重磅!A型血竟可秒变O型血?困扰人类多年的输血难题有望解决了!

核心提示:21新健康综合自:环球科学(ID:huanqiukexue,作者:杨心舟)、健康界、中国新闻网、生物谷图片来源:图虫创意在美国,每天医院用于急诊、手术、常规输血的捐献血液高达16500升。而我们都知道,由于血型抗原的限制,输注血液必须与患者血型相合,才不会发生免疫排斥反应。因此一度被奉为“万能血”的O型血,可适用于大部分血型的患者,长期处于供不应求的...

21新健康综合自:环球科学(ID:huanqiukexue,作者:杨心舟)、健康界、中国新闻网、生物谷

图片来源:图虫创意

在美国,每天医院用于急诊、手术、常规输血的捐献血液高达16500升。而我们都知道,由于血型抗原的限制,输注血液必须与患者血型相合,才不会发生免疫排斥反应。因此一度被奉为“万能血”的O型血,可适用于大部分血型的患者,长期处于供不应求的状态。

而近日一项发表在《自然·微生物学(Nature Microbiology)》的最新研究显示,这一难题有望得到解决!

英属哥伦比亚大学的一个研究小组发现,人类肠道微生物中产生的两种酶,可以将A型血转化为通用供体血型——O型血,从而被更普遍的患者所接受。血液学家认为,如果这个研究成功,则可以彻底改变现有献血、输血情况。

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“万能”的O型血

众所周知,人类主要有四种血型:A型、B型、AB型和O型。血型之间的差异是由存在于红细胞表面的血液抗原的糖蛋白分子造成的,有A型抗原(GalNAc)的人是A型血,有B型抗原(Gal)的人是B型血,两种抗原都有的是AB型血。

这些抗原,对不同血型的个体来说是具有特异性的,同时也是免疫系统识别外来红细胞的重要组成部分。当拥有A型血液的人体中出现B型血液时,会激活免疫系统产生大量针对B型血细胞的抗体,来消灭入侵的B型红细胞。这种反应迅速的天然免疫机制对人体来说非常关键,能保护人体免受外来病原体和异物的侵袭。只不过,一旦该反应出现在输血过程中,则可能引发强烈的免疫排斥反应,甚至造成患者死亡。

唯一例外的是O型血。

O型血表面没有任何抗原,不会触发这种免疫反应,因此曾被认为可输送给任何血型的人。这种“通用血型”在急诊室尤其重要,因为急救时,医生和护士很可能没有时间确定事故受伤者的血型。

当然,近年来随着医学的发展,医护人员也逐渐意识到O型血的“万能性”也是有局限的。O型血中并非完全不存在A型和B型抗体,面对稀有血型也会影响到其直接使用。稀有血型人群带有特殊的抗原,因为人群占比小,也被称为“熊猫血”,如Rh阴性。在中国,大约有1%的人群是Rh阴性血型,这些人在输血时必须在ABO系统基础上额外进行Rh抗原考虑。

即使如此,O型血依然是其他血型的血液供给不足时最好的选择,而这,也间接造成了O型血的供血不足。纽约市纽约血液中心(New York Blood Center)的红细胞生理学家Mohandas Narla说:”全世界的血液供应都一直存在缺口。

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“制造”O型血

尽管全球范围内O型血的人口最多,但并不是平均分布的。在有些国家,比如日本,多数人是A型血。为了缓解O型血供应不足的情况,一个思路就是将其他血型转变成O型血。早在上世纪80年代,生物学家Goldstein就提出过将A型或B型血细胞表面的GalNAc或者Gal去除,从而源源不断地获得O型血。

过去10年中,科学家一直致力于研究怎样去除A型血和B型血中的抗原。来自丹麦哥本哈根大学的生物学家Henrik  

Clausen进行了最早的探索。他当时主要试图搜寻一些酶,希望在不破坏红细胞的情况下分解A和B抗原上的多糖链,这样进行输血时也不会引起个体的免疫排斥反应。

研究团队尝试过一种从咖啡豆中提取的酶,能够去除红细胞上的B型抗原,尽管其效率非常低,但这让科学家看到了研究方向和奏效的希望。为此,他们分析了从细菌和真菌中提取的超过2500种酶,但只在一种会引起婴儿脑炎感染的细菌中,发现了可以将A型血转变成O型血的酶,而且效率非常低,需要加入大量的酶才能获得少量O型血(大约每60mg的酶才能获得200ml的O型血),商用价值很低。并且因为是致病菌中提取出来的,不排除有医疗安全风险。

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肠道细菌立功?

近年随着酶组学的发展,已经有许多效率更高的手段来寻找合适的酶,尤其是基因文库筛选的出现,让科学家们找到了获得血型转换工具的方式。加拿大温哥华英属哥伦比亚大学(University of British Columbia,UBC)的化学生物学家Stephen Withers带领的一个研究团队将目光放在了肠道细菌中。因为这些是与我们共享同一片微环境的生物,很可能会提供分解血型抗原的酶。

经过4年时间的努力,Stephen Withers团队在人类肠道细菌中寻找到一种更好的酶。一些肠道微生物附着在肠壁上,可以”吃掉“排列在肠壁上的糖—蛋白质组合——粘蛋白,而这种蛋白上的糖与红细胞表面定义血型的糖类似。

图源:Nature Microbiology

所以,UBC的博士后Peter Rahfeld收集了一份人类粪便样本,并分离出它的DNA。理论上,该DNA中包含了一些基因,这些基因可以编码用来消化粘蛋白的细菌酶。研究人员通过将破碎的DNA片段放入常用的大肠杆菌实验室中,监测这些微生物是否在随后产生能够去除A型血表面糖的蛋白质。

这项工作涉及到将DNA从未培养的细菌转移到大肠杆菌,然后用它们来筛选任何能够从红细胞表面去除抗原的微生物。研究小组报告称,他们最初的发现并不是很积极——他们没有发现任何可以做这项工作的微生物。但是当他们同时测试两种酶时(将这两种酶添加到物质中,如果可以去除糖,这些物质会发光),糖会立即脱落。这些酶在人类血液中也发挥了神奇的作用。

图源:Nature Microbiology

这些酶最初来自一种叫做黄腐菌(Flavonifractor

plautii)的肠道细菌。研究发现,将其微量添加到A型血液中,可以去除该血液红细胞表面的特殊糖分子。

在Withers的实验中,两种酶的组合浓度只需要5μg/ml就能将A抗原完全清除。相比起几年前Clausen的研究中酶的用量,可谓大大降低了其实现难度,提高了其实用性和商用价值。为了验证这种组核酶的实用性,Withers将两种酶同时加入到A型血液中时,血液成功地转变成了O型血。

研究人员认为,这些发现非常实用。在美国,A型血占供应量的三分之一,这意味着”通用“献血者血液的供应量几乎可以翻一番。

但是研究人员也表示,要确保清除所有的血细胞攻击性A型抗原还需要做更多工作,这也是之前研究中存在的问题。研究人员需要确保这些微生物酶不会在无意中造成红细胞上的其他改变,从而可能产生新的问题。

不管怎么说,这一研究还是让全球面临的供血紧张困境看到了希望。如果下一步测试没有问题,这一已困扰人类多年的难题将得到有效解决。

Ref:

论文:An enzymatic pathway in the human gutmicrobiome that converts A to universalO type blood,Nature Microbiology (2019). DOI: 10.1038/s41564-019-0469-7

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