作者：鄭翰欽/有勁生物科技

 

　　Immune repertoire(免疫細胞組譜；免疫細胞庫)是指什麼？簡單來說就是人體內B細胞或T細胞上抗原辨識受體(antigen receptor)種類與數量的綜觀。至於為何要研究immune repertoire？以及immune repertoire有哪些應用？本文先以T細胞為例，從T細胞發育開始介紹。

 

　　未成熟的T細胞，最先會從骨髓被釋放出來，然後轉移到胸腺(Thymus)，在那裡接受免疫鑑識的教育訓練(如圖一所示) 1。T細胞的受體是由TCRβ這個基因在控制表現；TCRβ中有個簡稱VDJ的基因區，而VDJ基因區內又各自包含了很多小的片段區域。T細胞在胸腺接受免疫鑑識刺激的這段期間，會從V-D-J區域內隨機挑出部份片段進行基因重組 (過程如圖二所示)2。為了增加基因的多樣性以辨識到更多樣的抗原，未成熟的T細胞隨後還會在重組過的片段上形成大量的突變，最終產生新的、不同的TCRβ基因，並表現在受體上。一種T細胞上只會帶有一種抗原受體；換句話說，體內會出現許多種T細胞，各自對不同特定抗原具有識別上的專一性。

 

　　免疫鑑識教育訓練結束之後，這些已經分化過的T細胞就會進入血液循環中，等待外界抗原的出現。當某種「外來物」(例如病菌)入侵人體時，其細胞表面所呈現的各種抗原裡，只要其中有能與某種T細胞上抗原受體「對上眼」並結合的，就會刺激誘發這類T細胞的快速增殖(如圖一下的cloneⅠ及cloneⅡ)。也因此，在「外來物」入侵前後，Immune repertoire裡的T細胞種類與數量其實是不相同的(如圖一所示)。

 

 

圖一、T細胞發育示意圖

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未成熟T細胞從骨髓釋出後就進入胸腺(Thymus)接受免疫鑑識教育訓練，之後才分化為成熟的T細胞。在胸腺的這段期間，T細胞「新兵部隊」會在接受鑑識刺激後進行基因重組，再各自分化長出能夠辨識不同抗原的受體；一種T細胞只會帶有一種抗原受體。換句話說，體內會出現許多種T細胞，各自對不同特定抗原具有識別上的專一性。免疫鑑識教育訓練結束後，這些已經分化過的「各有所長」的T細胞「菁英部隊」就會進入血液循環中，等待外界抗原的出現。(圖片來源：Savola, P. et al. Nature Communications. 2017 Jun 21; 8:15869.)

 

 

圖二、VDJ基因重組示意圖

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圖片來源：Hou, D., et al. Frontiers in Immunology. 2016 Aug 31; 7: 336.

 

 

假若能比較出「外來物」入侵前後的Immune repertoire變化，我們便有機會得知以下有用的訊息：

一、體內T細胞種類的變化情形。根據這個資訊便可進一步去評估諸如：人體內是否有出現異常抗原誘發的免疫反應？免疫治療是否有效果(例如骨髓移植後T細胞多樣性的恢復)？以及疫苗是否有效用？等等病情變化或治療方針。

 

二、找出有哪些T細胞帶有可以對抗該「外來物」的受體。這個資訊可以用來作為開發疫苗的參考。此外，手上若有足夠的T細胞受體與相對應的「外來抗原」資訊，那麼一旦有患者受到感染，卻不知道是由什麼細菌或病毒所造成時，就可利用這個資訊去推敲出可能的感染源。

 

　　那麼如何可以取得Immune repertoire的資訊？其實現在已經有公司針對這個目的開發出應用的kit，例如ThermoFisher的Oncomine™ TCR Beta-LR Assay3、以及Illumina的AmpliSeq for Illumina Immune Repertoire Plus, TCR beta Panel4等。使用這類kit將樣品製備成DNA資料庫(DNA library)之後，透過次世代定序平台(Next generation sequencing platform)進行定序，然後再利用這些開發公司所推出與以上kit相對應的軟體去進行後續分析，便可取得Immune repertoire資訊。另外，若想查詢VDJ基因片段的資料，也可上IMGT5這個網站查詢。

 

　　截至目前，絕大多數的應用仍侷限在比較感染或治療後的immune repertoire變化。然而筆者認為，若能建置出囊括足量T細胞受體與相對應「外來抗原」資訊的資料庫，便可參考其中資訊，來評估患者是受到什麼病菌感染；即便患者沒有明顯病徵(如HIV患者)，仍有機會檢查出來。然而，目前侷限在相關研究資料仍相當有限的關卡上；畢竟要驗證T細胞受體與「外來抗原」的關係，除了要有相應的樣本外，也需從蛋白質3D結構這個角度來進行驗證。可是蛋白質3D結構的分析本身就是件相當困難的工作；若要讓這部分的資料齊全完善，仍有待醫界與科學家們大力投入。

 

參考文獻

1. Hou, D., et al. High-throughput sequencing-based immune repertoire study during infectious disease. Frontiers in Immunology. 2016 Aug 31; 7: 336. https://doi.org/10.3389/fimmu.2016.00336

2. Savola, P. et al. Somatic mutations in clonally expanded cytotoxic T lymphocytes in patients with newly diagnosed rheumatoid arthritis. Nature Communications. 2017 Jun 21; 8:15869. https://doi.org/10.1038/ncomms15869

3. ThermoFisher Scientific Inc. (2017). Oncomine TCR Beta-LR Assay. Retrieved from https://www.thermofisher.com/tw/zt/home/clinical/preclinical-companion-diagnostic-development/ion-ampliseq-immune-repertoire-assay.html

4. Illumina Inc. (2018). AmpliSeq for Illumina Immune Repertoire Plus, TCR beta Panel. Retrieved from https://www.illumina.com/products/by-type/sequencing-kits/library-prep-kits/ampliseq-immune-repertoire-panel.html

5. Lefranc, M.P. IMGT® databases, web resources and tools for immunoglobulin and T cell receptor sequence analysis, http://imgt.cines.fr. Leukemia. 2003 Jan 1; 17(1): 260-266. https://doi.org/10.1038/sj.leu.2402637

 

 

 

 

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