继了解了单细胞转录测序和表面蛋白检测之后，相信大家也了解到单细胞测序技术的强大之处。在本期文章中，我们将继续展开聊聊单细胞测序的另一重要应用——免疫组库测序。

免疫组库（Immune Repertoire, IR）的定义为在某一时间，生物个体的免疫系统中所有功能多样性T细胞和B细胞的总和。免疫组库的多样性具体体现在有V,D,J,C基因区段排列组合形成的B细胞受体（BCR）或T细胞受体（TCR）的多样性上。BCR包括两条重链和轻链，TCR链包括α和β链。

在B细胞的发育过程中，会发生V（variable）、D（diversity）、J（joining）三个基因片段的随机重组，也就是VDJ重组。重组过程包括随机选择一对V、D、J 片段、引入每段相邻的双链断裂、删除中间的DNA并连接片段。TCR也会经历相似的重组，TCRβ链上会先发生D-J重组，之后是类似于lg轻链的V-J重排。这个过程对免疫球蛋白产生了重要影响，决定了免疫系统的多样性。因此研究VDJ重组可以帮助我们更好地理解免疫系统的发育和功能，以及相关疾病的发生和治疗。

免疫球蛋白重链的V（D）J重组概述 来源：wiki

单细胞免疫组库测序技术，可以在单细胞水平，通过一次实验同时测定成千上万的淋巴细胞克隆的天然VDJ序列和其组合信息。它对全长的B细胞和T细胞受体进行单细胞分析，包括框架区1-4和CDR区1-3。免疫组库的技术发展使得单细胞测序最多可以同时构建5个文库：转录组、BCR、TCR、膜蛋白（Ab-seq）、多样本标记，实现多组学研究。

单细胞VDJ测序工作流程：

单细胞捕获分离：制备单细胞悬液在Rhapsody平台上进行单细胞分离捕获

cDNA合成和模板转换：通过模板转换引物，将新合成的poly-A尾加在cDNA的3‘端

变性、杂交、自交联、Klenow延伸：合成的cDNA 3’端与同磁珠上的poly-T尾巴杂合。DNA聚合酶的添加使得cDNA 3’端复制新的条形码（与mRNA 5’端相同）。最终的序列允许从cDNA的5'端扩增

Exol：酶切没配对的单链

1、2轮PCR扩增

文库制备测序

数据分析

技术应用

单细胞水平上对TCR和BCR的分析，可以探测各类肿瘤、传染病、自身免疫性疾病中的T和B细胞的克隆多样性和功能。

• 筛选传染病中的的抗原特异性细胞
• 测序肿瘤浸润淋巴细胞的免疫组库
• 评估疫苗效能
• 探索移植排斥或耐受
• 发现免疫疗法的生物标志物
• 发展细胞治疗新方法

免疫组库被应用在了各类领域中，包括对新冠病毒的研究。在2020年发表于Cell上的论文“Potent Neutralizing Antibodies against SARS-CoV-2 Identified by High-Throughput Single-Cell Sequencing of Convalescent Patients’ B Cells”中，研究者通过高通量转录组和免疫组库测序确定了8558种IgG1+抗原结合的克隆型，发现了14种有效的中和抗体。

另一篇发表在Nature medicine上的癌症研究“与黑色素瘤患者免疫检查点阻断疗法的毒性有关的T细胞特征”也应用了VDJ测序。该研究分析了与接受免疫疗法的黑色素瘤患者的毒性有关的T细胞特征和患者治疗前后的外周血单核细胞（PBMCs）的T细胞受体（TCR）重排。研究发现，在用免疫检查点抑制剂治疗期间，拥有更多不同TCR重排的患者发生免疫相关不良事件（irAEs）的风险更高。因此，该研究强调了VDJ测序在了解免疫疗法的免疫反应和确定预测治疗结果和毒性的潜在生物标志物方面的效用。

结果展示