病人紧急情况需要输血的时候,最怕的就是目标血型储存量出现短缺,而血液的排异反应又决定了输血必须有血型的限制。这种烦恼可能以后不会再有了,据美国“生命科学网”(live science)报道,来自英国的科学家找到了一种肠道微生物中提取酶来改变血液血型的方法,可以实现将现有的血液转换成万能血型O型血的目标。

  障碍

  输错血会启动免疫反应

  众所周知,目前人类常见的有四类血型——A型,B型,AB型和O型。正因为血型的多样性让医生在手术需要输血时必须考虑患者和献血者的血型匹配问题,如果患者接受的血液和体内的血型不符,那免疫系统可能就会启动排斥效应,自动将输入体内的血液视为“外来入侵者”,这种排除异己的作用效果可能导致很严重的并发症,甚至危及生命。

  然而,“万能血型”O型血却不会引起不同血型中的排异反应。O型血液可以轻松地进入任何人的血管,与其自身血液“和平共生”。科学家正是看到了O型血的这种适应能力,希望可以将其他血型通过科学的方法转化成O型,就可以彻底解决急需用血时某种血型血液配给不足的尴尬境地。

  理论

  血球抗原剥离可变血型

  O型血之所以能成为万能血,是因为它的细胞膜上没有抗原,不会被其他血型的排异反应检测到,从而使它成为“万能供血者”,任何血型的人都可以输入O型血,且他们的免疫系统不会启动对抗机制。

  相比之下,A型、B型和AB型血型的红细胞在其表面具有特异性抗原,这意味着A型血液的人只能捐献给A型或AB型受体,而B型血的人也只能捐献给B型或AB型的人。

  “根本原因在于,O型血球抗原表面具有一定的糖结构,而A型和B型血球表面也有这种糖结构,但它们的结构中又有一种附加的糖,可以说,O型血球上的糖结构是基础,在上面附加一种糖就成为了A型或B型血球。”韦斯特表示。

  研究人员设想,如果能在输血前剥离这些血球表面的附加糖结构,或许就可以将所有血型都作为万能血型来使用,但此前,研究人员尚未找到足够安全有效的方法来完成这项工作。

  尝试

  B型血首先被转换成功

  韦斯特指出,采用酶转变血型的方法早在1982年就得到了印证,但当时所用的酶十分缓慢和低效,并不具有实际应用效果。“这一想法被证明是可以改变血型的,但是受限于当时的技术条件,很难找到一种实用的方法。”

  但在过去的几十年里,随着新基因技术的发展,科学家已更容易寻找到一种高效转换血型的酶。

  研究人员以前测试过通过酶来改变血液,包括2000年发表在《输血》杂志上的一项针对人类的小型研究。在这项研究中,人们接受了O型血或酶改变输血方式的说法。但2008年发表在《英国血液学杂志》上的一篇评论称,理论上可行,不过这种特殊的酶只能转换B型血,对于实际使用而言过于昂贵且效率低下。

  加州大学洛杉矶分校输血医学主任艾丽萨·滋蔓博士说,改变血型的一个挑战是,手术必须在单位基础上节约成本。

  难点

  酶转变血型低效不实用

  此次,来自英国哥伦比亚大学的教授韦斯特和他的同事们找到了一种不错的血型转换酶来完成这项工作。

  在8月20日举行的美国化学年会上,韦斯特教授将他们的发现公之于众。他们的研究表明,从人肠道微生物中提取的DNA制成的酶可以去除红细胞中的A型和B型抗原,也就是将这些血型剥离“排除异己”的免疫标识,从而变成万能的血型。

  为了制造这种酶,能够更有效地将抗原从细胞表层切割下来,韦斯特和同事从三年前就开始向编码这种酶的基因中引入靶向变异,从而构建了一个不同的突变基因库。

  然后,该研究小组在数以千计的宿主细菌中找到了这些基因的表达方式,并使用高通量筛选技术,来选择能最有效去除抗原的酶。经过5轮筛选,研究团队设计出了一种酶,能有效去除关键抗原的有效性达170倍以上。韦斯特说,“利用定向进化技术,我们基本上将自然进化的过程加速到了飞行速度,并在极大程度上增加了这些酶的抗原去除活性。”

  “最切实可行的方式就是通过酶的作用来帮助实现这种血型转换,”韦斯特教授表示,“我们通过向酶中定向引入变异基因开始,将A型血和B型血红细胞表面的抗原切掉,只留下抗原中的基础糖结构,将其转换成万能血型。但当时面临的问题是,这些酶的活性太低,需要耗费大量成本来实现这种血型的转换。”

  突破

  肠道酶兼备实用高效性

  这一次,研究人员转换了思路,他们没有选择漫长而复杂的微生物培养方式,而是从人类肠道中发现的所有微生物中提取DNA。因此,他们一下子就掌握了这些微生物可能产生的所有东西的DNA蓝图。

  结果证明,这种酶似乎能以一种“非常奇特”的方式来切割A型血球中的糖,更为神奇的是,还能从分解这些糖中获得部分能量,且十分高效。此外,韦斯特报告说,这些酶在去除A型血抗原方面的效力,是先前建议的最佳酶的30倍。而且,当抗原剥离完成后,任何残留的酶都可以很容易地通过简单的清洗步骤从红细胞中去除。 

  目前,研究人员正在为此申请一项专利,而在专利被批准前,他们并不愿意透露有关这种肠道酶的详情。

  ■小知识

  血型是怎么分类的

  血型是对血液分类的方法,通常是指红细胞的类型,其依据是红细胞表面是否存在某些可遗传的抗原物质。抗原物质可以是蛋白质、糖类、糖蛋白或者糖脂。通常一些抗原来自同一基因的等位基因或密切连锁的几个基因的编码产物,这些抗原就组成一个血型系统。

  1921年,世界卫生组织正式向全球推广认同和使用A、B、O、AB四种血型,这也就是传统的ABO血型分类。由于在血型发现和分类上的贡献,兰德斯坦纳获得1930年的诺贝尔生理学或医学奖,并被誉为“血型之父”。但是,随着研究的一步步深入,人们发现自身的血型除了ABO血型外,还可以有其他的分类。

  1940 年兰德斯坦纳和韦纳又发现了RH血型。所以,即使是同为O型血,其血型按RH血型分类系统再细分可能还会有所不同。比如,如果O型血在RH血型分类系统中又是阳性,那就是O+血型,如果在RH血型分类系统中是阴性,那就是O-血型。

  本版编译 陈佳莉