在人体的免疫系统中，免疫球蛋白（Ig）意义重大。它既可以作为B细胞受体（BCR）存在于B细胞表面，也能在分泌后成为抗体，帮助人体识别并抵御抗原威胁。据估计人体内抗体序列超过1013种，因此深入探究BCR库和分泌型抗体库的技术对于理解人类适应性免疫至关重要。本文中，作者对高通量B细胞受体测序（BCR-seq）和基于质谱的抗体肽测序（Ab-seq）技术在全面解析体液免疫的应用进行了比对整合研究。
研究方法
目前，BCR-seq主要有批量（bulkBCR-seq）和单细胞（scBCR-seq）测序两种方法。bulkBCR-seq能提供高采样深度，可更好地覆盖BCR库的多样性；scBCR-seq虽采样深度较低，但能获得重链和轻链的天然配对。然而，BCR-seq无法直接用于分析分泌型抗体，而Ab-seq则可通过质谱技术从血清中分析抗体组成，二者结合有望全面揭示适应性免疫库的基因组和蛋白质组层面信息（图1）。
图1 基因组和蛋白质组水平分析抗体库
实验设计与数据集描述
研究人员从健康人外周血中分离B细胞，进行bulkBCR-seq和scBCR-seq，并结合公开测序数据分析，同时利用Ab-seq分析血清抗体。研究选用了三个数据集：数据集1对一位健康成人的B细胞进行测序和分析，探究采样深度和技术重复的影响；数据 2对十位健康成人的B细胞测序，分析跨个体情况；数据集3则利用已发表的患者数据，比较不同B细胞亚群的免疫库特征。研究重点关注VH基因使用频率、CDRH3序列重叠，以及从Ab-seq肽中识别克隆型和重建V(D)J序列等特征（图2）。
图 2研究使用的三个数据集描述
研究结果
1. BCR-seq揭示个体VH基因的情况高度一致
研究发现，无论是 bulkBCR-seq 还是 scBCR-seq，都能有效捕捉个体的VH基因使用特征。即使scBCR-seq采样深度较低，也能较好地反映个体的VH基因组成（图3）。
图 3 | bulkBCR-seq和scBCR-seq均可捕获个体的VH基因使用情况
2. bulkBCR-seq相较于scBCR-seq能更好地覆盖BCR库的生物学多样性
在免疫库多样性覆盖方面，bulkBCR-seq凭借更高的采样深度更具优势。相同同种型样本中，bulkBCR-seq与scBCR-seq的CDRH3序列重叠度更高。此外，研究还观察到“轻链一致性（LCC）”现象，即具有相似重链的B细胞往往也具有相似轻链，这在记忆B细胞中更为明显（图4）。
图 4 | bulkBCR-seq和scBCR-seq样本之间的CDRH3序列重叠情况
3. Ab-seq的应用：识别克隆型，重建V(D)J序列
Ab-seq是以个体的BCR-seq数据为参考，将血清中循环抗体酶切成肽段后，通过质谱分析中识别特定克隆型，并重建V (D) J序列。抗体的CDR3区域高度可变，决定了抗体对抗原的特异性识别。然而本研究中只有一小部分Ab-seq肽段能与CDR3重叠，且大多数匹配到的克隆型在BCR库中属于扩增程度较低的类型，揭示了BCR库与分泌型抗体库难以直接匹配的客观事实。
图 5 | Ab-seq肽与BCR-seq CDR3的匹配情况
总结
本研究聚焦于整合基因组和蛋白质组方法探究适应性免疫组库，长远来看，随着技术发展，scBCR-seq有望取代bulkBCR-seq成为检测BCR库的常规方法，但目前二者仍各有应用场景。尽管质谱法是目前最为成熟的蛋白质序列测定技术，但它在抗体测序方面的应用范围仍然较窄，未来随着机器学习、从头测序（de novo sequencing）等技术的发展和流程技术优化，期望实现的目标是能够在血清多克隆抗体的复杂背景下，直接从血液中精准鉴定出特定的抗体序列。
关注点：
（1） 全面解析BCR库与分泌性抗体库，是深入理解适应性免疫的前沿发展方向，而这一目标的实现高度依赖于相关技术的创新突破。
（2） 基于BCR-seq的方法虽然能高效获得B细胞基因数据，助力深入理解个体VH基因的使用情况，但无法对血清中循环的分泌性抗体进行有效检测。
（3） 外周B细胞中，仅有少部分能与循环抗体匹配，Ab-seq与BCR-seq的联合分析也佐证了这一点，仅通过BCR-seq可能遗漏珍贵的高丰度天然抗体。
（4） Rapid Novor 快序生物凭借全球唯一，基于质谱和从头测序的血清多抗测序技术，已实现直接解析天然血清多抗蛋白，获得能复现原始多抗性能的单抗序列。
参考文献：
[1] Lê Quý K, Chernigovskaya M, Stensland M, et al. Benchmarking and integrating human B-cell receptor genomic and antibody proteomic profiling. NPJ Syst Biol Appl. 2024;10(1):73. Published 2024 Jul 12.
