第二节　红细胞血型抗原

一、红细胞血型抗原生物化学性质

研究红细胞血型首先要了解红细胞血型抗原是什么、如何产生、有何特点等基本问题。

红细胞血型抗原的产生与细胞膜结构紧密相关。红细胞膜是液态镶嵌膜，液态脂质双层构成红细胞膜基本骨架，不同结构与功能的蛋白质镶嵌其中。镶嵌于双层磷脂骨架中的蛋白质被称为整合蛋白，其分布具有特定的方向性及区域性。膜蛋白疏水部分位于脂质双层内部，亲水部分位于脂质双层外部。由于存在疏水结构域，整合蛋白跨膜区可与双层磷脂紧密结合，起到维持细胞膜结构稳定的作用。有些整合蛋白可多次跨越细胞膜双层磷脂骨架结构（如RhD蛋白跨越细胞膜12次，Duffy蛋白跨越7次），只有用表面活性剂、有机溶剂破坏细胞膜双分子磷脂层结构后才能将其提取出来。

糖分子可分别修饰位于膜外侧的脂质及蛋白质，在细胞膜表面形成具有抗原性的糖脂及糖蛋白，奠定了形成红细胞血型的物质基础。从生物化学的角度看，构成红细胞膜的脂质和蛋白质均可通过化学键与糖分子结合。例如，通过糖脂键形成糖脂，通过N-连接或O-连接形成糖蛋白（糖分子与多肽链“Asn-X-Ser/Thr”基序中Asn的NH₂自由基连接称为N-连接，其中X为Pro以外的任意氨基酸。糖分子与多肽链的Ser、Thr、Tyr、Lys、Pro羟基中的氧原子连接称为O-连接，图1-4）。结合到细胞膜上的由多个单糖分子构成的糖链均位于红细胞膜表面，而糖链结构同样具有抗原性，是形成红细胞血型抗原的另一类重要物质。

糖链作为膜结构的重要组成部分有其独特的生物学功能，在分子间识别、黏附、趋化等过程中起着桥梁作用。糖蛋白的生物学功能主要由蛋白质承担，糖链起着稳定蛋白质立体结构、保持蛋白质生物学活性及抗原性的作用。而糖蛋白的抗原性是由蛋白质决定还是由糖链决定取决于糖分子与蛋白质结合的位点在糖蛋白三维构象中所处的位置。有些糖链与蛋白质结合后只起到维持蛋白质结构稳定的作用，而与红细胞血型抗原无关。例如，Fy糖蛋白是Duffy血型系统抗原的载体，但其抗原性取决于蛋白结构而非糖链结构。

总之，形成红细胞血型抗原的物质基础是红细胞膜上的蛋白质及结合到脂质和蛋白质上的糖分子。根据生化特性的不同，红细胞血型抗原可分为两类，一类是由糖分子结构决定的血型抗原，如ABO、P1PK、Lewis、H、I等血型系统抗原。另一类是由蛋白质结构决定的血型抗原，如 MNS、Rh、Kell、Duffy、Kidd、Diego 等血型系统抗原。

二、红细胞血型抗原分布

糖蛋白与糖脂在人体各组织中分布广泛，所以由糖分子决定的红细胞血型抗原也分布极广，可分布于除中枢神经细胞外的各种组织细胞、体液及分泌液中，故称为组织血型。

为区分分布于组织细胞的血型抗原，将分布于体液中的可溶性血型抗原称为血型物质。红细胞血型抗原主要由自身合成，少数由吸附血浆中血型物质而来。例如，Lewis，Chido/Rodgers血型抗原并非由红细胞自身形成而是从血浆中吸附而来。

相比之下，蛋白质类抗原分布不如糖类抗原广泛。红细胞蛋白质类抗原绝大多数分布于红细胞或骨髓造血干细胞来源的血细胞，故称为器官血型。例如，Rh血型抗原只表达于红细胞，是其专属抗原。

表1-6和图1-5所示为分布在人体不同器官的主要血型系统。有观点认为输血是一种细胞移植或细胞治疗，对血型抗原的鉴定水平提出了更高的要求。

三、红细胞血型基因与抗原表达

红细胞血型抗原的表达受基因调控，基因表达主要产物为蛋白质。血型系统中蛋白质类抗原的表达由基因直接调控，如Rh血型抗原的表达。糖类抗原表达由基因间接调控，首先控制糖类抗原表达的基因通过翻译编码出糖基转移酶，然后由糖基转移酶调控糖类抗原表达，如ABO血型抗原的表达。

