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瑞兴生物

多组学技术服务与深度数据挖掘 · 从研究设计到实验验证的全流程支持
Single-cell Immune Repertoire · scTCR-seq / scBCR-seq

单细胞免疫组库

在同一个细胞里读出 TCR α/β 或 BCR 重链/轻链的可变区序列,同时保留它的转录组。免疫组库测序能说清"克隆有多多样",单细胞免疫组库还能多说三件事:扩增的是哪一群细胞、这个克隆在几个亚群之间流动、治疗前后换没换人。

  • 10x / BD 双平台
  • TCR α / β 配对
  • BCR 重 / 轻链配对
  • CDR3 克隆分型
  • 转录组同细胞
20,000细胞10x 单样本捕获上限
5,000reads/cellV(D)J 文库最低测序深度
双链配对α/β 与重/轻链天然配对不丢失
同细胞双组学转录组与组库共享同一个 barcode
01

技术简介

T 细胞的抗原受体由 α、β 两条链组成,B 细胞由重链 IGH 和轻链 IGK/IGL 组成。每条链的可变区由 V、(D)、J 基因片段重组拼接而成,片段连接处还会随机删掉几个碱基、再插入 N 核苷酸——这一步写出来的 CDR3 序列,决定了这个受体认什么抗原。理论上这套组合能拼出 1015 种以上的受体,而一个人体内的淋巴细胞大约 1012 个,所以绝大多数受体序列是"私有"的,只在某个人的某段时间里出现。

V(D)J 重排示意:轻链由 V、J、C 片段重排,重链由 V、D、J、C 片段重排,重排后各保留一段功能区片段
V(D)J 重排:轻链为 V-J-C,重链为 V-D-J-C;连接处随机删除与插入,写出各自的 CDR3 · 点击图可看原图

常规 bulk 免疫组库测序把整管细胞的核酸混起来扩增,克隆数、多样性、V-J 使用偏好都能算,但配对信息丢了——α 链和 β 链被随机打散,也没法知道哪个克隆属于哪群细胞。单细胞方案把这两件事都保住:细胞与 barcode 珠一一对应(10x 用液滴包裹,BD 用微孔沉降),mRNA 和 TCR/BCR 转录本共享同一个 Cell Barcode;随后富集可变区——10x 在 5′ 端用恒定区(C 区)巢式引物,BD 在 3′ 端建库后用随机引物延伸拿到 VDJ 全长。两条路都输出两个文库:基因表达文库 + V(D)J 文库,测序后按 barcode 合回同一个细胞。

克隆型(clonotype)的定义是:V-J 基因使用相同、CDR3 核苷酸或氨基酸序列相同的细胞,归为同一克隆型。同一克隆型里有多少个细胞,就是这个克隆扩增到了什么程度——这是后面所有组库指标的起点。

① 单个 T / B 细胞 受体 = 两条链配对 ② 液滴内同 barcode 标记 BC 细胞 + 凝胶珠 mRNA 与 V(D)J 共享 barcode ③ 一分为二,各建一个库 5′ 基因表达文库 细胞类型、状态、功能程序 V(D)J 富集文库 C 区巢式引物 → 全长可变区 同一 barcode ④ 按 V-J + CDR3 归并克隆型 同色 = 同一克隆型,点数 = 克隆大小 深色克隆已扩增,浅色为散在克隆

单细胞免疫组库建库与克隆分型示意(以 10x Chromium 5′ 液滴体系为例,示意图,非实测数据)

平台有 10x Genomics Chromium 5′ 与 BD Rhapsody 两条路线,都能把配对链序列与细胞身份绑在同一个 barcode 上,差别在捕获方式与建库方向。物种方面,TCR/BCR 注释现支持人与小鼠,其他物种需定制引物、克隆型检出率不稳定,暂不常规承接。

02

技术优势

01

配对链不丢

bulk 建库会把 α/β、重链/轻链打散,只能统计单链;单细胞方案把捕获单位缩到单个细胞(10x 液滴、BD 微孔),输出的就是天然配对的两条链——抗原识别特异性取决于配对组合,这一步不能省。

