抗體是指機(jī)體的獲得性免疫系統(tǒng)在抗原刺激下，由B淋巴細(xì)胞經(jīng)歷產(chǎn)生、成熟、增殖、分化并分泌的可與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的一類免疫球蛋白?？贵w是由兩條完全相同的重鏈和兩條完全相同的輕鏈由二硫鍵和非共價(jià)鍵結(jié)合形成的“Y”形對(duì)稱結(jié)構(gòu)的復(fù)合物。

根據(jù)理化性質(zhì)和生物學(xué)功能不同，抗體分為IgG、IgM、IgA、IgD、IgE五類（表1）。

● IgG抗體占血清Ig總量的80%，分為IgG1、IgG2、IgG3、IgG4四個(gè)亞類，是機(jī)體抗感染的“主力軍”。IgG在血清中持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，半衰期為20~23d，是唯一能在母親妊娠期穿過(guò)胎盤的抗體；

● IgM占血清Ig總量的5%~10%，是免疫應(yīng)答中最先分泌的抗體，是機(jī)體抗感染的“先頭部隊(duì)”，可用于感染的早期診斷；

● IgA抗體占血清Ig總量的10%~15%，分為單體型IgA和分泌型IgA。分泌型IgA主要分布于呼吸、消化、生殖等管道的粘膜表面和乳汁、唾液、淚液中，可中和感染因子，參與局部粘膜免疫，是機(jī)體抗感染的“邊防軍”；

● IgD抗體占血清Ig總量的0.2%，主要出現(xiàn)在成熟的B淋巴細(xì)胞表面上，與B細(xì)胞的分化相關(guān)；

● IgE抗體是血清中含量最少的抗體，約占血清Ig總量的0.003%，主要由粘膜下淋巴組織中的漿細(xì)胞分泌，參與超敏反應(yīng)，與機(jī)體抗寄生蟲免疫相關(guān)。

抗體是B淋巴細(xì)胞抗原受體（Bcellantigenreceptor,BCR）的分泌形式，抗體的產(chǎn)生和成熟過(guò)程也就是B細(xì)胞的產(chǎn)生、發(fā)育、增殖和分化的過(guò)程。其重鏈由V、D、J、C四個(gè)基因片段編碼的，輕鏈由V、J、C三個(gè)基因片段編碼。成熟的B細(xì)胞從骨髓釋放到外周血中，經(jīng)過(guò)特異性抗原的刺激后會(huì)進(jìn)入淋巴結(jié)的生發(fā)中心，在生發(fā)中心中經(jīng)過(guò)細(xì)胞增殖、體細(xì)胞超突變、親和力成熟、抗原受體編輯、種型轉(zhuǎn)化等復(fù)雜事件，分化成能分泌特異性抗體的漿細(xì)胞和少數(shù)的記憶性B細(xì)胞。經(jīng)過(guò)生發(fā)中心的體細(xì)胞超突變和親和力成熟過(guò)程，進(jìn)一步增加了抗體譜（Antibodyrepertoire）的多樣性，使抗體的數(shù)量達(dá)到了1013的天文數(shù)字，并提高了抗體對(duì)特異性抗原的親和力。

抗體是獲得性免疫的主要組分，在防御性及致病性的免疫反應(yīng)中起關(guān)鍵的作用。通過(guò)對(duì)抗體發(fā)生、發(fā)展和成熟過(guò)程的解析，促進(jìn)了對(duì)傳染性疾病病理機(jī)制、疫苗設(shè)計(jì)、自免疫疾病治療等免疫學(xué)相關(guān)的研究。例如，通過(guò)對(duì)HIV-1緩慢進(jìn)展患者體內(nèi)中和廣譜抗體產(chǎn)生及成熟通路的解析，以獲得具有高效中和效應(yīng)的HIV-1特異抗體，并開(kāi)始應(yīng)用于HIV-1疫苗的研發(fā)。在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎自免疫疾病中，自身抗體基因IGHV4-34明顯富集，可以作為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎檢測(cè)的分子標(biāo)記和免疫治療的靶點(diǎn)。通過(guò)對(duì)抗體發(fā)生、發(fā)展的深入及全面解析，不僅能增加我們對(duì)免疫調(diào)節(jié)的認(rèn)識(shí)，而且為疾病的治療和疫苗的研發(fā)等臨床應(yīng)用提供新的技術(shù)與方案，引領(lǐng)新型治療性抗體研究的時(shí)代。

