出品：科普中国

作者：Denovo团队

监制：中国科普博览

6月14日是世界献血者日。从城市的大街小巷到偏远的乡村，从年轻的学子到年迈的长者，无数献血者用他们的实际行动诠释着人间大爱。他们的善举不仅挽救了无数垂危的生命，也为社会健康构筑起了一道坚实的防线。

目前，人类还无法制造血液，急需的血液仍然依赖于他人的捐献。然而，在输血过程中，血型不匹配可能是致命的。有时，即使血库中有足够的血液供应，但由于血型不匹配，仍会导致短缺。

最近，丹麦技术大学的科学家利用肠道中的一种细菌酶成功将A型和B型血液转换为O型血液，这一突破有望缓解血液短缺的问题。

丹麦科学家将A/B型血转换成O型血

（图片来源：参考文献1）

血型——红细胞的身份识别系统

血型是每个红细胞自己的“身份识别系统”，因为它们的表面有特定糖脂、糖蛋白的分子，这些分子构成了抗原。不同的抗原组合决定了不同的血型，如A型、B型、AB型和O型。这些抗原像是红细胞的“身份证”，在输血过程中起到至关重要的作用。

红细胞身份识别系统示意图

（图片来源：AI合成）

当我们接受输血时，如果输入的血型与自身不匹配，免疫系统会识别出外来的抗原并产生抗体进行攻击，导致严重的免疫反应。

因此，匹配的血型能够确保红细胞顺利传递氧气而不被免疫系统排斥，了解血型和抗原关系有助于安全地进行输血和器官移植。

O型血真的是万能的吗

O型血通常被称为“万能血型”，因为O型红细胞表面没有A型或B型抗原，不容易引起其他血型接受者的免疫反应，与大多数其他血型兼容，这意味着O型血特别适合在紧急情况下用于输血。然而，这种兼容性主要针对红细胞的输注，而不是血浆。

O型血红细胞可以广泛使用，但O型血的血浆却不是万能的。O型血浆中含有抗A和抗B抗体，这些抗体会攻击含有A型或B型抗原的红细胞。因此，在输注血浆时，需要匹配受血者的血型，以免引起免疫反应和并发症。

血液中的红细胞

（图片来源：AI合成）

除了ABO血型系统，还有Rh血型系统。

Rh因子最早是由卡尔·兰德斯坦纳（Karl Landsteiner）和亚历山大·维纳（Alexander Wiener）于1940年在恒河猴（Rhesus monkey）的红细胞中发现的，因此命名为Rh因子。后来，人们在人体血液中也发现了这种抗原。它是根据红细胞膜上是否存在一种特定的蛋白质（即Rh因子）来进行分类的。Rh因子也被称为RhD抗原，如果红细胞上存在这种抗原，则称为Rh阳性（Rh+）；如果不存在这种抗原，则称为Rh阴性（Rh-）。

O型Rh阴性血液被认为是最“万能”的，因为它既没有A型或B型抗原，也没有Rh抗原。这个血型在紧急情况下尤其重要，因为它几乎不会引起任何免疫反应。

然而，O型Rh阴性血液在全球范围内相对稀少，因此在非紧急情况下，仍然优先考虑血型匹配的输血，以确保资源的合理使用。

给红细胞“做手术”改变血型

红细胞的ABO血型取决于其表面的寡糖链结构。寡糖链是由多个单糖分子通过糖苷键连接而成的短链糖类分子，通常由2到10个单糖组成，介于简单的单糖和复杂的多糖之间。O型红细胞上既没有A抗原也没有B抗原，但实际上存在H抗原。H抗原是在寡糖链前体上加上一个岩藻糖构成的，除了极为罕见的孟买型，几乎所有人的红细胞上都有H抗原。

A型个体的A基因编码N-乙酰半乳糖胺转移酶，这种酶在H抗原的末端添加一个N-乙酰半乳糖胺，从而形成A抗原(Science in the News)。B型个体的B基因编码半乳糖转移酶，这种酶在H抗原的末端添加一个半乳糖，形成B抗原。

说到这里，大家是不是感觉有点乱套了，请看下图，简单来说，A型血的红细胞只比O型血的红细胞多了一个N-乙酰葡萄糖分子；而B型血的红细胞只比O型血的红细胞多了一个半乳糖分子。

A/B/O型血红细胞的示意图

（图片来源：作者绘制）

那么，有没有类似手术刀的工具可以切除A/B型血红细胞上多出来的N-乙酰葡萄糖和半乳糖呢？还真有，使用一些生物酶就可以给血红细胞做手术了！

通过生物酶给血红细胞做手术示意图

（图片来源：作者绘制）

血型转换可不是新技术

早在二十世纪五六十年代，就有研究发现某些细菌的酶可以去除红细胞表面的A和B抗原，这些发现开启了科学家尝试通过酶改变血型的研究方向。20世纪80年代初，纽约血液中心的科学家使用来自咖啡豆的酶将B型红细胞转换为O型，并进行了小规模的志愿者试验。结果显示，这些转换后的O型红细胞在体内具有正常的活性和生存期。