02

克隆型与细胞状态钉在同一个细胞上

转录组与 V(D)J 共享 barcode,可以直接问:扩增的是耗竭型 CD8、Treg、还是某个炎症亚群;同一个克隆在不同样本里处于什么状态。

03

克隆扩增可量化、可分组比较

按携带细胞数把克隆型分成散在、小、中、大、超扩增几档,比较各组扩增克隆的比例与身份,而不是只报一个"克隆数"。

04

跨亚群、跨样本的克隆共享

同一克隆型出现在两个亚群之间,说明这两个亚群存在分化或状态转换关系;出现在治疗前后两个时间点,说明是原有克隆的延续还是新克隆的进入。

05

不需要预先知道抗原

不用四聚体、不用预测表位,直接从"哪些克隆在扩增"反推抗原驱动的方向,适合抗原未知的疾病(自身免疫、慢性疼痛、原因不明的炎症)。

06

能继续往上叠

同一批细胞可加表面蛋白、抗原特异性捕获或 CRISPR 筛选:10x 走 TotalSeq 抗体与 BEAM,BD 走 AbSeq 抗体与抗原四聚体方案,把「克隆身份—细胞状态—抗原识别」三层信息放在一个细胞里。

03

平台与建库路线

维度10x Genomics Chromium 5′BD Rhapsody
捕获方式油包水液滴,细胞与凝胶珠一对一包裹微孔阵列沉降,细胞与 barcode 磁珠落入同一微孔
建库方向5′ 端捕获,V(D)J 由恒定区巢式引物富集3′ 端表达,VDJ 全长(FL)经随机引物延伸获得,与靶向扩增(TTA)并行
细胞通量单样本 500–20,000 细胞;单芯片最高 160,000 细胞、可上 8 个样本搭配 HT 系统,单次混样可达 80,000 细胞
多样本混合CellPlex / hashtag 标记后混测12 个 Sample Tag,稀有细胞样本混样更省成本
蛋白检测TotalSeq 抗体-寡核苷酸AbSeq 抗体-寡核苷酸
各自的长处生态成熟、公开数据最多,结果便于与 GEO 上的同类数据比对一个试剂盒同时扩增 αβ 与 γδ TCR 的 V(D)J;磁珠可长期保存,便于后续补测
BD Rhapsody 的 V(D)J 捕获与全长延伸示意:磁珠上的 poly(dT) 捕获 TCR/BCR 转录本,逆转录加 CCC 尾,TSO 模板转换后自杂交延伸,拷贝出带新 barcode 的全长 V(D)J
BD Rhapsody 的 V(D)J 捕获与全长延伸:poly(dT) 抓转录本 → TSO 模板转换 → 自杂交延伸 → 带新 barcode 的全长 V(D)J · 点击看原图
怎么定:PBMC 或常规组织、细胞量能到 1 万以上、希望结果与公共数据直接比对,走 10x;样本珍贵(穿刺组织、分选后的稀有亚群)、需要混样压批次,或课题涉及 γδ T 细胞、BCR 体细胞高频突变要完整 V(D)J 序列,走 BD。两边都能做的项目,我们按样本量和分析目标给建议。
04

研究领域

01

肿瘤免疫与免疫治疗

肿瘤浸润 T 细胞的克隆扩增与耗竭状态 · 新抗原反应性 TCR 鉴定 · 免疫检查点治疗前后克隆替换 · 疗效相关克隆标志

02

感染与疫苗

疫苗应答中抗原特异性 B 细胞克隆的扩增与持续 · 抗体亲和成熟(体细胞高频突变) · 感染后 T 细胞记忆克隆的建立

03

自身免疫与慢性炎症

致病性自身反应性克隆溯源 · Treg 与效应 T 细胞组库失衡 · 治疗前后克隆结构变化

04

移植与细胞治疗

CAR-T / TCR-T 输注后的克隆动力学与持久性 · 移植物抗宿主病(GVHD)相关克隆 · 排斥反应的早期克隆信号

05

血液肿瘤

淋巴瘤 / 白血病的克隆演化与异质性 · 微小残留病灶的克隆追踪 · 靶向治疗后的克隆消长

06

神经免疫与慢病

慢性疼痛、神经免疫疾病的外周免疫组库重塑 · 药物响应与耐药相关的克隆程序(见下方三叉神经痛案例)

