全球正面临着由SARS-CoV-2引起的新冠肺炎（COVID-19）大流行。适应性免疫反应对于清除SARS-CoV-2病毒至关重要。虽然已经对新冠肺炎患者的免疫机制进行了大量研究，我们仍然缺乏对患者的B细胞受体库的全面了解。
结果：
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）。
研究发现，与健康对照组相比，疾病组BCR重链有更高的频率变化。疾病组BCR倾向于不同的IGHV3和IGHV4重排，CDR3H明显长于健康对照组，且趋于不同的长度，而在轻链上没有显著差异。这些结果提示BCR重链在清除病毒感染中起主要作用。研究中还发现该病中IgG和IgA同种型增加，包括IgG1、IgG3和IgA1。在所有克隆BCR中，IgG亚型的同型转换重组频率最高，体细胞超突变率最高，尤其是IgG3。此外，研究者发现来自不同克隆群的IgG3簇具有相同的IGHV、IGHJ和CDR3序列。这些结果表明IgG3可能对抗新冠病毒感染中发挥重要作用。该研究研究了BCR基因库在COVID-19患者的特征，有助于了解机体免疫应答SARS-CoV-2感染的机制。
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参考文献：
[1]Jin X, Zhou W, Luo M, Wang P, Xu Z, Ma K, Cao H, Xu C, Huang Y, Cheng R, Xiao L, Lin X, Pang F, Li Y, Nie H, Jiang Q. Global characterization of B cell receptor repertoire in COVID-19 patients by single-cell V(D)J sequencing. Brief Bioinform. 2021 Nov 5;22(6):bbab192. doi: 10.1093/bib/bbab192. PMID: 34015809; PMCID: PMC8194558.
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