廣東省人民醫(yī)院余學(xué)清團(tuán)隊(duì)、南方醫(yī)科大學(xué)張鎮(zhèn)海團(tuán)隊(duì)以及中國人民解放軍海軍軍醫(yī)大學(xué)曹廣文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在線發(fā)表了群體水平下人抗體組庫特征譜的研究，揭示了包括基因使用率、基因重組偏好、公共克隆以及體細(xì)胞超突變在內(nèi)的多個(gè)抗體組庫的關(guān)鍵特征。

2021年5月11日，國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞報(bào)告》在線發(fā)表了這一研究成果，博士生楊修佳為第一作者。

抗體組庫（Antibody repertoire）是指某一特定個(gè)體或組織所包含的全部抗體的集合，它是人類適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的重要組成部分。抗體的多樣性源于多個(gè)機(jī)制，包括生殖系基因片段的重組、連接位點(diǎn)的修飾、體細(xì)胞超突變以及重輕鏈配對等。據(jù)估計(jì)，這些機(jī)制可以產(chǎn)生至少1012種不同的抗體，因此，多樣化的抗體能夠特異性地識別幾乎是無限的潛在免疫原。

早期的技術(shù)（即Sanger測序和譜型分析）由于通量小或分辨率低，極大地限制了對抗體組庫的研究。然而，高通量測序的出現(xiàn)使人們能夠以單個(gè)核苷酸的高分辨率同時(shí)對數(shù)以百萬計(jì)的抗體進(jìn)行深入仔細(xì)的研究，這一技術(shù)被稱為抗體組庫測序（Ig-seq）?？贵w組庫測序的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了我們對體液免疫的理解，目前抗體組庫測序的應(yīng)用已在過敏反應(yīng)、炎癥反應(yīng)、傳染病、自身免疫、抗體發(fā)現(xiàn)以及疫苗篩選等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。特別地，在全球新冠病毒大流行期間，抗體組庫測序還被成功地用于新冠病毒感染患者體液免疫動態(tài)變化的監(jiān)視以及針對新冠病毒的中和抗體的篩選。

鑒于其巨大的潛力，研究者們根據(jù)特定的研究目的，生產(chǎn)了一批又一批的抗體組庫測序數(shù)據(jù)。然而，由于其難以估量的多樣性，單個(gè)研究所使用的樣本的代表性相當(dāng)有限。此外，不同的研究通常使用不同的分析流程，這使得不同的研究之間的結(jié)果難以相互比較。因此，基于大數(shù)據(jù)的抗體組庫特征描述顯得尤為重要。

在張鎮(zhèn)海教授的指導(dǎo)下，博士研究生楊修佳、張艷芳、朱燕以及碩士研究生曽惠昆等收集了2,152套高質(zhì)量的抗體重鏈測序數(shù)據(jù)集，并對包括基因使用率、基因重組偏好、公共克隆以及體細(xì)胞超突變在內(nèi)的多個(gè)抗體組庫關(guān)鍵特征進(jìn)行了深入細(xì)致的分析。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：52個(gè)核心V基因參與了超過99%的抗體的重組；V基因重組在染色體上同時(shí)具有近端和遠(yuǎn)端的位置偏好性；人與人之間幼稚B細(xì)胞抗體組庫的相似性在取樣不足的情況下可能會被低估；RGYW相關(guān)的體細(xì)胞超突變（Somatic hypermutations，SHMs）傾向于被陽性選擇。以上這些研究成果為抗體組庫研究提供了重要的基線（baseline）參考。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及主要研究成果示意圖。

基于上述52個(gè)核心V基因的發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步的研究表明，其中26個(gè)V基因的使用在健康人和非健康人之間有顯著的差別。例如，在非健康人中，IGHV4-34、IGHV4-39和IGHV4-59被下調(diào)，而IGHV1-18、IGHV1-69和IGHV3-11被上調(diào)，這一結(jié)果暗示可根據(jù)V基因的使用率來區(qū)分個(gè)體的免疫狀態(tài)。緊接著該團(tuán)隊(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法以V基因的使用率作為輸入，比較了包括該研究所定義的52個(gè)核心V基因在內(nèi)的三個(gè)V基因集合在區(qū)分健康和非健康個(gè)體時(shí)的性能表現(xiàn)，結(jié)果表明該研究所定義的52個(gè)核心V基因集預(yù)測性能更優(yōu)（AC=0.686，AUC=0.763）。因此，這一結(jié)果不僅證明了利用抗體組庫特征對個(gè)體的健康狀態(tài)進(jìn)行分類的可行性，還表明了該研究所定義的52個(gè)核心V基因集是一個(gè)更好的預(yù)測器（predictor）。

另外，值得注意的是，該團(tuán)隊(duì)在體細(xì)胞超突變的分析中，將V基因生殖系序列上的每個(gè)位點(diǎn)按照突變的后果（即錯義突變或同義突變）進(jìn)行分類，從而揭示了RGYW模體在體細(xì)胞超突變中的陽性選擇現(xiàn)象。這一研究成果表明靶向不同突變熱點(diǎn)位點(diǎn)對抗體親和力成熟可能會帶來不同的影響，從而對疫苗的設(shè)計(jì)和選擇提供重要指導(dǎo)。

“人類抗體組庫極度多樣。與之前的研究相比，我們所分析的樣本數(shù)量雖然有了顯著的提升，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以捕捉到抗體組庫所有的多樣性。此外，為了更好地理解體液免疫，我們還需要更為廣泛的疾病狀態(tài)下以及不同亞型和組織類型的抗體組庫數(shù)據(jù)集。與其他項(xiàng)目相比（如TCGA），目前的數(shù)據(jù)集相當(dāng)有限。想要充分釋放抗體組庫測序應(yīng)用的潛力，未來還需要更多在不同生理?xiàng)l件和免疫學(xué)干擾下的樣本數(shù)據(jù)集?！痹撐牡牡谝蛔髡邨钚藜言u論道。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109110

來源：科學(xué)網(wǎng)