免疫组库（immunerepertoire,IR），是指某个体在特定时间点其循环系统中所有功能多样性B淋巴细胞和T淋巴细胞的总和。人体除了具有先天免疫系统以外，还具有获得性免疫系统（又称为适应性免疫系统或特异性免疫系统）。获得性免疫系统通过后天刺激而形成，能识别并清除多种病原体以保护组织正常，主要由B细胞和T细胞表面的抗原受体组成（BCR、TCR）。BCR和TCR都是由两条不同的链连接而成，BCR包含免疫球蛋白重链（heavychain）和轻链（lightchain），TCR为α链和β链。

BCR的重链以及TCR的β链序列由V（viable）-D（diversity）-J（join）三部分组成，而BCR轻链及TCR的α链则只有V和J两部分。通过V-D-J片段的随机重组，V-D、D-J片段连接区的碱基随机插入删除以及超突变使得免疫组库的编码序列异常丰富，从而形成了人体内复杂的免疫组库系统。

目前，新格元利用自主研发的GEXSCOPE?单细胞技术平台，可实现高通量的单细胞免疫组库测序，在捕获磁珠上设计探针，同时捕获3’端mRNA以及TCR/BCR的CDR3区域，捕获效率更高，特异性更强。通过对比，筛选，注释等构建免疫组库，分析得到TCR/BCR多样性序列，从而获得机体免疫特征，实现在单细胞分辨率上同时对基因表达和免疫组库进行研究。

应用案例分享1：

阿尔兹海默病人脑脊液中发现克隆扩增的CD8细胞

阿尔兹海默病（AD）目前是一种无法治愈的神经退行性疾病，神经炎症是阿尔兹海默的病理标志，AD的先天性免疫研究已有大量报导，但是获得性免疫还知之甚少。大脑的淋巴系统从脑脊液中携带免疫细胞，并输送到深颈淋巴结，使外周T细胞对大脑抗原作出反应。但是，AD病人的T细胞是否进入大脑以延续神经炎症尚不清楚。

年1月8日，《Nature》期刊在线发表了斯坦福大学医学院TonyWyss-Coray团队的研究成果，作者采用多个患者队列进行综合评估AD的获得性免疫特征，利用流式结合单细胞转录组的方法，证实了阿尔兹海默病人脑脊液中存在克隆扩增的CD8+细胞。作者首先采用质谱方法分别检测AD病例和轻度认知障碍患者(MCI)外周血中的单核细胞；通过将阿尔兹海默症患者的大脑和脑脊液同正常人的进行对比之后，发现这些阿尔兹海默症患者的CD8+T细胞的数量明显增多，并且在和记忆相关的海马体附近，这些T细胞的数量会更多。

为了证实CD8+细胞在MCI和AD病例中的作用，作者进一步利用单细胞免疫组库的方法，分别检测了AD病例、帕金森病例脑脊液样本中是否存在克隆扩增T细胞，进一步的研究中发现，这些T细胞都是某一种T细胞扩增出来的T细胞亚群，他们都有着同样的TCR特征！（拥有不同TCR的T细胞可以识别不同的疾病来源从而开启特异性的杀伤，每个人生下来的T细胞几乎可以识别所有的病原微生物，但是随着年龄的增加，TCR的种类会慢慢减少）。

大量活化T细胞，并且具备相同的TCR特征。根据这一特征，研究人员进一步探究，这些T细胞究竟识别什么病原体。通过比较TCR序列，研究者发现，出现在AD患者脑中的T细胞可以与人类疱疹病毒第四型（EBV）产生的两种抗原相结合，基于这些结果，病毒感染与AD的关系看来有了新的依据。并且在已故AD患者的大脑中，可以识别EB病毒的活化T细胞就在受损神经元旁边。因此可以推测，这些T细胞有可能参与了神经退行性疾病的形成。

本文探究了阿尔茨海默氏症病人的外周和中枢获得性免疫应答的变化。基于单细胞转录组及单细胞免疫组库技术，发现在AD病人的脑脊液中，存在克隆扩增的CD8+T细胞，并发现了导致这群细胞发生克隆的是来自EBV抗原。虽然EB病毒感染与AD之间是否存在因果关系还需要其他证据来检验，但这项新发现无疑证实了免疫系统角色之重要，先天免疫和后天免疫之间的相互作用或许有助于提供诊断或干预治疗的新方法。

应用案例分享2

单细胞分析揭示了溃疡性结肠炎中适应性免疫细胞的异质性和克隆关系

溃疡性结肠炎是一种病因不明的炎症性肠病（IBD）。大肠粘膜的慢性炎症和表面溃疡造成排便频繁、腹泻和大便带血等症状。年8月，加州大学圣地亚哥分校和弗吉尼亚州圣地亚哥医疗系统领导的研究团队利用转录组和免疫组库测序策略来鉴定患者的组织和免疫细胞特征。通过对7例溃疡性结肠炎患者（UC）和9例未患病的对照的血液和胃肠道粘膜样本开展单细胞RNA测序、单细胞T细胞受体测序和单细胞B细胞受体测序分析，记录了一系列与溃疡性结肠炎相关的免疫细胞转移和克隆关系，包括B细胞受体克隆型簇、表达免疫球蛋白G1的浆细胞上升，以及结肠组织中表达ZEB2转录因子的调节性T细胞上升。

通过对B细胞进一步亚群细分，可以分为17个亚群，B1及B6亚群在UC及健康个体中存在明显的差别，B1及B6亚群克隆扩增性能在不同样本中变化趋势和含量一致，B1作为UC患者特异性富集的亚群，其克隆扩增性能在UC患者中明显高于对照样本。B1，B6亚型主要包含IgA及IgG表型，其中UC富集B1簇的细胞主要是免疫球蛋白G1阳性；不同B细胞群具有共享的克隆型，除了样本特异性的B细胞亚群（B1，B6），说明血浆细胞可能在不同的状态之间转换。

T细胞进一步可分为17个亚群，6种主要表型；UC患者外周血中T8含量明显升高，而在UC患者中T5,T7,T10显著富集；T7（Treg）细胞可以预防炎症和自身免疫，ZEB2对Treg功能会产生影响；shRNA干扰Zeb2表达后，Treg抑制炎症功能明显增强。利用单细胞TCR测序技术，对健康组和UC患者TRM细胞簇进行进一步克隆扩增分析，发现在UC样品中克隆相关的CD8+TRM细胞有明显的发炎状态。

本文的研究工作生成了一个完整的单细胞转录组和抗原受体数据库，扩展了人炎症性肠病可用的单细胞数据。研究确定在疾病背景下发生的免疫细胞类型（包括浆细胞、Treg细胞、γδT细胞和CD8+TRM细胞）和克隆关系的改变，这将使其他研究者能够识别与UC相关的细胞亚型和组织特异性的其他变化，并加速在UC中特定基因相关免疫细胞类型和状态的机理及功能研究。

总结

通过这些文章我们可以看到，通过单细胞TCR、BCR测序可获得单个细胞TCR、BCR序列信息，结合单细胞转录组测序数据，能够全面准确的揭示免疫微环境中细胞的多样性及功能状态。不同疾病条件下免疫组库会发生很大变化，对诊断及治疗具有重要的指导意义。因此，近年来研究人员逐渐将科研
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