猪红细胞血型抗原修饰异种输血的研究进展

猪红细胞血型抗原修饰异种输血的研究进展王捷熙,章扬培(军事医学科学院输血研究所,北京100850)摘要 异种器官移植所取得的突破性进展为异种输血的研究带来了曙光。

人与猪的红细胞的血清学和生物化学特性有许多相似之处,因此猪就成为实现异种输血最具可能性的红细胞供体。

猪红细胞上存在异种抗原,包括αG al抗原和non2αG al抗原。

αG al抗原和人血清中天然存在的抗αG al抗体结合后引起的免疫排斥反应在抗体介导的凝集反应中起主要作用。

但是non2αG al抗原和人血清中天然存在的抗non2αG al抗体结合引起的免疫排斥反应作用也不能低估。

经特定修饰、改造以后的猪红细胞,是来源丰富的异种血源。

关键词 红细胞;血型抗原修饰;异种输血中图分类号 R3311141;R45711R ecent Advance on B lood G roup A ntigen Modification of Porcine E rythrocytes WAN G Jie2Xi,ZHAN G Yang2Pei(Instit ute of Transf usion Medici ne,Academy of Military Medical Sciences,Beiji ng100850)Abstract Advances in the field of xenotrans plantation raise the intriguing possibility of using porcine red blood cells (pRBCs)as an alternative source for blood transfusion.Serologically,pRBCs share a number of characteristics with human red blood cells(RBCs),so pRBCs are considered the most likely donor for xenotransfusion.However, xenoantigens on porcine erythrocytes play major roles in antibody2mediated RBC destruction.Although theαG al epitope (G alα1,3G alβ1,4G alNAc2R)is the major xenoantigen on porcine erythrocytes and is responsible for the binding of the majority of human natural antibodies,other non2αG al xenoantigens have been identified.The im portance of these non2αG al xenoantigens in binding human natural antibodies and subsequently triggering immunological responses cannot be underestimated.K ey w ords erythrocyte;blood group antigen modification;xenotransfusion 近几年来,人们对异种器官移植倾注了极大的热情和精力[1],在分析和鉴定主要异种抗原、建立转基因动物模型和延长移植体存活时间等方面取得了突破性进展[2,3]。

异种输血是在异种器官移植取得突破性进展之后萌生出的一个崭新的研究领域[2]。

将动物血特别是猪血人源化后,应用于临床,不仅可以解决人血液来源短缺的问题,还可以杜绝人源性的输血传染病,例如肝炎、A IDS等[4,5],因此异种输血的研究蕴涵着重大的理论和实际意义。

研究发现,人与猪红细胞的血清学和生物化学特性很相似[2],相对来说,猪在无菌环境中比较容易饲养,成熟得也快,而且可免于被细菌、真菌、寄生虫等可使人致病的病原感染[6-8],因此猪是人类实现异种输血最具可能性的红细胞供体。

人与猪的血液生理指标比较尽管人与猪在物种起源上相距很远,但二者的许多生理指标相近,特别是血液系统[9,10]。

红细胞形状:在猪和人均为双面凹圆盘状(无核)。

红细胞的直径:猪为4-8μm,人为7.7μm。

红细胞寿命:猪86天,人120天。

红细胞数量:猪(5.7-6.98)×109/μl,人(4.2- 6.2)×109/μl。

血细胞比容:猪35%-47%,人38%。

血红蛋白的含量:猪5.9-17.4g/100ml,人12-18g/100ml。

血浆等渗液:猪0.85%NaCl溶液(下降0.1%引起严重溶血),人为0.9%NaCl溶液。

血液p H值:猪7.36-7.49,人7.35-7.45。

由此可见,猪红细胞形状、大小、结构和功能与人红细胞相同,而且猪红细胞生活的体内环境也与人的相似。

人与猪的红细胞血型抗原比较目前,国际上已确定的猪红细胞抗原型有15个系统,共含65个血型抗原(附表)[11],其中最重要且研究最多的是AO血型系统。

在成年猪的正常血清　通讯作者:章扬培　电话(010)66930920.传真:(010)66930920. E2mail:Zhangyp@・372・中国实验血液学杂志　Journal of Ex perimental Hem atology2002;10(3):273-276中已发现了几种天然存在的血型抗体,但这些抗体中只有一种抗A经常存在于A阴性的猪中,该抗体在血清学上与人的抗A、绵羊的抗R和牛的抗J有关[11]。