基因调控蛋白质表达非常复杂，主要涉及以下几个方面：基因水平、转录水平及翻译水平的调控。蛋白质表达普遍遵循着这样一条原则：有相应基因就有可能表达出相应蛋白质，无相应基因则不会表达相应蛋白质。蛋白质是否表达不仅取决于基因的存在，同时还受自然环境、社会环境（物质环境与精神环境等）、人体内环境等多种因素影响。

与蛋白质类血型抗原表达相比，糖类抗原表达更加复杂，不仅受基因间接调控而且还受底物的制约。底物是参与生化反应的物质，在酶作用下可形成相应产物，一个生化反应的产物往往又是另一个生化反应的底物。底物的这一特点在红细胞糖类血型抗原合成过程中表现非常明显。

红细胞糖类抗原合成过程是酶促生物化学反应过程，一种新抗原的合成往往是以另一种抗原为底物。例如，以Ii血型糖链结构为底物，在α-1，2-L-岩藻糖转移酶（α-1，2-L-fucosyltransferase，简称H酶）催化下合成H抗原。以H抗原为底物在α-1，3-N-乙酰基半乳糖胺转移酶（α-1，3-N-acetylgalactosaminyltransferase，GTA，简称 A 酶）、α-1，3-D-半乳糖转移酶（α-1，3-D-galactosyltransferase，GTB，简称B酶）催化下可分别合成A、B抗原。若作为底物的抗原不存在，即使有相应糖基转移酶也无法合成相应新抗原。例如，孟买型个体即使ABO基因可正常表达A或B酶，却无法合成A或B抗原，因为作为反应底物的H抗原不存在，这也是孟买型个体高水平表达Ii抗原的原因。糖链分子生化合成特性赋予了红细胞血型糖类抗原许多蛋白质类抗原所不具备的性质。

四、红细胞糖类血型抗原特点

构成糖蛋白或糖脂的单糖主要有：葡萄糖（glucose，Glu）、半乳糖（galactose，Gal）、甘露糖（mannose，Man）、N-乙酰基半乳糖胺（N-acetylgalatosamine，GalNAc）、N-乙酰基葡糖胺（N-acetylglucosamine，GlcNAc）、岩藻糖（fucose，Fuc）、N-乙酰神经氨酸（也称唾液酸，N-acetylneuraminic acid，NeuAc）等。糖分子可通过糖苷键与蛋白质分子糖基化位点以N-连接或O-连接的方式结合形成糖蛋白，也可与脂质通过糖脂键相连接形成糖脂。糖苷键与糖脂键均为共价键，并以此来保持糖蛋白、糖脂大分子的结构稳定。例如，糖蛋白去除糖链后易被蛋白酶水解。红细胞血型糖类抗原中的糖链结构对维持糖蛋白、糖脂及细胞膜结构的稳定起着重要作用。

糖蛋白与糖脂均具有抗原性，可形成红细胞抗原。具有抗原性的寡糖链通常较短，多由2~10个单糖组成，且具有同源骨架结构。以骨架结构为基础，逐步结合其他单糖分子（如 Gal、Fuc、GalNAc、GlcNAc、NeuAc 等），形成红细胞糖类血型抗原。糖链结构的分子生物学基础决定了红细胞糖类血型抗原之间存在着复杂的内在联系及依存关系，形成了糖类血型抗原独具特色的以下几个特点：

（一）相似性

1.结构相似

从单糖的哈瓦斯结构式中可以看出，单糖的结构十分相似。不考虑各位碳原子所结合的相同化学基团，仅看其差异：Glu与Gal的差别仅是第4位碳原子结合的羟基所处位置不同（图1-6A）。Gal第5位碳原子结合的羟甲基脱氧后形成Fuc，两者的差异仅体现在第5位碳原子结合的化学基团不同，Gal相应位置结合的化学基团是羟甲基而Fuc却是甲基（图1-6B）。GlcNAc与GalNAc第2位碳原子结合的化学基团均为乙酰基，其差别仅是第4位碳原子结合的羟基所处位置不同（图1-6C）。

可以看出，构成红细胞糖类血型寡糖链的各单糖分子在结构及组成上十分相似。而非常相似的东西在使用时很容易用错，合成糖链的酶促反应也不例外。一般情况下，糖基转移酶在糖链合成的生化反应过程中可表现出绝对特异性，即一种糖基转移酶只作用于一种特定单糖分子底物。例如，B酶只能将Gal连接到H抗原糖链结构末端，而不会将GalNAc连接上去。但在某些情况下，糖基转移酶的绝对特异性会发生改变，变为不太严格的相对特异性，而将相似单糖分子作为反应底物。例如，B（A）型个体的B酶活性比普通B酶高5~6倍，在糖链合成过程中会“错误地”将与Gal结构相似的GalNAc连接到H糖链结构末端，同时合成B和A抗原。此现象称为糖基转移酶的迭盖功能。