低通量測(cè)序在抗體研究中的應(yīng)用

隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，抗體組學(xué)的研究經(jīng)歷了從低通量到高通量的時(shí)代變革。在1990~2000年時(shí)，主要利用RT-PCR擴(kuò)增和Sanger測(cè)序技術(shù)研究少量B細(xì)胞的抗體特征。應(yīng)用這一技術(shù)，人們開(kāi)展了致病病毒如HIV-1、流感病毒的單克隆抗體和自免疫疾病相關(guān)自身抗體的研究。通過(guò)抗體測(cè)序結(jié)合克隆表達(dá)，人們獲得了第一代HIV-1的廣譜抗體如b12、4E10、2G12等抗體，解析了它們的抗原識(shí)別位點(diǎn)，為HIV-1疫苗的研發(fā)提供了指導(dǎo)。運(yùn)用這一技術(shù)，Wardemann等闡明骨髓中產(chǎn)生自身抗體及多效抗體的B細(xì)胞至少經(jīng)過(guò)2步獨(dú)立的自體耐受性的檢測(cè)，當(dāng)這一過(guò)程發(fā)生異常時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生分泌自身抗體的漿細(xì)胞，誘發(fā)自身免疫疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡和風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎。

由于技術(shù)的低通量性，每次實(shí)驗(yàn)只能分析幾十到幾百個(gè)B細(xì)胞的抗體特性，與抗體譜的巨大數(shù)據(jù)相比，低通量技術(shù)只為我們揭示了冰山的一角。

高通量測(cè)序在抗體組學(xué)中的應(yīng)用

對(duì)免疫系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)及對(duì)抗體的挖掘及應(yīng)用需要人們能全面深入的了解抗體譜的整體特征，因通量限制，這個(gè)目標(biāo)是傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。羅氏454和IlluminaMiseq為代表的下一代測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用，一次測(cè)序即可獲得數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的B細(xì)胞的抗體可變區(qū)域序列。結(jié)合分子標(biāo)記與細(xì)胞標(biāo)記技術(shù)，NGS為人們展示了更廣闊的抗體譜特性，數(shù)據(jù)量更加接近人體抗體譜真實(shí)數(shù)量，使抗體的研究進(jìn)入了大數(shù)據(jù)的時(shí)代。高通量數(shù)據(jù)的捕獲也使得研究抗體家系及抗體的成熟途徑成為現(xiàn)實(shí)。以下將從實(shí)驗(yàn)的操作、測(cè)序平臺(tái)的選擇、數(shù)據(jù)的分析三個(gè)方面詳細(xì)介紹高通量測(cè)序在抗體組學(xué)中的進(jìn)展與應(yīng)用。

抗體組學(xué)的生物信息分析

如何從數(shù)據(jù)的海洋中挖掘出有用的信息，用于指導(dǎo)抗體的生產(chǎn)和疫苗的設(shè)計(jì)，是抗體組學(xué)工作中面臨的巨大挑戰(zhàn)。目前抗體分析中常用的軟件及工具如圖2所示。其中包括的主要步驟如下：

● 對(duì)測(cè)序得到的原始數(shù)據(jù)（Rawreads）進(jìn)行質(zhì)量控制，濾掉質(zhì)量低與長(zhǎng)度短的讀段并獲得干凈的數(shù)據(jù)（Cleanreads）；

● 利用IgBlast和IMGT對(duì)抗體的可變區(qū)進(jìn)行V（D）J生殖系基因定位（VDJannotation）；

● 根據(jù)生殖系基因定位將每個(gè)合并的讀段剪切至恰好包含整個(gè)可變區(qū)域；

● 去除冗余數(shù)據(jù)，對(duì)于每個(gè)唯一讀段（Uniquereads）記錄其總數(shù)量；

● 系統(tǒng)化注釋獲得reads的可變區(qū)域并提取CDR3區(qū)域；

● 分析CDR3區(qū)域并獲得抗體的家系信息（Cloneorlineage）；

● 獲得每個(gè)家系中輕重鏈可變區(qū)域的序列特性，并利用重鏈和輕鏈各家系的reads數(shù)量進(jìn)行輕重鏈配對(duì)；

● 對(duì)配對(duì)好的抗體序列通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證功能。

利用上述分析軟件與流程，人們開(kāi)展了大量的抗體相關(guān)工作的分析，促進(jìn)了數(shù)據(jù)的分析與挖掘并加快了免疫學(xué)的進(jìn)展。