TCR/BCR-seq：免疫组库测序，解锁免疫密码，赋能精准医疗

图1. TCR/BCR结构（图来自10X）

项目简介

T细胞和B细胞是特异性免疫反应中的关键细胞，T细胞负责细胞免疫和调节免疫反应，而B细胞主要通过产生抗体来介导体液免疫。这两个细胞识别抗原依赖于细胞表面的特定受体“T细胞受体（TCR）”和“B细胞受体（BCR）”，TCR由2个多肽链（α链和β链）组成，BCR由2个重链和2个轻链组成。TCR/BCR由V(可变区)、D（高变区）、J（编码连接V、C区的结合区）、C（恒定区），TCR的α链和BCR的轻链不包括D区。通过V(D)J重组和重排，使TCR/BCR具有高度多样性，能够识别广泛的抗原。

图2. TCR/BCR结构[1]

TCR/BCR都含有三个互补决定区（CDR1、CDR2和CDR3），其中CDR1和CDR2由V区编码，结构相对保守，负责识别MHC；CDR3位于V(D)J重组的连接处，是最具多样性的区域，决定了抗原识别的特异性。这三个CDR区共同形成抗原结合位点，参与抗原识别和结合。免疫组库指机体内TCR和BCR多样性的集合，可以全面地反映机体免疫系统在特定时间段内应对外界刺激应答的能力，可以用于表征机体免疫系统的健康状况。表观生物正式上线免疫组库测序技术服务（TCR/BCR-seq），以T/B淋巴细胞为研究目标，以富集扩增决定BCR或TCR多样性的CDR区，再结合高通量测序技术，全面评估免疫系统的多样性，深入挖掘免疫组库与疾病的关系。

技术流程

技术应用

分析内容

送样要求

细胞、组织、血液/骨髓等，样本类型和样本数量请详询

图3. CDR3 区域氨基酸 motif 频率分布

实测数据

图4. VJ基因使用环状图

图5. VJ 基因使用组间比较

图6. 免疫组库的克隆型三层环形图

图7. 样本多样性与样本大小稀疏曲线

图8. 公共克隆型散点图

图9. 重叠 Circos 图

图10. 患者肌肉活检组织中TCRβ链的多样性、克隆性、患者间的共享情况以及与HMGCR反应性TCRβ的关联

研究案例

1、Ann Rheum Dis：HMGCR反应性CD4+T细胞参与抗HMGCR免疫介导性坏死性肌病[2]

这篇文章揭示了在抗HMGCR抗体阳性的免疫介导性坏死性肌病（IMNM）患者中，存在针对HMGCR抗原的特异性CD4+ T细胞，并且这些细胞在患者的循环系统和受累的肌肉组织中均可被发现，提示这些细胞可能参与了疾病的发生发展。通过研究10名抗HMGCR抗体阳性IMNM患者和10名皮肌炎（DM）患者的外周血单核细胞（PBMC），以及5名患者的肌肉活检组织，使用TCR-seq以及基于流式细胞术的CD154表达分析和自然抗原提呈实验（NAPA），检测分析了HMGCR特异性CD4+ T细胞的存在、表型、对HMGCR蛋白及肽段的反应、TCRβ链的序列特征和多样性以及HLA-DRB1基因多态性与T细胞反应的关系。分析结果显示：与DM患者相比，抗HMGCR抗体阳性IMNM患者的PBMC对HMGCR蛋白和NAPA实验鉴定的7个HMGCR核心表位肽段的反应显著升高，且这种反应主要由Th1-Th17细胞介导，并与患者体内抗HMGCR抗体水平呈正相关。TCR-seq结果表明，患者肌肉活检组织中富集了多种HMGCR反应性TCRβ克隆型，并且这些克隆型在不同患者之间存在共享，提示存在共同的抗原驱动机制。此外，患者的HLA-DRB1基因多态性虽然与T细胞反应的强度无显著相关性，但不同HLA-DRB1等位基因可以通过不同的结合模式提呈共同的HMGCR肽段。这些结果表明HMGCR特异性CD4+ T细胞在抗HMGCR抗体阳性IMNM中发挥着重要的作用，为该病的免疫发病机制提供了新的见解，也为开发基于抗原特异性的疾病监测工具和免疫干预策略提供了潜在靶点。