2.抗体相似

抗体是机体在抗原刺激下，由B淋巴细胞产生的可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。抗体具有特异性识别抗原并与之结合的功能，但当抗原极其相似时，抗体也会“错误地”与相似抗原结合。例如，A抗原在细菌脱乙酰酶的作用下，糖链末端GalNAc脱去乙酰基转变为半乳糖胺，与B抗原糖链末端Gal相比，两者差异仅表现在第2位碳原子结合的化学基团不同（图1-7），但结构高度相似，均可与ES-4克隆株单克隆抗-B及人源抗-B发生反应，临床将其称为获得性B。

获得性B具有以下血清学特征：样本与抗-A呈强凝集反应（因其本身就是A型）；与某些单克隆抗-B（如ES-4克隆株单克隆抗-B）及人源抗-B呈弱凝集反应；样本血清中含有强抗-B；样本血清不与自身红细胞反应。

鉴定获得性B应使用不同克隆株单克隆抗-B，或经酸化（pH 6.0~6.5）的单克隆抗-B、人源抗-B进行检测，经酸化的抗-B与获得性B抗原不反应。需要注意的是，为避免获得性B对ABO血型鉴定产生干扰，可检出获得性B的单克隆抗体已禁止用于临床常规检测。

3.相似中的异质

（1）糖链组成不同：

不同糖类血型抗原的寡糖链由不同单糖分子组成。例如，ABO血型系统中A抗原和B抗原的差别仅在于非还原端糖分子不同。A抗原在H抗原寡糖非还原端加上了一个GalNAc，B抗原加上去的却是Gal。而GalNAc和Gal的差别仅是第2位碳原子连接的化学基因不同，GalNAc第2位碳原子连接的是乙酰基，Gal连接的是羟基。仅此一个化学基因不同却足以导致抗原性不同，产生不同血型，输注不同抗原性的血液可引起严重的溶血性输血反应。由此可见，糖类化合物结构与抗原的免疫特性、机体反应及输血安全密切相关。

（2）三维空间结构不同：

单糖间连接方式有4种：1→2，1→3，1→4，1→6，每种连接方式又可分为α-型与β-型（在哈瓦斯单糖透视结构式中，半缩醛羟基与末端羟甲基位于异侧为α-型，位于同侧为β-型），不同连接方式可产生三维立体构象不同的糖链结构。结构多样性是寡糖起到分子识别作用的基础。

在糖链前体“Gal—GlcNAc—R”中，若Gal通过β1-3键与GlcNAc连接可形成Ⅰ型前体；若Gal通过β1-4键与GlcNAc连接，则形成Ⅱ型前体。Ⅰ型与Ⅱ型均为线型糖链。若通过β1-6连接则会形成分支糖链（图1-8），Ⅰ抗原存在大量分支糖链。连接方式不同决定了糖链空间构象不同，同时决定了糖类分子抗原性的不同。

（二）相互联系

糖链分子的酶促生物化学合成过程赋予了红细胞血型糖类抗原之间密切相关的特性。糖类抗原特异性决定簇虽各不相同，但其前身物质的糖链结构却具有同源性，且一种抗原的合成往往是以另一种抗原为基础，一种抗原的形成是另一种抗原糖链的延伸或重复，从而形成糖类血型抗原相互依存、相互制约、复杂的内在联系。例如，糖分子抗原具有共同骨架结构：Gal—GlcNAc—R，若Gal与GlcNAc之间通过β1-4键连接（Ⅱ型前体），无论其是否存在分支结构均表现出Ii抗原特异性（图1-9）。

以Ii抗原为底物，在H酶催化下，将Fuc结合于Gal分子即可形成H抗原。以H抗原为底物，在A或B酶作用下连接相应单糖，即可形成A或B抗原。以Ii抗原为底物，在α-1，3/4-L-岩藻糖转移酶（α-1，3/4-L-fucosyltransferase，简称 Le酶）催化下，将 Fuc结合于GlcNAc分子则形成Lewis血型抗原（图1-10）。

除糖链分子在生物化学合成方面的联系外，某些不同血型基因之间对糖类抗原的合成也存在着紧密联系。例如，P1PK血型系统的P1、P^k抗原，Globoside血型系统的P抗原和901系列的LKE抗原受不同基因控制，但抗原却极其相似，在血清学及生物化学方面关联紧密。

