基于单细胞测序VDJ测序技术对COVID-19患者的BCR库研究

研究者分别抽取12名COVID-19康复患者及6名健康人员的新鲜血液，运用单细胞V（D）J测序来描述恢复期COVID-19患者的BCR序列（图1）。

该研究分析了19581个BCR亚型，平均每个COVID-19康复患者样本有1086个B细胞；平均每个健康样本有1092个B细胞。

研究者首先研究了COVID-19患者和健康对照组的整个BCR库中基因片段的使用情况。对于重链中的V基因片段，IGHV3、IGHV4、IGHV1和IGHV2基因家族在COVID-19患者和健康对照组中都经常使用（图2A），尤其是IGHV3和IGHV4家族，它们占所有BCR的75%以上。每个IGHV家族的基因片段频率在COVID-19患者和健康对照组之间存在显著差异（图2B-E）。具体而言，在COVID-19患者中，IGHV3家族的IGHV3-30、IGHV3-23、IGHV3-15和IGHV3-33，IGHV4家族的IGHV4-4、IGHV4-31和IGHV4-30-2，IGHV1家族的IGHV1-3和IGHV2家族的IGHV2-70显著增加。

IGHJ基因片段分析表明，最常使用的是IGHJ4，在COVID-19患者和健康对照组中均占所有BCR的40%以上（图2F）。IGHJ3、IGHJ4和IGHJ5的比例在两组样本之间存在显著差异（图2G）。

研究者研究了V和J基因片段在克隆BCRs中的使用情况。最常用的V和J基因片段是上面提到的那些在COVID-19患者中显著高于健康对照组的基因片段，例如重链的IGHV4-39、IGHV3-23、IGHV1-3、IGHV2-70和IGHJ3，以及轻链的IGKV1D-13、IGLV1-51、IGLJ3和IGKJ2(图3C)。

接下来，研究者研究了COVID-19患者克隆性扩张BCR的CDR3序列的特征。在重链中，CDR3的长度集中在15，18和22个氨基酸，其中长度为18个氨基酸所占比例最大，且明显长于非克隆性扩张BCRs和健康对照组（图3D和E）。进一步的motif富集分析表明，克隆性BCRs患者的重链CDR3序列比健康对照组更为趋同，尤其是15，18和23个氨基酸长度的CDR3序列，提示抗病毒免疫后BCRs的高特异性（图3F）。有趣的是，不同长度的CDR3对应着不同的V基因片段。总之，研究结果表明，在COVID-19患者中，外周血B细胞存在显著的克隆扩增和B细胞受体库使用偏好性改变，尤其是在BCR的重链中。

BCR重链的恒定区域决定了免疫球蛋白（Ig）的类型及其可以诱导的效应功能。人类有五种类型的免疫球蛋白，包括IgM，IgD，IgG，IgA和IgE。不同的Ig类型通常具有不同程度的抗体亲和力。

对COVID-19患者的克隆BCRs来说，IgM的比例显著降低（图4C）。IgG1和IgA1为主要的Ig类，分别占所有克隆BCRs的40.15%和18.81%（图4C）。表达IgG的B细胞具有较高的浆细胞分化能力，从而增加抗体分泌以应对病毒感染。各亚型的基因片段统计表明，IgM和IgD利用了多个V基因片段，而IgG和IgA则表现为不同V基因片段倾斜（图4D和E）。具体来说，IgG主要使用IGHV4：IgG1主要使用IGHV4-39，IgG2主要使用IGHV4-30-2，IgG3和IgG4主要使用IGHV4-4，而IgA1和IgA2分别主要使用IGHV2-70和IGHV3-33，表明其在血清和粘膜中的潜在局部诱导作用（图4D和E）。

进一步分析发现，各亚型CDR3的长度也不同。CDR3长度在IgM和IgD中的分布与健康对照组和COVID-19患者非克隆BCRs一致（图3D和4F）。而IgG、IgA中不同亚型CDR3的长度往往集中在一定的长度上，且比IgM、IgD长，但IgG2除外（图4F）。