05

实验流程

1

方案设计

明确物种、T/B 细胞占比、是否加表面蛋白或抗原捕获,定细胞数与测序深度

2

样本制备

组织解离或 PBMC 分离,制备单细胞悬液

3

细胞质检

活率 ≥ 80%、浓度 700–1,200 cells/μL、结团率与杂质评估

4

单细胞捕获与逆转录

10x 为液滴包裹,BD 为微孔沉降;细胞与 barcode 珠一一对应,mRNA 与 V(D)J 同管逆转录

5

V(D)J 富集与文库构建

10x 用 C 区巢式引物做 5′ V(D)J 文库;BD 走 VDJ 全长 + 靶向扩增(TTA)或 + 全转录组(WTA)

6

测序与组库分析

Illumina 平台 PE150 测序,按平台各自的流程做 V(D)J 拼接注释(10x 走 Cell Ranger vdj,BD 走 Rhapsody 分析流程),再做克隆分型与组库分析、报告解读

BD Rhapsody 的 VDJ 全长与靶向扩增建库流程:磁珠上做 WTA 随机引物延伸,上清做 TCR/BCR PCR1,再经 PCR2 与 Index PCR 形成 TCR、BCR 文库
BD 的 VDJ 全长 + 靶向扩增建库:磁珠上完成 TCR/BCR PCR1,上清做 WTA 随机引物延伸,两路分别建库后混测 · 点击看原图
06

样本要求

样本类型建议送样量保存与运输
外周血 / PBMC最常用人全血 4–6 mL,小鼠 ≥ 1 mL,紫头 EDTA 抗凝管(TCR/BCR 建库现支持人与小鼠)冰袋(2–8 ℃)湿冰运输,24 h 内送达;默认提取 PBMC,48 h 内寄送仍可处理,骨髓组织运输同新鲜实体组织,冲出的骨髓细胞按悬液样本同血液寄送;24 h 后中性粒细胞偏高风险增加(关注粒细胞请提前沟通);也可先分离 PBMC 冻存后干冰运输
新鲜组织推荐≥ 200 mg(穿刺样本建议 2 条以上;特殊组织见下方细则);肿瘤 / 炎症组织避开坏死、钙化、硬化、纤维化部位PBS 或生理盐水洗去血液后,放入加满组织保存液(MACS Tissue Storage Solution,货号 130-100-008)的样本保存管中,完全浸没样本,封口膜密封,泡沫纸 / 棉花缠裹防震,禁止样本直接接触冰袋;泡沫盒内放 2~3 个 −20℃ 预冷生物冰袋 4 ℃ 运输,顺丰 48 h 内可达优先,超 48 h 建议高铁快送
单细胞悬液浓度 700–1,200 个/μL,总量 10 万以上;活性 > 90%、结团率 < 10%、有核率 > 70%、直径 5–40 μm低吸附无 RNA 酶管,冰袋湿冰运输(参考血液类)
冻存组织 / 冻存细胞冻存组织 ≥ 200 mg;冻存细胞活细胞 ≥ 1×10⁶冻存组织液氮速冻后 −80 ℃ 保存,干冰运输,建议使用冻存 1 个月内样本,需通过 total RNA 质检(RIN > 7);冻存细胞干冰运输,送样后一个月内处理
特殊组织送样量细则(常规 ≥ 200 mg 之外)
需加量组织正常肠 / 胃 > 300 mg;皮肤 / 黑色素瘤 > 300 mg;胆管胆囊 > 300 mg;生殖类 / 胎盘蜕膜 > 300 mg;脂肪 > 300 mg;动脉 / 静脉 / 血栓 / 心脏瓣膜 > 400 mg;硬骨 / 软骨、肌腱韧带 > 500 mg;牙龈 / 牙根髓 > 50 mg;眼科人 > 50 mg(小鼠每次 2 只 4 个组织)