图11. HMGCR反应性TCRβ基序的聚类分析、序列特征以及在患者肌肉组织和外周血中的分布情况

2、J Immunother Cancer：外周血TCR多样性预测双免疫检查点抑制剂治疗NSCLC的疗效与安全性[3]

图12. T细胞丰度

这项研究利用TCR-seq技术分析了接受Ipilimumab和Nivolumab联合免疫治疗的转移性非小细胞肺癌患者外周血TCR的多样性和克隆性，发现基线时具有较高T细胞多样性（包括T细胞丰富度、多样性指数等）的患者对治疗反应更好，而发生免疫相关不良事件（irAE）的患者在毒性发生时T细胞丰富度显著降低，且肺炎患者的TCR序列与病毒感染的TCR数据库重叠增加。这些结果表明，外周血TCR库特征可能作为预测免疫治疗疗效和安全性的潜在生物标志物，并提示了某些irAE可能与特定病原体感染相关的免疫反应有关。

2、J Immunother Cancer：外周血TCR多样性预测双免疫检查点抑制剂治疗NSCLC的疗效与安全性[3]

图13. 使用VDJdb对irAE肺炎(A)和腹泻/结肠炎(B)患者的TCR序列进行富集分析的结果，以及这些TCR序列与已知抗原的重叠情况

图14. 实验设计

3、Immunity：血液组学图谱揭示Omicron突破性感染的免疫和血小板反应特征[4]

这篇文章为了探索Omicron变异株突破性感染后血液中免疫和血小板反应的特征。利用多组学方法分析超过1000个血细胞或血浆样本，揭示系统宿主反应的特点，为Omicron突破性感染的筛查和治疗策略提供帮助。研究对象包括430名Omicron患者的110份样本。样本类型包括临床表型、转录组、蛋白质组、代谢组以及免疫库等多种。通过多组学分析方法，包括临床生化检测、干扰素免疫库和病毒RNA PCR测试、质谱分析血浆蛋白质组和代谢组、血小板转录组和蛋白质组分析，以及scRNA测序与BCR/TCR-seq。研究结果发现Omicron感染后，血小板在抗病毒免疫中显示出增强的干扰素介导的抗病毒特征，而血清中的干扰素水平仍然较低；血小板倾向于与多种免疫细胞形成聚集体，以调节免疫细胞的功能，表明Omicron突破性感染期间血液生态系统中存在非典型的免疫景观；复阳患者表现出减少的BCR克隆、较低的抗体水平和减弱的Omicron中和能力，提示使用抗体或血浆治疗可能预防和治疗重检阳性；最后，文章还开发了一种机器学习模型，准确预测Omicron患者的复阳可能性。

图13. 该图使用BCR-seq数据量化了不同感染阶段不同B细胞类型的丰度

图15. BCR中不同V、D、J基因片段的使用情况

图16. BCR（上）和TCR（下）的不同克隆扩增水平的百分比

参考文献

[1] Liu H, Pan W, Tang C, et al. The methods and advances of adaptive immune receptors repertoire sequencing. Theranostics. 2021;11(18):8945-8963.[2] Tiniakou E, Girgis A, Siafei T, et al. Precise identification and tracking of HMGCR-reactive CD4+ T cells in the target tissue of patients with anti-HMGCR immune-mediated necrotising myopathy. Ann Rheum Dis. Published online October 11, 2024.[3] Altan M, Li R, Li Z, et al. High peripheral T cell diversity is associated with lower risk of toxicity and superior response to dual immune checkpoint inhibitor therapy in patients with metastatic NSCLC. J Immunother Cancer. 2024;12(12):e008950. Published 2024 Dec 25.[4] Wang H, Liu C, Xie X, et al. Multi-omics blood atlas reveals unique features of immune and platelet responses to SARS-CoV-2 Omicron breakthrough infection. Immunity. 2023;56(6):1410-1428.e8.