免疫组库知识

免疫组库(Immune Repertoire，IR)指的是在特定时间段内，机体内T淋巴细胞和B淋巴细胞多样性的总和，它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，可以准确而全面地反映机体免疫系统的健康状况，健康状态下人体免疫组库的多样性要远高于疾病状态。
自20世纪80年代科学家们发现抗体产生的基因重排机理后，人们逐渐认识到机体内免疫细胞克隆应该有一个巨大的库容(Repertoire)，随之便产生了免疫组库的概念，直到以illumina平台为主体的二代测序技术的出现，测序速度的提升和测序成本的下降为人们彻底了解免疫组库的组成带来了契机。
免疫组库的多样性呈现“载体”主要包括B淋巴细胞表面受体 (BCR)和T淋巴细胞表面受体 (TCR)两大种类，其中BCR包括游离形式的抗体免疫球蛋白，和非游离的结合在细胞表面的受体蛋白。通常我们研究的免疫组库多样性呈现“载体”具体指的是 IgH(抗体免疫球蛋白重链)和TRB(T淋巴细胞表面受体β链)的多样性，两者分别对应机体的B淋巴细胞主导的体液免疫和T淋巴细胞主导的细胞免疫。目前在众多物种中，对人的免疫组库的研究是最成熟和完善的。
免疫组库测序主要是对个体内的几十万条TCR或BCR的CDR3区域进行测序

研究免疫组库众多序列之前，先要构建目标物种的免疫组库，主要包括B淋巴细胞对应的BCR免疫组库(主要指IgH)和T细胞对应的TCR免疫组库(主要指TRB)，

研究的技术手段主要有：
从外周血分离外周血单个核细胞(PBMC)的技术；
从组织或细胞中提取gDNA以及RNA的技术；
5'-RACE(cDNA5'末端快速扩增)；
Multiplex PCR(多重PCR)和常规的PCR技术等。
根据科研需要，评价免疫组库多重引物扩增效率时还会用到qPCR(实时荧光定量PCR)；
将长的PCR产物打断成固定长度(比如100～200bp)的DNA打断技术。
随着研究的逐步深入，流式细胞仪鉴定和分选技术、单细胞测序技术等前沿的研究方法也越来越多的加入到免疫组库的研究中来

通过已发表的文献来看，已有诸多免疫组学相关生物信息分析软件发布，如IMSEQ、TCRklass、iMonitor、LymAnalyzer、RTRC等。目前较为流行的是MiXCR（曾经叫MiTCR），可以对高度个性化的TCR和免疫球蛋白序列进行分析。MiXCR可以针对不同的数据类型在参数上进行调整，并对分析结果和输出进行优化。关于UMI的数据分析软件目前主流的有MIGEC和pRESTO。而LymAnalyzer还包含用于IGs的SNP突变分析等。以上这些提及的软件仅用于数据的初级分析。

免疫组库的进一步高级分析通常会涉及一个或多个多样性指数，如香农指数（Shannon）、辛普森指数（Simpson）、Inverse-Simpson指数和基尼指数（Gini）等。

目前用于二级TCR profiling分析以及多样性评估有许多不同的软件，这些工具在OMIC-tools社区的Rep-seq中给出了详细列表（https://omictools.com/rep-seq-category）。最近开发的包括VDJtools在内的诸多软件能够分析上面所述的所有软件能够实现的功能。VDJviz则是一款在功能上与VDJtools相似的Web端工具。

另一个名为tcR的R包，可以处理上面提到的这些软件（ImmunoSEQ、IMSEQ、MiTCR、MiXCR、MIGEC、VDJtools）任意的输出格式。