* 组库分析对 T/B 细胞的绝对数量有要求:样本里 T 或 B 细胞少于 1,000 个时,克隆多样性指标(尤其 Chao1、Shannon)不稳定,建议提高捕获细胞数或先做磁珠富集(阳性分选的冻存样本需提前备注,不可去死细胞)。分选细胞样本的送样量与建库安排请提前与技术顾问沟通。送样前请与业务经理确认技术细节并索取《样本信息单》。

07

分析内容

标准分析 STANDARD

  1. 数据质控与 V(D)J 拼接注释cell barcode 判定、contig 组装、V/D/J 基因与 CDR3 注释、productive 链过滤
  2. 克隆型定义与注释按配对链的 V-J 组合 + CDR3 序列归并克隆型,回填到每个细胞
  3. 克隆扩增分析按细胞数分级(散在 / 小 / 中 / 大 / 超扩增),UMAP 上叠加扩增状态
  4. 克隆型多样性Shannon 熵、Inverse Simpson、Chao1,组间比较
  5. 跨亚群克隆共享亚群两两之间的共享克隆型数量与热图

高级分析 ADVANCED

  1. 组库结构比较组间 / 时间点克隆重叠率、V-J 基因使用偏好、CDR3 长度与氨基酸组成
  2. BCR 专项体细胞高频突变(SHM)负荷、同种型构成、克隆系统树
  3. 克隆—表型耦合克隆型在各亚群的分布、扩增克隆的差异表达与功能评分
  4. 克隆轨迹分析克隆型沿拟时序的分布,判断分化来源与状态转换方向
  5. 多组学联合与表面蛋白(TotalSeq)、抗原特异性捕获、空间转录组联合分析
08

应用案例

The Journal of
Headache and Pain
IF 8.7 文献案例 · 2026 · 嘉兴大学附属医院 沈凯宇、刘贤丽、付杰团队

三叉神经痛单细胞免疫图谱:鉴定与卡马西平耐药相关的跨谱系程序

A single-cell immune cell atlas of trigeminal neuralgia identifies cross-lineage programs linked to carbamazepine resistance

  • 样本设计11 例外周血 PBMC,分四组:健康对照 3 例、未治疗 2 例、卡马西平有效 3 例、卡马西平无效 3 例;10x Genomics 平台做 scRNA-seq + 配对 scTCR/scBCR 测序,质控后 122,582 个高质量细胞;另用三叉神经根硬膜内压迫(idTNC)小鼠模型做流式验证
  • 研究背景三叉神经痛的一线药物是卡马西平(CBZ),但约 30% 患者最终疗效不足或不耐受;微血管减压术后也有 20%–30% 无法获得持久缓解。说明除了血管压迫,还有别的机制在维持疼痛。外周免疫在"未治疗—有效—耐药"整条病程上是什么样,此前没有系统描绘
研究发现
  • CD8⁺ T 细胞被拆成 5 个亚群(CCR7、SLC4A10、KLRC1、GZMB、TNF)。GZMB 与 TNF 两个亚群克隆扩增最明显;TNF 亚群几乎只在用过卡马西平的两组里出现,在耐药组占比很高,健康人和未治疗组几乎没有——这是单纯按细胞比例看不出来的
  • 克隆共享格局随治疗状态整体重排:健康与未治疗组是 CCR7 → GZMB(各 8 个共享克隆型),有效组转为 SLC4A10 → GZMB(12 个),耐药组则出现 GZMB 与 TNF 之间多达 52 个共享克隆型——提示耐药状态下出现了一条以促炎程序收尾的分化路径
  • BCR 一侧没有大克隆扩增,但耐药组 B_ZBTB16 与 B_CD80 共享 12 个克隆型(有效组是双向均衡的过渡关系),说明耐药时 B 细胞两个亚群被"焊"在了一起,形成克隆耦合
  • 跨谱系看:Treg 选择性减少并伴随 YBX1 升高,单核细胞向 CTNNB1 相关促纤维化 / 促血管表型极化,细胞通讯落在"炎症—基质重塑—血管生成"这条轴上。耐药不是某群细胞多了少了,而是多条谱系一起换了程序

