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血型的发现及其分子基础

血液,自古以来就被人们用来做各种事情。由于其神秘性,人们在认识它的过程中,不断面临科学与迷信、正确和错误的判断及选择。

血型发现的现实需求

古罗马的角斗场里,得胜的角斗士会将对方的血喝下去,以获得勇气和力量;在我国古代部落及不那么古代的帮会之中,入伙的成员都会进行“歃血为盟”的仪式,以表达亲密和信赖;史书和古代的法医学著作中也多次提到“滴血认亲”的记载。血液,自古以来就被人们用来做各种事情。由于其神秘性,人们在认识它的过程中,不断面临科学与迷信、正确和错误的判断及选择。应该说,这是缘于人们对失血这一令人恐怖的生命过程最朴实的反应,在认识这一过程中,人们逐渐开始尝试输血治疗疾病和挽救生命。所以说,输血是血型发现的现实需求,血型发现的历史和输血的历史密不可分。但是,如何正确的输血则花去人类几百年的时间。

1616年,英国的Harvey发现人体血液是循环的,这一发现为输血奠定了科学基础。1654年意大利医生Folli宣称发明了“输血”。1656年,Wren用银制成小管,用动物膀胱作为注射器,将药物和血液输注给狗。1665年英国生理学家Lower将一只狗的颈动脉与另一只狗的颈静脉相连接输血成功。1667年法国哲学家、数学家和医生Denis将羊血输给人,输后患者稍有好转,但数日后发生了严重的输血反应,并有黑色尿出现。10年后法国、英国下令禁止输血,并一直持续了150年。

但这似乎没有停止住人们继续研究它的步伐。1795年美国医生Philip Syng Physick进行了有记载的最早的人体全血输血。当时整个外科手术感染死亡率很高,直到1867年英国医生李斯特控制了输血中的感染后人们才保证了输血过程的安全。1873年至1880年美国的外科医生开始用牛奶或羊奶为病人输血,1884年开始改用生理盐水以降低牛奶中的免疫原性。

1817年英国生理学家和产科医生Blundell用狗作实验时,发现因出血濒死的狗在输入了另一只狗的血液后获救。在此基础上,他将人血输给了严重大出血的产妇,共10例除两例已濒死者外,余8例有5例救治成功。后来人们把这个实验视为现代输血科学的开端。但是,开端之后竟是一端极长的空白,人们反复地尝试,还是没有找到让输血更安全的办法。事实上,人们似乎对这个“撒手锏”敬而远之,一般到了输血的程度,无论是患者还是医生的态度均已是“死马作活马医”。[1,2]

血型发现

历史的车轮滚动到20世纪初,经历过无数成功和失败后人们不禁思索为什么有时输血可以救人有时却会杀人。这个问题同样也困扰着奥地利医生卡尔·兰德斯泰纳(karl Landsteiner)。兰德施泰纳生于维也纳,后在维也纳大学学医。学习期间,他发表了一篇食品对血的成分的影响的论文,他当时认为血是一种“特别的汤”。

毕业后兰德施泰纳在国外待了五年,师从赫尔曼·埃米尔·费歇尔(葡萄糖结构的确定者,1903年诺贝尔奖获得者)学习有机化学,随后他又在Eugen von Bamberger(有机化学家,以发现Bamberger重排机理而闻名)的实验室中进行短暂的学习,接着他又师从Arthur Hantzsch(Hantzsch嘌呤合成即依此人命名)。这三位优秀的大师对他今后的科学之路产生了重要的影响。

早在1900年,兰德施泰纳就怀疑人群间的输血所造成的凝血是一种生理现象而非病理现象。但是,如何来证明这种现象却始终困扰着他。一天,兰德施泰纳想到一切输血行为都是与“血”相关的,如果每个人的血都不相同那会怎样呢?第二天早晨兰德施泰纳获得了20份患者的血液进行了观察,他将所用人的血液彼此相混并用显微镜观察将会发生什么。[3]

在一大排(想想20×19/2份样品的试管)试管架中,兰德施泰纳开始了初次的实验。幸运的是,他无需将所有的组合都试过一遍。当他进行完一半的实验之后,就发现可以轻易的将这些血液分成两种类型。这两种类型血液互相不溶,而类型之间则可以很好的互溶。他将这两个类型分别命名为A、B两种。接下来他把既能与A型血相溶、又能与B型血相溶的类型命名为C型(即后来的O型)。这就是人类血型中的三种。

当扩大样本量之后,兰德施泰纳和他的助手们又发现一种较少见的既不与A型血相溶又不与B型血相溶的类型,他们命名为AB型。

经过调查他本人、同事和病人的血液,兰德施泰纳提出了血型的概念,他认为人群中包括A、B、C(后来被命名为O)三种。1909年他可以分辨出A、B、AB和O四种主要的血型。他认识到同样血型的人之间输血不会导致血细胞被摧毁,但不同血型之间输血会导致上述的凝结。

但是,进行输血的实践则由于输血中的其他技术的不成熟一直拖延了几年。最早利用兰德施泰纳血型理论进行输血实践的是一位美国医生——鲁本·奥登堡(Reuben Ottenberg),纽约西奈山医院的医生。随后在1915年该方法又进行了改进——采用了柠檬酸钠进行抗凝血。从此血清学的研究与输血的临床实践齐头并进,而这一切都要感谢奠定基础的兰德施泰纳。[4]