研究发现,猪的AO血型与人的ABO血型系统也有很多相似之处[12]。

T able　Antigens on porcine erythrocytesBlood group system Blood group antigenA A,OB B a B bC C aD D a,D bE E a,E b,E c,E d,E e,E f,F g,E h,E i,E j,E k,E l,E m,E n,E oF F a,F b,F c,F dG G a,G bH H a,H b,H c,H dI I a,I bJ J a,J bK K a,K b,K c,K d,K eL L a,L b,L c,L d,L e,L f,L g,L h,L i,L j,L k,L lM M a,M b,M c,M d,M e,M f,M gN N a,N b,N cO O a,O b与其他的哺乳动物一样,猪红细胞也是在骨髓中生成,但Makita等[13]和Sako等[14]研究发现,从胚胎期到出生,小猪的A抗原或O抗原无免疫原性,约出生1周后才具有抗原性,而且将A-红细胞与A+血清混和培养后,发现A-红细胞全部转换成A+红细胞。

由此推断,猪红细胞A抗原或O抗原并非是在造血组织中合成的,而是红细胞释放入循环血液后,从血浆中获得并结合了特定结构的糖脂才形成A或O抗原。

猪红细胞的A,O抗原形成机制与人的Lewis抗原和牛的J抗原形成机制相似[13,14]。

Zhu[2,15]的实验表明,猪红细胞A抗原与人A抗原很相似。

人多克隆抗B与所有猪红细胞均发生凝集反应,提示猪红细胞上普遍存在αG al抗原决定簇(线性B型结构),但人单克隆抗B与猪红细胞的反应结果不确定。

另外,人的抗I抗体与所有的血样均发生凝集反应,人的I抗原决定簇(G alβ1,4G alNAc2R)是高分支的不降解的寡糖链末端。

猪红细胞上普遍存在类I结构,它可能是猪红细胞A抗原或αG al抗原的结构基础,进一步的研究工作正在启动之中。

目前,关于猪红细胞的其它抗原,以及与人红细胞抗原的关系还知之甚少。

由于人与猪的物种起源相距很远,猪红细胞上异种抗原的种类非常多,就国内外文献报道,大致将猪红细胞的异种抗原分为两大类:αG al抗原和non2αG al抗原[2,16-20]。

αG al抗原这一抗原决定簇为G alα1,3G alβ1,4G alNAc2R。

研究发现,除人、猿等灵长类动物以外,其他哺乳动物细胞糖蛋白和糖脂表面的糖链末端普遍存在一种半乳糖基结构(G alα1-3G al)。

此结构已被证明为引起异种器官移植中致命的超急性排斥反应(HAR)的最主要异种抗原[21]。

猪红细胞的αG al抗原也是主要的异种抗原,人血清中含有天然的抗αG al抗体[1,2,16]。

MacLaren等[18]检测了汉普夏、约克夏、杜洛克和长白4个品种猪的红细胞的αG al抗原含量,发现αG al抗原表达量存在种属差异和个体差异,有的猪红细胞αG al抗原表达量很高,约占猪红细胞抗原的90%以上,有的猪红细胞上αG al抗原的含量却很低。

αG al抗原表达量的多样性与猪的年龄、性别、饲养方式无关[2,18]。

猪红细胞与去除了抗αG al抗体的人抗血清混合,可以降低猪红细胞凝集反应。

non2αG al抗原有文献报道,αG al抗原表达量极低的猪红细胞的凝集反应仍然很强烈[18],这说明猪红细胞上除有αG al抗原以外,还含有non2αG al抗原,而且其抗原性很强。

另外,将猪肺移植给灵长类动物的实验证明,除去受体血清中的抗αG al抗体,只能减弱但并不能完全消除超急性排斥反应(HAR),由此证明猪的异种抗原中含有non2αG al抗原。

人的正常血清中含有天然存在的抗non2αG al抗原的抗体,可与猪红细胞的non2αG al抗原特异性结合[2,15]。

目前对non2αG al抗原的研究很少,其化学组成和分子结构还没有研究清楚,可能non2αG al抗原决定簇含有一定数量的糖类化合物[22],但它是如何引起免疫反应的机制以及与人血型系统的关系目前尚未研究清楚。

人与猪的血红蛋白比较红细胞是一种非常特殊化的细胞,哺乳动物的红细胞无核,亦无其它重要细胞器,一层膜包着血红蛋白,红细胞内主要是血红蛋白以及少量的其它蛋・472・中国实验血液学杂志　J Ex p Hem atol2002;10(3)白、脂类、糖类、酶类和无机盐类[23]。

研究发现,猪的血红蛋白有85%的氨基酸序列与人的相同。

据晶体结构分析,猪的血红蛋白三维结构也与人的很相似。

另有实验证明,人的血红蛋白的α和β亚基mRNA在转基因猪体内可以进行正确的翻译、加工和翻译后的修饰[24]。

异种输血与同种输血的免疫排斥反应比较异种输血遇到的3个最大障碍是血型不相符、无病原体和免疫排斥反应。

异种输血的免疫排斥反应的机制已基本研究清楚,猪红细胞输入人体后,会遭受免疫排斥和凝集反应进而发生红细胞溶血。