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01. 什么是通用型iPSCs？
通用型誘導多能干細胞（iPSCs）是指經過基因編輯處理，能夠降低免疫原性、避免免疫識別與攻擊，從而可適用于異體移植的誘導多能干細胞。此類細胞在異體移植場景中不會引發免疫排斥反應，具有“現成"可用、經濟高效的特點，能夠為大規模臨床應用提供適合的細胞來源，推動再生醫學及基因治療技術的發展。
人類白細胞抗原（HLA）是細胞表面的關鍵分子，免疫系統通過其來區分自身和非自身細胞。在異體移植中，供體與受者的HLA不匹配會引發免疫排斥反應。通用型iPSCs的構建需要對HLA分子進行基因編輯，以減少或消除HLA的表達，從而避免免疫系統的識別與攻擊。然而，HLA分子分為I類和II類，占據基因組的較大區域，難以通過單一基因編輯策略刪除。研究發現，敲除β?微球蛋白（β?M）亞基可以有效抑制HLA-I類分子的表達2，而敲除CIITA轉錄因子能夠抑制HLA-II類分子的表達3。通過聯合敲除這兩種基因，可以實現iPSCs中HLA分子的全面抑制。
然而，HLA-I類分子的缺失會導致自然殺傷（NK）細胞的攻擊性顯著增強，因為NK細胞通過識別HLA-I類分子上的特定配體來判斷細胞是否正常。為了逃逸NK細胞的攻擊，部分研究嘗試僅保留HLA-C、HLA-E、HLA-F和HLA-G等亞類分子4,5，但這樣的iPSCs仍然無法避免免疫排斥反應，僅能視為“半通用"細胞。因此，構建通用型iPSCs的關鍵挑戰在于有效地防止NK細胞的攻擊1。近期的研究進展表明，通過抑制NK細胞激活受體（KAR）的配體表達，例如敲除CD155基因并保留HLA-E分子，可以使iPSCs在逃逸NK細胞識別的同時，仍然保留對腫瘤細胞的抑制能力6。然而，NK細胞通過多種KAR與不同的配體結合，且配體表達水平會因細胞類型而異，這增加了通用型iPSCs構建的復雜性。
02. 蛋白表達篩選驗證基因敲除或敲低的蛋白編碼序列
流式細胞術和ELISA在檢測細胞內蛋白時存在局限性，傳統Western Blot耗時且重復性差。相比之下，Simple Western技術的Jess平臺能高效檢測膜結合蛋白及細胞內靶標蛋白，僅需3 µL iPSCs裂解液即可實現可重復定量分析，并可用于篩選殘留Cas9蛋白，保障工程化iPSCs的安全性。
SW 篩選iPSCs中的HLA以及KAR配體敲除：
利用CRISPR-Cas9基因編輯技術創建了靶向 HLA和KAR配體的基因敲除文庫（表1）。
表 1 iPSCs 中的基因敲低靶標。β?M和CIITA敲除分別抑制HLA-1和HLA-2；BAT3、CD155和MICA為已知KAR配體。CIITA和BAT3為胞內定位，其余為表面暴露靶點。
利用SW檢測篩選文庫中的β?M和CIITA低表達的克隆（分別抑制HLA-1和HLA-2）（圖1左）。使用RePlex™模塊通過NIR熒光通道在第二輪檢測總蛋白（圖1右）。類似方法用于篩選KAR配體表達（圖2）。
圖 1 Simple Western 篩選 iPSCs 中的 HLA 敲除。RePlex™ 模塊用于在探針 1（左）中同時檢測 β2M 和 CIITA，在探針 2（右）中通過 NIR 檢測總蛋白。
圖 2 Simple Western 篩選KAR配體敲除iPSCs克隆。RePlex™ 模塊用于在探針 1（左）中同時檢測 BAT3、CD155 和 MICA，在探針 2（右）中通過化學發光檢測總蛋白。
圖3 顯示的是以野生型為對照，量化各克隆的敲低百分比，并將流式與Simple Western 進行對比。
圖 3 通過流式及Simple Western敲低靶蛋白的數據對比。數值表示相對于野生型對照的百分比表達量（野生型表達量為100%，敲低為0%）。靶點CIITA和BAT3未在流式細胞術數據中展示， 可能是由于它們的細胞內定位導致流式檢測結果不可靠。CIITA和BAT3的敲低百分比量化數據改在表4中呈現。
Simple Western顯示多數克隆的靶點敲低率高于流式（圖3，表2）。克隆#7對5個靶點的敲低具有良好效果（除BAT3為69%外，其余均低于野生型50%）。
表 2 Knockdown of intracellular targets that were unreliably detected by flow cytometry were measured by the Simple Western platform. 數值表示相對于野生型對照的百分比表達量（野生型表達量設為100%，敲低為0%）
03. 殘留Cas9篩選
CRISPR-Cas9工程化iPSCs需監測殘留Cas9，Simple Western檢測顯示所有克隆的Cas9均低于6.4 ng/mL重組對照（圖4）
圖 4 Simple Western 篩選工程 iPSCs 中的殘留 Cas9
經基因改造成為通用低免疫原性供體的iPSCs需在蛋白質水平進行功能驗證。在此環節中，Simple Western技術相比于傳統蛋白質分析方法，在以下幾個方面展現出它的優勢：
(1) Simple Western儀器可無差別檢測全細胞裂解液、表面蛋白及純化蛋白，全程僅需3小時且無需人工操作。
(2) 傳統Western blot方法可輕松轉移至Simple Western平臺。作為毛細管電泳免疫分析，其提供尺寸特異性及抗體靶向檢測，已驗證抗體超5,000種。
(3) Simple Western檢測僅需 3 μL 微量樣本, 無需延長細胞培養。
(4) Simple Western具有高重復性、高靈敏度及定量分析功能。作為開放式毛細管Western blot技術平臺，Simple Western用戶可自由選用任何商業化或定制抗體，實現對目標蛋白及其異構體的特異性檢測。
* 參考文獻:
1. Koga K, Wang B, Kaneko S. Current status and future perspectives of HLA-edited induced pluripotent stem cells. Inflamm Regen. 2020 Oct 1;40:23.
2. Riolobos L, Hirata RK, Turtle CJ, Wang PR, Gornalusse GG, Zavajlevski M, Riddell SR, Russell DW. HLA engineering of human pluripotent stem cells. Mol Ther. 2013;21(6):1232–1241.
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* 本文轉載自「ProteinSimple」微信公眾號
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