今天我们知道,AB型的人可以接受所有其他血型的血,而O型的人可以为所有其他人输血。这个知识尤其对输血和外科手术非常重要。1930年兰德施泰纳为了这个发现获得诺贝尔生理学或医学奖。

第一次世界大战结束后兰德施泰纳首先移居荷兰,后来赴美国洛克非勒医学研究所。在那里他继续对血型的研究。他与亚历山大·所罗门·维纳一起发现了恒河因子。这个因子首先是在恒河猴(Rhesus Macacus)的血里发现的,是Rh血型的抗原物质。

血型的分子生物学[6,7]

ABO血型抗原决定簇是一种特异性多糖,是由不同单糖底物经几种糖基转移酶转移到特定的核心多糖链上而形成的。因此,ABO血型表型是由各自特异的糖基转移酶决定的。位于9号染色体上的ABO基因,总长度18000至20000个碱基对,包括7个外显子,A和B基因编码的蛋白都是353个氨基酸,O基因编码的蛋白只有115个氨基酸,已证实ABO血型系统是三复等位单拷贝基因,中期染色体原位杂交证实了ABO基因定位于染色体9q34。

A基因编码A转移酶(N-乙酰一D-半乳糖胺基转移酶,它可将底物(UDP·GalNAC)上的N一乙酰半乳糖胺连接到多糖核心链上形成A抗原。ABO血型系统的核苷酸序列高度保守,只有几个核苷酸的差异,它们有着高度的同源性。B基因上的297、526、657、703、796、803、930位有七个核苷酸与A基因不同,但只有526、703、796、803四个核苷酸的变化造成了氨基酸序列的变化,使其编码的B转移酶(D-半乳糖转移酶)的特异性不同于A转移酶,它可将半乳糖转移到多糖核心链上形成B抗原。

血型O基因与A基因相比,只是第261位核苷酸不同,第261位的胞嘧啶在O基因中缺失,这造成了O基因在261位以后发生阅读框架的移动,形成了新的终止密码子。提前终止了转移酶的翻译,使其编码出的蛋白只有115个氨基酸,并且没有转移酶的催化功能区。对转移酶基因的研究,知道其1~96位核苷酸编码31个氨基酸的前导肽使酶导向高尔基体。97~159位核苷酸编码21个氨基酸的疏水区,为转移酶的跨膜区,160~1062位核苷酸编码301个氨基酸的催化区。转移酶基因经转录、翻译后定位于高尔基体上,催化血型糖链的形成。

H抗原与ABO、Lewis血型密切相关,早期曾被划归于ABO血型系统。目前,H抗原已被国际红细胞血型命名委员会命名为一个新的独立的血型系统:ISBT(国际输血会,International Society of Blood Transfusion)018一Hh血型系统,其系统符号为H,只有一个H抗原。1952年,Dende等首先报道了在孟买地区发现的3例特殊血型,命名为孟买表型(Bon1bay phenotype)。其血清学特点是红细胞表面缺乏ABH抗原、分泌液中缺乏H物质,而血清中产生抗-A、抗-B、抗-H,在做ABO正反定型时,不仅与正常的A和B细胞发生凝集,与O细胞也发生凝集。1961年,Levine发现1例血清学特点与孟买型略有差异的类孟买表型。其红细胞表面ABH抗原缺乏或弱表达,而分泌液中可检测到少量H抗原,血清中存在抗-H,鉴于其特殊的血清学特点以及孟买型被称为H抗原缺陷的非分泌型,故类孟买型被相应地称为H抗原缺陷的分泌型。ISBT推荐将H抗原缺陷型分为以下3类:1)红细胞H抗原完全缺陷ABH非分泌型(孟买型);2)H缺陷分泌型;3)H缺陷非分泌型。

血型——现在的状况

于1935年成立的国际输血协会专门负责血型的认定与命名工作。得到承认的30种人类血型系统包括超过600种抗原,但其中大部分都非常罕见。目前人们还不是很清楚这些红细胞表面抗原的含义,也不明确这些稀有抗原在临床上的应用。但是,探究基本血型在各种范围内的分布是很有意义的,因为这至少对输血是极为重要的。[6]

ABO血型的全球分布[8,9]

A血型的人在全球的分布比B型血较广,全球约有21%的人口为A型血。A型血不连续高分布的人群分布于以下地区:蒙大拿的黑足印第安人(30-35%)、澳洲土著人(40-53%)以及北欧的萨米人。相对来说B型血人口较少,全球仅有16%。主要分布的地区为中亚、南美洲及非洲的一些地区。O型血人口最多约占全世界人口的63%,分布最多的地区是中、南非地区,该地区O型血人群有时可达100%,最低地区是西欧和中亚,那里B型血人口最多。

目前,除全国范围内建立的血库以外,一些个人还在网上建立了各种类型的稀有血型互助的网站,每个分享相同稀有血型的人都会找到能够帮助他们的人。

结 语

毫无疑问,我们希望血型这种我们与生俱来的特征能够给我们一些答案,比如我们从哪里来,我们要到何处去,我们受过什么影响。但是,这一切事实必须应当是可证实或可证伪的。而且,正如以前人们就相信的那样,科学不能使所有人都变得理智。我们衷心希望人们能够认识到血型就只是血型,让它回到自己应当履行的职责中去。

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