阅读原文 doi: 10.1186/s10194-026-02502-z →

09

常见问题

单细胞免疫组库和 bulk TCR/BCR 测序怎么选?
看问题落在哪一层。关心克隆数、多样性、V-J 使用偏好,样本量大、预算有限,bulk 更合适,测序深度也更容易做高;关心"扩增的是哪群细胞""克隆在哪些亚群之间流动""治疗前后是不是同一批克隆",必须做单细胞。两类数据也常一起用:bulk 做大队列筛查,单细胞在关键样本上给出细胞层面的解释。
10x 和 BD 两个平台怎么选?
三条判断。① 细胞量:样本能稳定给到 1 万以上细胞、又要与 GEO 上的公开数据比对,走 10x;样本珍贵(穿刺组织、分选后的稀有亚群)或需要混样压批次,走 BD。② 分析目标:课题涉及 γδ T 细胞,或 BCR 要做体细胞高频突变、需要完整 V(D)J 序列,BD 的全长方案更顺。③ 已有数据:同一课题前后批次的平台保持一致,避免把批次效应读成生物学差异。两边都能做的项目,我们按样本量和分析目标给建议。
每个样本需要多少细胞?T 细胞少怎么办?
常规 5,000–10,000 细胞/样本;组织样本里淋巴细胞占比低,建议提高到 1–2 万,或先做 CD3⁺/CD19⁺ 磁珠富集再上机。判断标准是目标细胞绝对数:T 或 B 细胞少于 1,000 个时,克隆多样性指标会失真。分选细胞样本 1×10⁴ 起做。稀有亚群样本走 BD 时,可用 Sample Tag 把多个样本混在一张芯片上,总细胞数更容易凑够。
只做 V(D)J、不做转录组,可以吗?
技术上可以只取 V(D)J 文库测序(10x 的 5′ 建库、BD 的 TTA 或 FL 路线都能分开建库),能拿到克隆型和克隆大小,但没有细胞类型和状态信息,等于把单细胞做成了「带 barcode 的 bulk」。既然样本和建库成本已经花了,建议两个文库一起测,V(D)J 的增量成本不高。
能直接知道克隆认什么抗原吗?
不能直接知道。V(D)J 测序给的是受体序列,抗原特异性要靠实验或数据库推断:四聚体染色、抗原文库筛选、BEAM 抗原捕获,或与已知 TCR 库做序列比对。报告里我们只陈述"哪些克隆在扩增、它们是什么状态",抗原归属需要额外验证。
克隆型的定义不同,结论会变吗?
会。最严格的是 CDR3 核苷酸序列完全一致;放到氨基酸层面会略微合并;再用 GIANA、GLIPH 这类算法按序列相似性聚类,会把"看起来相近"的克隆并成一族,公共克隆和跨样本共享的数量会明显增加。方法要在分析前定好,并在结果里写清楚用的哪一档,否则不同研究之间没法比。
冻存样本能做吗?会影响组库结果吗?
PBMC 冻存可以做,复苏后活率 ≥ 80% 即可,组库结果与新鲜样本一致性较好。组织冻存后需要重新解离,淋巴细胞回收率会下降,扩增克隆的检出灵敏度也会受影响。若研究重点是稀有克隆,尽量用新鲜样本。
项目周期一般多长?
样本合格后,5′ 捕获、V(D)J 富集建库与测序约 3 周;标准分析 + 组库分析约 2–3 周;需要克隆轨迹、BCR 系统树、多组学联合等高级分析时按需求另行约定。
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