在随后的20世纪90年代，该研究进一步扩大，处理过的B型红细胞被输给了O型和A型的健康志愿者，绝大多数情况下未出现不良反应。

再到2000年，哈佛医学院的科学家将改造的O型红细胞输给了21名A型或O型患者。试验结果显示，与对照组相比，试验组的血红蛋白水平正常，红细胞的生存期也无异常，只有在输血两周后有5名患者的抗B滴度升高，也就是血液中针对B型红细胞抗原的抗体浓度增加，但未见其他不良反应。

大家可能发现了，在早期的研究中，科学家们主要集中于转变B型红细胞，而非A型红细胞，主要原因在于A抗原在红细胞上的表现形式较为复杂，并不像上面的示意图那样简单。

A抗原是由一系列糖分子组成的，这些糖分子通过N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）与红细胞表面结合。A型红细胞上不仅存在A抗原，还存在多种不同的A亚型，这些亚型的结构复杂且多样，使得单一的酶难以高效去除所有类型的A抗原。

红细胞上A抗原的表现形式较为复杂（示意图）

（图片来源：AI合成）

血型转换的临床应用前景

2022年，剑桥大学的科学家成功地将三位已故捐赠者的肾脏血型转变为O型。这一研究利用了一种叫作“规范温度灌注机器”的设备，通过将含有特定酶的血液灌注到捐赠肾脏中，去除肾脏血管内壁的血型标志物，这使得这些肾脏转变为可以普遍接受的O型血。这一突破性的研究成果将有望减少等待肾移植的患者的等待时间并增加移植的成功率。

近日，在《自然·微生物学》上发表的一篇论文中，丹麦技术大学和瑞典隆德大学的研究人员报告了一项重要发现。他们在肠道内定植（指微生物在宿主的特定部位定居并开始繁殖的过程）的嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila，简称为 AKK）中找到了一组酶，这些酶能够转化人类红细胞中的已知和此前未知的抗原，将血液转化为O型血。

研究团队对嗜黏蛋白阿克曼菌产生的酶进行了生物化学筛选，这些酶能够分解黏液中的聚糖。他们发现了一组结构独特的酶组合，能够有效地将A型和B型红细胞转化为O型。这些酶对于最近发现的扩展型A型和B型抗原也有效，并在测试中降低了错配反应，尤其是对转换的B型红细胞。即使对结构比较复杂的红细胞表面上的A抗原及其扩展抗原，AKK的除去效率也是相当高，他们发现仅需0.5μM AmGH36A （一种AKK）就可在30分钟内完全转化来自三个供体的A抗原。

这一发现有望成为一种潜在的临床工具，增加普遍相容血液的供应，提供解决血液供需矛盾的新途径。

红细胞和嗜黏蛋白上的A、B、O血型抗原示意图

（图片来源：参考文献1）

结语

科学研究的进展让人振奋，或许在未来，通过血型转化技术，就能够有效解决血液供应中的“偏型”问题，实现更为均衡的血液资源分配。然而，血型转化红细胞及干细胞诱导分化红细胞等生物工程技术，在制备效率、制品稳定性、远期安全性以及经济成本等方面，仍然面临巨大的挑战。这些技术距离实现标准化和规模化供应临床的目标，还有很长的路要走。

人工改造血液的临床应用前景虽然广阔，但也充满了不确定性和技术难题。在现阶段血液供应仍然主要依赖于无偿献血和定期献血。定期献血不仅能满足急需血液的需求，还能通过科学管理和合理分配，提高血液资源的利用效率。

世界献血日到来了，我们一起去献个血吧！

参考文献：

1、Jensen, Mathias, et al. "Akkermansia muciniphila exoglycosidases target extended blood group antigens to generate ABO-universal blood." Nature Microbiology (2024): 1-13.

2、Rahfeld, Peter, et al. "An enzymatic pathway in the human gut microbiome that converts A to universal O type blood." Nature Microbiology 4.9 (2019): 1475-1485.

3、Kwan, David H., et al. "Toward efficient enzymes for the generation of universal blood through structure-guided directed evolution." Journal of the American Chemical Society 137.17 (2015): 5695-5705.

4、Hakomori, Senitiroh, and Geneva D. Strycharz. "Cellular blood-group substances. I. Isolation and chemical composition of blood-group ABH and Leb isoantigens of sphingoglycolipid nature." Biochemistry 7.4 (1968): 1279-1286.

5、Goldstein, Jack, et al. "Group B erythrocytes enzymatically converted to group O survive normally in A, B, and O individuals." Science 215.4529 (1982): 168-170.

6、Kruskall, Margot S., et al. "Transfusion to blood group A and O patients of group B RBCs that have been enzymatically converted to group O." Transfusion 40.11 (2000): 1290-1298.

7、MacMillan, Serena, et al. "Enzymatic conversion of human blood group A kidneys to universal blood group O." Nature Communications 15.1 (2024): 2795.

来源: 中国科普博览

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