华银康教你一文学会免疫组库的应用
2023-02-23 阅读数：3890
人体有三道防线抵御病原体的攻击：皮肤和黏膜及其分泌物构成第一道防线，体液中的杀菌物质（如溶菌酶）和吞噬细胞构成第二道防线，主要由免疫器官和免疫细胞构成第三道防线。根据多种免疫系统相关资料表明，人体的第三道防线在抵抗外来病原体和抑制肿瘤方面具有十分重要的作用。
免疫组库（Immune Repertoire, IR）是指在任何指定时间，某个个体的循环系统中所有功能多样性B细胞和T细胞的总和。免疫组库测序是结合高通量测序技术，对机体免疫组库的多样性及每种T、B细胞克隆的独特性序列组成和变化进行分析，从而全面评估机体的免疫状态，明确疾病与T、B细胞克隆组成及变化之间的关系。在不同的疾病条件下，免疫组库会发生很大的变化，BCR 或 TCR 基因单克隆性表达，使淋巴细胞呈现为克隆性增殖，对于诊断和治疗具有重要的指导意义。
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，它是进行测序以及长期监测是疾病早期发现、诊断以及疗效预测评估的重要方法。
应用方向
01
免疫病理过程研究
例如，拉斯穆森脑炎（RE）是一种罕见的儿科癫痫疾病伴随有半脑炎症和进行性神经系统缺陷。为了阐明RE的免疫病理过程，德国明斯克大学神经学研究所对RE患者的22例血样，2例脑脊液，和5例脑组织切片样本还有儿科样本参照进行T细胞受体（TCR）测序。发现RE病人样本表现为外CD8+ T细胞的扩散并且其长度与疾病的严重程度相关。同时提示在RE中，外周扩散的CD8+淋巴细胞的抗原特异性的侵害与中枢神经系统（CNS）相互对抗，可通过限制其进入CNS来被改善。
RE特异性克隆具有较短的CDR3区域和Vβ基因
文献来源：
Schneider-Hohendorf T, Mohan H, Bien CG, et al. CD8(+) T-cell pathogenicity in Rasmussen encephalitis elucidated by large-scale T-cell receptor sequencing. Nat Commun. 2016;7:11153 ; PubMed Central PMCID: PMCPMC4822013.
02
免疫生物学研究
检测免疫系统的多样性，Glanville等利用Capture-Recapture 方法估计了IGM的种类高达3.5×1010种。
抗体库中重链和轻链CDRs的多样性估计
参考文献：
Glanville J, Zhai W, Berka J, et al. Precise determination of the diversity of a combinatorial antibody library gives insight into the human immunoglobulin repertoire[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2009, 106(48): 20216-20221.
03
疫苗研究
免疫组测序技术可以精确的描述免疫系统的特点和状态，可以展示生物体注射疫苗后的免疫系统的变化。免疫组库测序技术在疫苗研发、疫苗有效性测试、特定抗原的抗体发掘、疫苗免疫性浊量等方面有广泛的应用价值。
参考文献：
Galson J D, Pollard A J, Truck J, et al. Studying the antibody repertoire after vaccination: practical applications[J]. Trends Immunol, 2014, 35(7): 319-331.
04
癌症治疗与监控功能：微小残留病
微小残留病（minimal residual disease，MRD）监控：白血病人经过治疗以后，体内白血病细胞数量通常会下降至正常水平。白血病诱导化疗完全缓解后（或骨髓移植治疗后），在体内残留少量白血病细胞的状态，通常称有白血病细胞微小残留（MRD）。由MRD引起白血病的复发经常会使得病人及医生措手不及，因此对微小残留灵敏的检测和监控十分重要。
通过高通量测序分析免疫组库，对比正常人群的免疫组库和白血病人的免疫组序列，找出相关致病克隆。通常，一个致病克隆对应一个白血病细胞，通过掺入一定量的已知拷贝数的分子标记，就可以相对精确地判断出病人体内白血病细胞的数量，从而及时指导白血病的临床治疗及用药。
高通量测序与多参数流式细胞术治疗前和治疗后第29天B淋巴母细胞频率比较，通过高通量测序（红色）或多参数流式细胞术（蓝色；N=91）鉴定出克隆B淋巴细胞
参考文献：
Wu D1, Emerson RO2, Sherwood A2, et al. Detection of minimal residual disease in B lymphoblastic leukemia by high-throughput sequencing of IGH.Clin Cancer Res. 2014 ,20(17):4540-4548.
05
免疫组库在肿瘤异质性中的应用
肿瘤的异质性一直是困扰人们研究的一个方面，肿瘤浸润淋巴细胞是否是异质性的？Emerson等通过对卵巢癌浸润T细胞的高通量测序研究发现浸润T细胞在肿瘤不同空间位置上是相似的。使用单个组织样本定量评估肿瘤浸润淋巴细胞的能力对于评估TCR测序作为实体瘤中潜在的预后和预测生物标志物至关重要。
患者TCRB库重叠的聚类分析
参考文献：
Emerson R O, Sherwood A M, Rieder M J, et al. High-throughput sequencing of T-cell receptors reveals a homogeneous repertoire of tumour-infiltrating lymphocytes in ovarian cancer[J]. J Pathol, 2013, 231(4): 433-440
另外，有多篇临床研究立足于COVID-19的免疫学研究，力求通过免疫状态监控评估，找到与COVID-19感染进程相关的标志物或预后评估的线索。钟南山院士团队在临床上的研究指出，淋巴细胞减少可见于83.2%的新冠肺炎感染患者中，寻找病毒破坏淋巴细胞的关键机制，将帮助临床医生通过调节患者的免疫功能而提高救治成功率，强调了新冠病毒宿主免疫研究的重要性。免疫组库还可用来研究外周血中免疫抗体、免疫分子和免疫细胞，观察病程当时的免疫状态；研究淋巴结/胸腺的生发中心，观察中长期免疫应答；更可以研究骨髓中长寿浆细胞，观察长期免疫应答。
总之，免疫组库的研究范围是非常的广泛，免疫治疗更是成为自身免疫性疾病、癌症、感染性疾病等发展最快速的领域。在“大数据时代”的今天，通过高通量测序技术去解码我们自身免疫系统中的大数据，这为人类免疫系统的研究开辟了新的技术与思路，推动免疫学进一步的探索与发展。
高通量测序检测中心
中心定位于科研服务与临床医学转化应用，围绕基础科研和临床检测两大板块，致力于生物医学各领域的相关研究与测序大数据联合分析，为各大高校、医院和科研单位提供医学科研项目的方案设计、测序实验和数据分析为一体的一站式服务以及快速精准的临床检测服务，以成为业内领先的高通量测序服务中心为目标。
目前，我司高通量测序检测中心拥有Illumina和MGI等高通量测序仪组成的大规模高通量测序服务平台，科研服务可提供涵盖基因组学、转录组学（外泌体）、表观组学、单细胞组学、微生物组学、免疫组库、代谢组学、蛋白组学和多组学关联分析等组学基础研究服务和高级生物信息分析；临床服务包括遗传性肾病基因检测、血液肿瘤基因检测、实体瘤基因检测、感染性疾病病原体检测等服务。
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