前幾天是世界獻血者日。從城市的大街小巷到偏遠的鄉村，從年輕的學子到年邁的長者，無數獻血者用他們的實際行動詮釋著人間大愛。他們的善舉不僅挽救了無數垂危的生命，也為社會健康構築起了一道堅實的防線。
目前，人類還無法制造血液，急需的血液仍然依賴於他人的捐獻。然而，在輸血過程中，血型不匹配可能是致命的。有時，即使血庫中有足夠的血液供應，但由於血型不匹配，仍會導致短缺。
最近，丹麥技術大學的科學家利用腸道中的一種細菌酶成功將A型和B型血液轉換為O型血液，這一突破有望緩解血液短缺的問題。
丹麥科學家將A/B型血轉換成O型血
（圖片來源：參考文獻1）
血型——紅細胞的身份辨識系統
血型是每個紅細胞自己的「身份辨識系統」，因為它們的表面有特定糖脂、糖蛋白的分子，這些分子構成了抗原。不同的抗原組合決定了不同的血型，如A型、B型、AB型和O型。這些抗原像是紅細胞的「身份證」，在輸血過程中起到至關重要的作用。
紅細胞身份辨識系統示意圖
（圖片來源：AI合成）
當我們接受輸血時，如果輸入的血型與自身不匹配，免疫系統會辨識出外來的抗原並產生抗體進行攻擊，導致嚴重的免疫反應。
因此，匹配的血型能夠確保紅細胞順利傳遞氧氣而不被免疫系統排斥，了解血型和抗原關系有助於安全地進行輸血和器官移植。
O型血真的是萬能的嗎
O型血通常被稱為「萬能血型」，因為O型紅細胞表面沒有A型或B型抗原，不容易引起其他血型接受者的免疫反應，與大多數其他血型相容，這意味著O型血特別適合在緊急情況下用於輸血。然而，這種相容性主要針對紅細胞的輸註，而不是血漿。
O型血紅細胞可以廣泛使用，但O型血的血漿卻不是萬能的。O型血漿中含有抗A和抗B抗體，這些抗體會攻擊含有A型或B型抗原的紅細胞。因此，在輸註血漿時，需要匹配受血者的血型，以免引起免疫反應和並行癥。
血液中的紅細胞
（圖片來源：AI合成）
除了ABO血型系統，還有Rh血型系統。
Rh因子最早是由卡爾·蘭德斯坦納（Karl Landsteiner）和亞歷山大·維納（Alexander Wiener）於1940年在恒河猴（Rhesus monkey）的紅細胞中發現的，因此命名為Rh因子。後來，人們在人體血液中也發現了這種抗原。它是根據紅細胞膜上是否存在一種特定的蛋白質（即Rh因子）來進行分類的。Rh因子也被稱為RhD抗原，如果紅細胞上存在這種抗原，則稱為Rh陽性（Rh+）；如果不存在這種抗原，則稱為Rh陰性（Rh-）。
O型Rh陰性血液被認為是最「萬能」的，因為它既沒有A型或B型抗原，也沒有Rh抗原。這個血型在緊急情況下尤其重要，因為它幾乎不會引起任何免疫反應。
然而，O型Rh陰性血液在全球範圍內相對稀少，因此在非緊急情況下，仍然優先考慮血型匹配的輸血，以確保資源的合理使用。
給紅細胞「做手術」改變血型
紅細胞的ABO血型取決於其表面的寡糖鏈結構。寡糖鏈是由多個單糖分子透過糖苷鍵連線而成的短鏈醣類分子，通常由2到10個單糖組成，介於簡單的單糖和復雜的多糖之間。O型紅細胞上既沒有A抗原也沒有B抗原，但實際上存在H抗原。H抗原是在寡糖鏈前體上加上一個巖藻糖構成的，除了極為罕見的孟買型，幾乎所有人的紅細胞上都有H抗原。
A型個體的A基因編碼N-乙酰半乳糖胺轉移酶，這種酶在H抗原的末端添加一個N-乙酰半乳糖胺，從而形成A抗原(Science in the News)。B型個體的B基因編碼半乳糖轉移酶，這種酶在H抗原的末端添加一個半乳糖，形成B抗原。
說到這裏，大家是不是感覺有點亂套了，請看下圖，簡單來說，A型血的紅細胞只比O型血的紅細胞多了一個N-乙酰葡萄糖分子；而B型血的紅細胞只比O型血的紅細胞多了一個半乳糖分子。
A/B/O型血紅細胞的示意圖
（圖片來源：作者繪制）
那麽，有沒有類似手術刀的工具可以切除A/B型血紅細胞上多出來的N-乙酰葡萄糖和半乳糖呢？還真有，使用一些生物酶就可以給血紅細胞做手術了！
透過生物酶給血紅細胞做手術示意圖
