分析+案例，免疫组库发高分！

免疫组库是什么?

淋巴细胞参与人体的适应性免疫，包括T细胞、B细胞，在体内广泛分布。T细胞参与细胞免疫，如杀伤T细胞，B细胞参与体液免疫，即抗体。免疫组库研究的就是T、B细胞表面受体——TCR、BCR。TCR和BCR与抗原识别有关，因此通过高通量测序技术，研究TCR或BCR编码基因的多样性，可以反映T/B细胞克隆变化与疾病的关系。

图1 以B细胞为例，层层放大，概括免疫组库的研究内容

未成熟的T/B细胞，具有一套完整的基因组，就像一块未经加工的布料。在抗原刺激，细胞活化的过程中，人体将这块布料进行了修剪加工，“量体裁衣”，得到了能够特异性识别结合某种抗原的CDR结构。这个修剪的过程就是我们所说的“V(D)J基因重组”。

图2 V(D)J基因重排过程

V(D)J基因重组的序列编码产生CDR3多肽序列，CDR3是TCR/BCR上的一段区域，负责结合抗原。除了CDR3，还有CDR1和CDR2，加起来统称为CDR（抗原互补决定区, Complementarity determining regions，CDR），与抗原识别有关。

科研上，一般通过分析V基因、V-J成对基因、V-J编码的氨基酸三个维度，作为biomarker，进行疾病风险预测、疾病早期诊断、发病机制、预后监控等研究。

免疫组库研究现状

免疫组库可用于肿瘤免疫治疗、自身免疫性疾病、炎症反应、感染类疾病、抗体、移植，及其他与T/B细胞有关的疾病，发表文章呈逐年上升趋势，并且文章影响因子5分以上的占到了80%以上，10分以上文章占到了近40%。

图3 免疫组库发表文章应用领域（IF>5文章不完全统计）

图4 免疫组库已发表文章统计（IF>5文章不完全统计）

免疫组库怎么用?

1、肿瘤案例： TCR克隆异质性与新抗原异质性及肺癌复发的关系

Cancer Discovery. 2017 Oct;7(10):1088-1097.

研究目的：肿瘤突变产生新抗原，新抗原会刺激T细胞进行抗肿瘤免疫反应。因此，通过TCR测序可以反映克隆多样性及其与预后的相关性。

研究样本：11例未转移肺腺癌，共45 tumor regions (2 to 5 regions per tumor)

研究技术：WES、TCR sequencing

研究结果：病灶特有突变导致新抗原（neoantigen）的内部表达差异，因此，产生不同的免疫原性，形成了TIL克隆内部差异（TCR ITH）。TCR ITH（intratumor heterogeneity）高与术后疾病复发和低生存率有关。

图5 文章研究思路

图6 TCR克隆异质性（ITH）与肺腺癌基因组和临床的相关性

A）年龄与MOI相关性，年龄大的TCR克隆异质性更高；B）Branch新抗原与MOI负相关；C）复发的病人具有更高的TCR ITH（lower MOI）；D）MOI越高（TCR克隆多样性越低），病人的无病生存期（disease-free survival）越长。MOI：0-1，0代表克隆完全不同，1代表克隆完全相同。

2、感染类疾病案例：TCRβ序列特征可准确预测CMV感染状态

Nature Genetics. 2017, 49(5): 659-665.

研究目的：确定是否可以用TCR特征预测CMV（巨细胞病毒）感染状态。

研究样本：群体1：共计666个样本，其中289个CMV阳性，352个CMV阴性，40个感染状态未知；群体2：120个验证样本。

研究结果：对289个CMV+和352个CMV-样本进行免疫组库测序，发现了CMV相关的TCRβ序列特征。并且，利用TCRβ可以从666个研究样本和120个验证样本中准确鉴定出CMV感染状态。研究还发现该群体的TCRβ与HLA-A或HLA-B显著相关。

图7 TCRβ可预测CMV感染状态

（a）CMV+和CMV-样本中unique TCRβ分布散点图；（b）ROC曲线显示TCRβ作为CMV感染状态分类器的分类效果。其中虚线表示在群体1中的测试结果，短虚线代表群体1中的交叉验证效果，实线代表群体2中独立验证效果。每条线上的黑圈代表最大后验概率（MAP）的决定阈值。插入图表展示的是群体2中MAP分类效果，敏感度为0.90，特异性为0.89。

3、自身免疫性疾病案例：杀伤T细胞的突变积累可能与类风湿性关节炎发病有关

Nature Communications. 2017, 8:15869.

研究目的：大颗粒淋巴细胞白血病（LGL）常合并发生类风湿性关节炎（RA），研究发现LGL病人的CD8+T细胞克隆存在STAT3突变，而拥有该突变的LGL病人更容易并发RA（43% vs. 6%）。因此推测，发生体细胞突变的CD8+T细胞可能与RA发病有关。

研究样本：82例新诊断未治疗的RA病人，20例健康人，取外周血。

研究结果：首次采用CD4+T细胞做对照，过滤生殖系突变（germline mutations），对分选的T细胞进行目标区域测序、外显子测序和TCR β链CDR3测序。发现，大约20%（5/25）病人的CD8+T细胞有体细胞突变（somatic mutations），而CD4+T细胞没有，RNA-seq确认了突变基因在CD8+T细胞中高表达。功能分析发现，这些基因突变与免疫调控、细胞增殖有关，因此推测，发生体细胞突变的CD8+T细胞可能与RA及其他自身免疫性疾病的发病有关。

图8 病人1中CD8+T细胞的克隆分布及突变

（a）利用TCR测序获得的CD8+ T细胞克隆分布；（b）病人1中存在两个高频克隆，经过免疫抑制治疗后仍高表达；（c）利用扩增子测序，在流式分选后的亚群中进行突变验证；（d）本文研究思路图。

华大免疫组库

丰富的免疫组库研究经验：自2012年投入开发，累积已发表SCI文章12篇，可提供TCR/BCR的扩增、建库、测序、分析以及数据挖掘一系列全方位的服务；

多组学分析经验：华大基因在复杂疾病、肿瘤、单基因病等领域有丰富的项目经验，对不同组学研究均有丰富经验。

丰富的平台及方法：针对TCR/BCR的CDR3、CDR的要求，有多重PCR、5’RACE等多种方法，另外，在10X Genomics平台的高通量免疫细胞分析方面也有项目经验。

强大的研发团队：多年专注免疫领域，发表多篇SCI文章，专注于技术开发、数据库建设及应用。

附表：华大基因免疫组库已发表文章（点击查看高清图）

撰稿：钟美明

编辑：市场部

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