Immunity?| MUSA：目前最全面的恒河猴免疫球蛋白基因資源庫

撰文 | Qi

抗體的千變萬化，根源在于編碼它們的免疫球蛋白基因。在基因組中，這些基因并非以完整形式存在，而是像散落的“基因碎片”（V、D、J片段），儲存在三個獨立的位點：重鏈位點（IGH）以及兩個輕鏈位點（IGK和IGL）。當B細胞發育時， 會 隨機選擇并重組這些片段組合成一個完整的抗體可變區基因 ， 這個過程被稱為V(D)J重組 ， 而在抗原刺激后，體細胞高頻突變 （SHM）會進一步增強這種多樣性【1】。

對于艾滋病疫苗研究，尤其是旨在激發廣泛中和抗體（bNAb） 的疫 苗策略，初始的、未經突變的“種系基因” 就顯得 至關重要。 過去十年間，科研人員開展了大量研究以梳理 模型動物 恒河猴（RMs）的免疫球蛋白基因及等位基因信息【2-4】， 但其 基因位點 具有 高度 的 復雜性、重復序列和個體間巨大差異 的特點 ， 且 過去的研究往往樣本量小、偏向重鏈基因、缺乏完整的基因組位置信息。因此，為 RMs 建立一個全面、準確、標準化的免疫球蛋白種系基因數據庫，已成為推進轉化醫學研究的迫切需求。

近日，來自美國 埃默里國家靈長類動物研究中心 的Steven E. Bosinger團隊在Immunity雜志上發表了一篇 題為Population-level genomic analysis of immunoglobulin loci variation in rhesus macaques reveals extensive germline diversity的文章，他們整合了長讀長基因組測序與適應性免疫受體庫測序（AIRR-seq）兩大前沿技術，基于美國三個不同靈長類中心的106只恒河猴的數據構建了包含免疫球蛋白重鏈及輕鏈可變區（V）、多樣區（D）、連接區（J）等位基因，以及前導序列、內含子和重組信號序列（RSSs）在內的完整資源庫，其中涵蓋了1095個先前未知的等位基因。這些發現不僅揭示了恒河猴免疫球蛋白基因的極高多樣性，還建立了一個公開、持續更新的數據庫，為未來的疫苗設計、免疫學研究乃至精準醫療提供了寶貴資源。

該 團隊從106只 恒河猴 的外周血單核細胞（PBMC）中同時提取了DNA和RNA ， 定制了專門 釣取 恒河猴 免疫球蛋白（ IG ） 基因區域的探針，使用PacBio公司的SMRT測序平臺，獲得了覆蓋整個IG位點的、高精度的長片段DNA序列 ， 并通過 AIRR-seq獲取了B細胞實際表達的抗體受體（BCR）序列 。 隨后，他們匯總了 來自KIMDB、IMGT、RhGLDB等多個已有數據庫的等位基因序列 ， 使用名為DIgGER的工具，將每個 恒河猴 的長讀長基因組組裝序列與 種子 集比對，找出已知和全新的等位基因，形成每個個體的基因組等位基因集（GGS） 和 表達等位基因集（RGS）。 他們 將所有可信的新發現等位基因，與之前所有公開數據集進行整合，形成 了“ 恒河猴 統一等位基因集” （MUSA） ， 這是目前最全面、最可靠的 恒河猴 IG基因資源庫。

由于 恒河猴 IG基因位點的結構極為復雜， 該團隊 引入了等位基因相似性聚類（ASC）系統 ， 不依賴于基因在染色體上的位置，而是根據序列本身的相似性（如>95%）將等位基因自動分組。 結果顯示 大多數ASC在一個個體中表現為0、1或2個等位基因（分別對應缺失、純合/半合、雜合） ， 但約有四分之一的ASC在某些個體中出現了3個或更多的等位基因 。 此外，他們 將表達等位基因與其對應的 重組信號序列（RSSs） 序列關聯起來 ， 發現RSS序列具有高度的位點特異性和多樣性 。 例如， 一些在人類中常見的RSS模式在 恒河猴 中并不存在，反之亦然，這反映了物種間的進化差異。對于D和J基因，幾乎每個獨特的等位基因都對應一個獨特的RSS，暗示RSS的細微差異可能精密地指導著VDJ重組的配對選擇，從而塑造最終的抗體庫。

該 團隊將MUSA中的等位基因與已知能產生HIV廣泛中和抗體的人類IGV基因進行比對 ， 計算了核苷酸序列相似性，并統計了這些相似基因在 恒河猴 群體中的流行率?？傮w上， 恒河猴 與人類同源V基因的平均序列相似性很高（IGHV ~93.9%，IGKV ~95.3%，IGLV ~94.5%） ， 證實了人類重要的IGHV1-2基因（例如VRC01類抗體的前體）在 恒河猴 中缺乏直接同源物，其最近似基因的相似性僅為92.6%，這解釋了為何針對此基因設計的種系靶向免疫原在 恒河猴 中效果不佳。 此外，他們還 找到了許多與人類基因高度相似（>95%）且在 恒河猴 中廣泛存在的等位基因（如IGHV1-69、IGHV4-59、多個IGKV基因等），這些基因是開展種系靶向疫苗研究的理想靶點。

綜上， 這項 工作構建的 MUSA是迄今最全面的獼猴IG種系基因數據庫， 該資源庫已向公眾開放且持續更新（ https://vdjbase.org/reference_book/Rhesus_Macaque ），為推動恒河猴免疫基因組學研究、疫苗研發及轉化醫學研究奠定了堅實基礎。

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2025.12.002

制版人： 十一

參考文獻

1. Odegard, V.H., and Schatz, D.G. (2006). Targeting of somatic hypermuta tion.Nat. Rev. Immunol.6, 573–583. https://doi.org/10.1038/nri1896.

2. Va′ zquez Bernat, N., Corcoran, M., Nowak, I., Kaduk, M., Castro Dopico, X., Narang, S., Maisonasse, P., Dereuddre-Bosquet, N., Murrell, B., and Karlsson Hedestam, G.B. (2021). Rhesus and cynomolgus macaque immunoglobulin heavy-chain genotyping yields comprehensive data bases of germline VDJ alleles.Immunity54, 355–366.e4. https://doi.org/ 10.1016/j.immuni.2020.12.018.

3. Bible, J.M., Howard, W., Robbins, H., and Dunn-Walters, D.K. (2003). IGHV1, IGHV5 and IGHV7 subgroup genes in the rhesus macaque.Immunogenetics54, 867–873. https://doi.org/10.1007/s00251-003 0536-2.

4. Cirelli, K.M., Carnathan, D.G., Nogal, B., Martin, J.T., Rodriguez, O.L., Upadhyay, A.A., Enemuo, C.A., Gebru, E.H., Choe, Y., Viviano, F., et al. (2019). Slow delivery immunization enhances HIV neutralizing antibody and germinal center responses via modulation of immunodominance.Cell177, 1153–1171.e28. https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.012.

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