免疫组库

免疫组库（Immune Repertoire，IR）是指在任意给定时间点，机体内所有功能性 T细胞 和 B细胞 的抗原受体（即 TCR 和 BCR）集合的总和。它是适应性免疫系统多样性的直接体现，记录了机体既往所有的免疫经历（感染、疫苗接种、自身免疫等）。通过 V(D)J重排 机制，免疫组库理论上可包含超过 $10^{13}$ 种独特的克隆。利用现代 高通量测序 (NGS) 技术对免疫组库进行深度解析（即 IR-Seq），已成为评估免疫系统健康状态、监测 微小残留病灶 (MRD) 以及开发 肿瘤疫苗 的关键手段。

免疫组库

Immune Repertoire (点击展开)

免疫系统的“黑匣子”

基本属性
英文名称	Immune Repertoire
核心组分	TCR (T细胞), BCR (B细胞)
多样性来源	V(D)J重排
理论容量	> $10^{13}$ 种克隆
分析技术
核心技术	IR-Seq (TCR/BCR-Seq)
关键区域	CDR3
分析指标	克隆性, 多样性指数
临床应用	MRD, 疗效预测

构成基础：天文数字的多样性

免疫组库的庞大容量是机体应对自然界无限病原体的基础。这种多样性并非由海量基因编码，而是通过组合运算实现的。

• 组合多样性： 通过 V(D)J重排，有限的 V、D、J 基因片段进行随机组合。
• 连接多样性： 在重排过程中，TdT 酶在连接处随机插入或删除核苷酸，形成高变区 CDR3。这是免疫组库测序的主要“条形码”。
• 链配对多样性： TCR 的 $\alpha/\beta$ 链或 BCR 的重/轻链随机配对，进一步指数级增加了多样性。
• 体细胞高频突变 (SHM)： 仅发生在 B细胞 中，在抗原刺激下引入点突变，进一步成熟亲和力。

测序技术：IR-Seq

传统的 Spectratyping 技术只能看大概分布，现代 高通量测序 (NGS) 使得单克隆分辨率的分析成为可能。

策略	方法描述	优缺点
多重 PCR (Multiplex)	针对所有 V 和 J 基因设计多对引物进行扩增。	成本低，但存在扩增偏倚 (Bias)，定量不准。
5' RACE	利用加尾法扩增，只需设计 C 区引物。	偏倚小，能获得全长 V 区，但操作复杂。
单细胞测序 (scVDJ)	基于微流控（如 10x Genomics），同时测定细胞的 VDJ 序列和转录组。	金标准。能匹配 $\alpha/\beta$ 链，且能关联功能表型，但昂贵。

注意： 为了校正 PCR 扩增和测序错误，引入 UMI (Unique Molecular Identifier) 是绝对必要的，它能确保我们计数的是原始分子数而非扩增产物数。

应用场景：解码健康与疾病

• 血液肿瘤 (微小残留病灶 / MRD)： 白血病/淋巴瘤细胞具有特定的、高丰度的 CDR3 序列。治疗后追踪该“恶性克隆”的频率，灵敏度可达 $10^{-6}$，比流式细胞术更灵敏，可提前数月预测复发。
• 肿瘤免疫治疗：
  • 预测疗效： 使用 PD-1 抗体治疗前，TCR 组库的多样性 (Diversity) 越高，通常预后越好。
  • 克隆扩增： 治疗后若出现特异性 TCR 克隆的显著扩增，往往提示治疗有效。
• 疫苗开发： 追踪疫苗接种后特异性克隆的诱导和持久性。例如，在 新冠疫苗 研究中，评估针对 Spike 蛋白的特异性 TCR/BCR 广度。
• 自身免疫病： 在 多发性硬化 或 类风湿性关节炎 患者中，可鉴定出针对自身抗原的公共克隆 (Public Clones)。

       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Robins HS, et al. (2009). Comprehensive assessment of T-cell receptor beta-chain diversity in alpha beta T cells. Blood.
[点评]：Adaptive Biotechnologies 创始人的开创性工作，首次利用深测序技术估算出人类外周血 TCR 多样性的数量级，定义了现代 IR-Seq 方法。

[2] Georgiou G, et al. (2014). The promise and challenge of high-throughput sequencing of the antibody repertoire. Nature Biotechnology.
[点评]：权威综述，详细讨论了抗体组库测序的技术难点（如 SHM 的分析）及其在疫苗和单抗药物发现中的应用。

[3] Davis MM, Brodin P. (2018). Rebooting Human Immunology. Annual Review of Immunology.
[点评]：提倡利用系统免疫学方法（包括免疫组库）研究人体免疫系统，强调了从小鼠模型向人体研究转化的重要性。

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