物学因素，以助于预防、监测或指导治疗 PASC

发表期刊：Cell（2022 年发表，该期刊影响因子 41.582）

文章：Multiple early factors anticipate post-acute COVID-19 sequelae

研究单位：美国西雅图系统生物学研究所 James R.Heath 和西雅图Swedish 医学中心 Jason D. Goldman

研究成果：对 309 名 COVID-2019 疾病患者从最初诊断（T1 期）、急病期（T2）到恢复期（T3 期，2-3 个月后）纵向多组学研究发现诊断初期预测 PASC 的风险因素。

IsoPlexis 单细胞功能蛋白组学技术帮助分析 PASC 病人体内不同免疫细胞（CD4+、CD8+、NK、单核细胞）的多功能性，为系统研究 PASC与 T3 阶段变化的免疫反应及预后奠定功能基础。
 

图 5：不同 PASC 类型病人的免疫细胞功能表征。

应用 3：研究新冠疫苗对机体产生的细胞免疫保护作用及个体差异

发表期刊：JCI Insight（2022 年发表，该期刊 2020 影响因子 8.315）

文章： In-depth analysis of SARS-CoV-2-specific T cells reveals diverse differentiation hierarchies in vaccinated individuals

研究单位：安德森癌症研究中心的 Simrit Parmar 研究团队

研究成果：研究团队采用 isoPlexis 技术检测新冠疫苗（包括 Pfizer/Moderna的 mRNA 疫苗和强生的腺病毒疫苗）在不同疫苗接种者体内产生的 SARS-CoV-2 特异性 T 细胞分泌细胞因子情况，来评估疫苗产生的细胞免疫水平及保护作用，尤其是针对变异病毒株。此外，还揭示了疫苗保护作用在人群中的个体差异，及其与变异病毒突破性感染的相关性。
 

图 6：不同疫苗接种者体内 SARS-CoV-2 特异性 T 细胞的细胞因子分泌谱情况。