廣東省人民醫(yī)院余學清團隊、南方醫(yī)科大學張鎮(zhèn)海團隊以及中國人民解放軍海軍軍醫(yī)大學曹廣文團隊聯(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、公共克隆以及體細胞超突變在內的多個抗體組庫的關鍵特征。

2021年5月11日，國際學術期刊《細胞報告》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）是指某一特定個體或組織所包含的全部抗體的集合，它是人類適應性免疫系統(tǒng)的重要組成部分?？贵w的多樣性源于多個機制，包括生殖系基因片段的重組、連接位點的修飾、體細胞超突變以及重輕鏈配對等。據(jù)估計，這些機制可以產(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（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)使人們能夠以單個核苷酸的高分辨率同時對數(shù)以百萬計的抗體進行深入仔細的研究，這一技術被稱為抗體組庫測序（Ig-seq）?？贵w組庫測序的出現(xiàn)極大地促進了我們對體液免疫的理解，目前抗體組庫測序的應用已在過敏反應、炎癥反應、傳染病、自身免疫、抗體發(fā)現(xiàn)以及疫苗篩選等領域取得了重要進展。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，單個研究所使用的樣本的代表性相當有限。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、公共克隆以及體細胞超突變在內的多個抗體組庫關鍵特征進行了深入細致的分析。該團隊發(fā)現(xiàn)：52個核心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具有近端和遠端的位置偏好性；人與人之間幼稚B細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相關的體細胞超突變（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。

實驗設計及主要研究成果示意圖。

基于上述52個核心V基因的發(fā)現(xiàn)，該團隊進一步的研究表明，其中26個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，而IGHV1-18、IGHV1-69和IGHV3-11被上調，這一結果暗示可根據(jù)V基因的使用率來區(qū)分個體的免疫狀態(tài)。緊接著該團隊利用機器學習的方法以V基因的使用率作為輸入，比較了包括該研究所定義的52個核心V基因在內的三個V基因集合在區(qū)分健康和非健康個體時的性能表現(xiàn)，結果表明該研究所定義的52個核心V基因集預測性能更優(yōu)（AC=0.686，AUC=0.763）。因此，這一結果不僅證明了利用抗體組庫特征對個體的健康狀態(tài)進行分類的可行性，還表明了該研究所定義的52個核心V基因集是一個更好的預測器（predictor）。

另外，值得注意的是，該團隊在體細胞超突變的分析中，將V基因生殖系序列上的每個位點按照突變的后果（即錯義突變或同義突變）進行分類，從而揭示了RGYW模體在體細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位點對抗體親和力成熟可能會帶來不同的影響，從而對疫苗的設計和選擇提供重要指導。

“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，但還遠遠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。與其他項目相比（如TCGA），目前的數(shù)據(jù)集相當有限。想要充分釋放抗體組庫測序應用的潛力，未來還需要更多在不同生理條件和免疫學干擾下的樣本數(shù)據(jù)集?！痹撐牡牡谝蛔髡邨钚藜言u論道。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109110

來源：科學網(wǎng)