（圖片來源：作者繪制）
血型轉換可不是新技術
早在二十世紀五六十年代，就有研究發現某些細菌的酶可以去除紅細胞表面的A和B抗原，這些發現開啟了科學家嘗試透過酶改變血型的研究方向。20世紀80年代初，紐約血液中心的科學家使用來自咖啡豆的酶將B型紅細胞轉換為O型，並進行了小規模的誌願者試驗。結果顯示，這些轉換後的O型紅細胞在體內具有正常的活性和生存期。
在隨後的20世紀90年代，該研究進一步擴大，處理過的B型紅細胞被輸給了O型和A型的健康誌願者，絕大多數情況下未出現不良反應。
再到2000年，哈佛醫學院的科學家將改造的O型紅細胞輸給了21名A型或O型患者。試驗結果顯示，與對照組相比，試驗組的血紅蛋白水平正常，紅細胞的生存期也無異常，只有在輸血兩周後有5名患者的抗B滴度升高，也就是血液中針對B型紅細胞抗原的抗體濃度增加，但未見其他不良反應。
大家可能發現了，在早期的研究中，科學家們主要集中於轉變B型紅細胞，而非A型紅細胞，主要原因在於A抗原在紅細胞上的表現形式較為復雜，並不像上面的示意圖那樣簡單。
A抗原是由一系列糖分子組成的，這些糖分子透過N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）與紅細胞表面結合。A型紅細胞上不僅存在A抗原，還存在多種不同的A亞型，這些亞型的結構復雜且多樣，使得單一的酶難以高效去除所有類別的A抗原。
紅細胞上A抗原的表現形式較為復雜（示意圖）
（圖片來源：AI合成）
血型轉換的臨床套用前景
2022年，劍橋大學的科學家成功地將三位已故捐贈者的腎臟血型轉變為O型。這一研究利用了一種叫作「規範溫度灌註機器」的器材，透過將含有特定酶的血液灌註到捐贈腎臟中，去除腎臟血管內壁的血型標誌物，這使得這些腎臟轉變為可以普遍接受的O型血。這一突破性的研究成果將有望減少等待腎移植的患者的等待時間並增加移植的成功率。
近日，在【自然·微生物學】上發表的一篇論文中，丹麥技術大學和瑞典隆德大學的研究人員報告了一項重要發現。他們在腸道內定植（指微生物在宿主的特定部位定居並開始繁殖的過程）的嗜黏蛋白阿克曼菌（ Akkermansia muciniphila ，簡稱為 AKK）中找到了一組酶，這些酶能夠轉化人類紅細胞中的已知和此前未知的抗原，將血液轉化為O型血。
研究團隊對嗜黏蛋白阿克曼菌產生的酶進行了生物化學篩選，這些酶能夠分解黏液中的聚糖。他們發現了一組結構獨特的酶組合，能夠有效地將A型和B型紅細胞轉化為O型。這些酶對於最近發現的擴充套件型A型和B型抗原也有效，並在測試中降低了錯配反應，尤其是對轉換的B型紅細胞。即使對結構比較復雜的紅細胞表面上的A抗原及其擴充套件抗原，AKK的除去效率也是相當高，他們發現僅需0.5μM AmGp6A （一種AKK）就可在30分鐘內完全轉化來自三個供體的A抗原。
這一發現有望成為一種潛在的臨床工具，增加普遍相容血液的供應，提供解決血液供需矛盾的新途徑。
紅細胞和嗜黏蛋白上的A、B、O血型抗原示意圖
（圖片來源：參考文獻1）
結語
科學研究的進展讓人振奮，或許在未來，透過血型轉化技術，就能夠有效解決血液供應中的「偏型」問題，實作更為均衡的血液資源分配。然而，血型轉化紅細胞及幹細胞誘導分化紅細胞等生物工程技術，在制備效率、制品穩定性、遠期安全性以及經濟成本等方面，仍然面臨巨大的挑戰。這些技術距離實作標準化和規模化供應臨床的目標，還有很長的路要走。
人工改造血液的臨床套用前景雖然廣闊，但也充滿了不確定性和技術難題。在現階段血液供應仍然主要依賴於無償獻血和定期獻血。定期獻血不僅能滿足急需血液的需求，還能透過科學管理和合理分配，提高血液資源的利用效率。
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出品：科普中國
作者：Denovo團隊
監制：中國科普博覽