（三）竞争抑制

以酶促生化反应为特征的糖类血型抗原合成的另一个显著特点是竞争抑制、此消彼长。糖链骨架结构结合单糖的位点是有限的，同一位点在不同糖基转移酶催化下可结合不同单糖分子。竞争是生化反应过程中普遍存在的一种效应，不同单糖分子与同一个活性位点结合时便会出现竞争现象。

红细胞血型糖类抗原合成在相互竞争的环境下完成，决定竞争能力的关键在于糖基转移酶活性。糖基转移酶活性越强，相应单糖结合到活性位点的数量就越多，反之亦然。根据这一原则，可以推导出红细胞表面何种抗原占优势。例如，何种血型H抗原数量最多？根据上述竞争原则，可做出如下假设：H抗原应该是在没有竞争的情况下（即无A酶和B酶存在）数量最多，在竞争最激烈时（A酶和B酶同时存在）数量最少，而只存在一种糖基转移酶时，H抗原数量应介于两者之间。相关研究结果显示：不同血型H抗原表达由强到弱的顺序为O > A₂ > B > A₂B > A₁ > A₁B，基本符合依据竞争原则推导出的结论。根据研究结果，同样可以得出A₁酶活性高于A₂酶和B酶的结论。

（四）量变与质变

红细胞血型糖类抗原的量变与质变涉及复杂的红细胞血型亚型划分。总的来讲，亚型中糖类抗原有量变，也有质变，量变中有质变，质变中量也可以不变。只有从纷繁复杂的各种表象中发现亚型的本质，才能把握糖类抗原质与量的变化关系。

了解血型亚型的本质，仅靠血清学结果远远不够。需以血清学结果为线索，借助其他研究手段进行溯因分析，如进行基因测序、基因调控、糖基转移酶等检测。但无论亚型由何种原因引起，最终均以血清学凝集强弱的形式表现出来，同一种血清学现象可能包含着十万个不同的原因。

血型亚型划分源于经典免疫学，划分依据是红细胞凝集强弱的血清学试验结果。例如，A₃亚型血清学特点是呈混合视野；Am是凝集极弱或不凝集，但可吸收抗-A，也能放散；Ax则与多数人源抗-A不反应，但可与人源抗-AB发生凝集反应。进入现代免疫学阶段后，由于检测手段的改进，基因检测、转染表达等检测技术的应用，对亚型本质有了更清晰、全面的了解。阐明了基因突变位点、氨基酸顺序变化以及相应糖基转移酶活性的强弱。但这些本质上的变化肉眼观察不到，能看到的仅是其外在表现形式——血清学试验结果。亚型无论是抗原的量变还是质变，其外在形式均相同，仅表现为凝集的强弱。

成人单个红细胞抗原定量研究结果显示，ABO亚型存在着抗原数量上的差异（图1-11）。随着对ABO亚型研究的不断深入，发现亚型不仅存在量变而且还存在质变。即使经典免疫学判定为同一种亚型，也可由不同原因引起。例如，对A₃亚型的一项研究中发现，血清学确定的4例A₃样本中，2例发生了碱基置换而引起糖基转移酶催化活性的改变，但另外2例却未发现此变化。说明血清学表现相同的同一种亚型同样存在着质的不同。

五、红细胞血型抗原的临床意义

红细胞血型不合可引起溶血性输血反应、贫血、肾功能衰竭、休克甚至死亡。临床上，将能引起溶血性输血反应的红细胞血型称为具有临床意义的红细胞血型。临床意义是指对疾病诊断的判断依据和价值，可来自回顾性统计分析，也可来自临床观察。根据文献报道，具有临床意义的红细胞血型主要有：ABO、Rh、Duffy、Kidd、MNS、P1PK、Lewis、Kell等血型系统。

红细胞血型抗原表现频率与人种、地域等因素有关。例如，阿拉伯人约25%为K（+），高加索人约9%为K（+），黑色人种约2%为K（+），而中国汉族人群中K（+）罕见。红细胞血型的临床意义是个相对概念，有临床意义显著或不显著之分。红细胞血型临床意义是否显著，需从多方面进行评价。例如，特定地域、特定人种、特定红细胞血型抗原的表现频率，产生相应抗体的频率以及由相应抗体引起临床症状的严重程度等。

某些具有临床意义的血型抗原在特定地域总人口中所占比例非常低，例如孟买型，其临床意义远没有常见的ABO及Rh血型系统重要，但同样会引起严重的溶血性输血反应。有条件的地区应开展稀有血型检测，建立稀有血型血液实体库及稀有血型供者资料库，以保障稀有血型患者的用血需求。