第二章　紅細胞血型系統

第一節　紅細胞血型免疫學基礎

一、紅細胞血型抗原

1．紅細胞血型抗原的分類及統一命名

2．紅細胞血型抗原的生化結構

紅細胞抗原的生化結構有兩組基本類型。一組類型的血型抗原的決定簇是結合到蛋白或脂上的碳水化合物(多糖)，這些血型抗原的特異性由碳水化合物(多糖)所決定，負責這些抗原的基因，編碼一個中間體分子，大多是酶，可轉移糖分子到蛋白或脂上而產生抗原的特異性，由暴露在紅細胞表面的蛋白表達抗原，屬于這一組的抗原有ABO、Lewis、Rh等。另一組類型的抗原特異性由蛋白的氨基酸序列所決定，由基因直接控制抗原的多態性，大多數的血型抗原屬于這組結構類型。

目前已清楚，攜帶血型抗原的蛋白是分別以單串通、多串通及連接于糖磷脂酰肌醇(GPI)三種方式嵌入紅細胞膜。表2-2匯總了目前已了解的紅細胞血型抗原的分子和生化特性，包括每個紅細胞上血型抗原的數量、分子量、攜帶抗原的紅細胞膜成分和抗原的生化成分。

3．血型抗原的基因學說

被ISBT認可的血型系統中，每個系統都會有一個或一個以上的抗原，這些抗原由1～3個單基因緊密連鎖的同源基因所編碼，例如MNS、Rh、Chido-Rog-ers。一些表達不同血型系統抗原的基因可處于同一染色體上，有些甚至是連鎖的，但是它們之間通常有著可測的重組率。表達25個血型系統抗原的基因，至今除四個以外，均已被克隆，因此血型基因多態性的分子基礎能逐步地被闡明，血型多態性的產生大多由一個或多個錯義的突變而形成，單個核苷酸的堿基的改變導致所編碼氨基酸的改變和產生抗原的多態性。其他涉及血型多態性的基因結構，包括有單個核苷酸的缺失、整個基因的缺失、插入以及緊密連鎖的同源基因的遺傳物質的改變等。在不同的種族、民族、地區和人群中，血型抗原頻率的分布可以不同，即使是同一血型抗原，其基因結構也可能存在差別，這在非分泌型se基因、SHD基因等均有報道。

4．紅細胞抗原的生物功能和進化

應用血型抗原的分子結構和血型基因多態性的研究成果，尤其是經過與相似結構的其他功能性分子的比較及類推，或通過一些血型抗原所在已知功能的蛋白的提示，推斷了許多血型抗原可能具備的生物功能。但是，大多數的血型系統都存在抗原全無的表現型(null型)，具有這種表現型的紅細胞上缺少相應的血型蛋白以及血型抗原，可這類表現型通常是健康人，因此認為盡管血型抗原可顯示出重要功能，但這些功能在紅細胞上或在其他組織上可能大多是多余的，在它們缺乏時，其他的結構能執行這些生物功能，關于這一點還有待進一步研究。目前所了解的血型抗原的生物功能可分成以下幾方面。

(1)作為化學增活素受體　Duffy血型的糖蛋白，具備化學增活素受體的作用，其活性是在分子的氨基端上，已證實Duffy(a－b－)的紅細胞，不能結合化學增活素IL-8。

(2)運輸功能(作為傳送蛋白)　一些血型抗原位于特異性的運輸分子上，Diego和Wright血型抗原位于運輸分子帶3上，帶3是一類主要的陰離子交換器。Colton抗原位于通道-形成完整蛋白(CHIP)上，這是一類主要的水通道蛋白，因此Colton抗原可能是水的傳送器。Kidd抗原可能是具有脲運輸作用的蛋白的一部分，Rh抗原可能涉及銨的運輸。

(3)補體通道作用　三個血型系統已發現是涉及補體通道的分子，Chido/Rogers抗原是G4分子的一部分。Cromer抗原位于衰變加速因子(DAF)紅細胞膜分子上。Knops抗原是G3b補體受體的一部分。DAF的作用是防止紅細胞受補體的破壞，已發現Cromer陰性的紅細胞對補體敏感性有輕度增加的現象。

(4)黏附分子作用　Indian血型抗原位于黏附分子CD44上，Lutheran血型抗原是細胞內核纖維蛋白結合的黏附分子，LW是β整合蛋白結合的黏附分子。

(5)結構完整性作用　血型糖蛋白是紅細胞表面的主要結構蛋白，對膜結構的穩定性有重要作用，并且因其匯集了紅細胞表面陰性電荷的大部分，為防止不合適的紅細胞間的反應作出貢獻。MN抗原是血型糖蛋白A的一部分，Ss抗原是血型糖蛋白B的一部分，Gerbich抗原是血型糖蛋白C和D的一部分，已發現缺少血型糖蛋白C和D將導致橢圓形紅細胞形成和減弱紅細胞變形能力。

(6)酶的活性　Cartwright血型抗原位于乙酰膽堿酯酶分子，Kell抗原的基因與鋅-結合肽酶的基因很相似，這些抗原與相關酶活性的聯系尚在研究中。

(7)微生物受體　Duffy抗原和Knops抗原是瘧原蟲的受體，Cromer抗原可能是大腸埃希菌的受體而與尿道感染有關。P血型抗原的糖苷脂可能是細小病毒19的受體；Cromer抗原的DAF分子可能是腸病毒如柯薩奇病毒或埃可病毒的受體。脊髓灰質炎病毒在其黏附過程中，可能會使用含有Indian血型抗原的CD44分子。

(8)血型抗原多態性在進化中的作用　在微生物入侵紅細胞的機制上，血型抗原多態性在進化中的作用得到解釋。血型等位基因在進化過程中存在選擇性優勢，可使紅細胞難以與某些微生物結合。Duffy抗原的化學增活素是間日瘧原蟲的受體，在非洲黑人中，普遍存在Fy(a－b－)的表現型，紅細胞上缺乏Duffy抗原和糖蛋白，因此免受瘧原蟲的感染。

二、紅細胞血型抗體

血型抗體是在血型抗原物質刺激下形成，并能與該抗原發生特異性結合反應的免疫球蛋白(immunoglobulin，簡稱Ig)。免疫球蛋白是血液、組織液和分泌液中的一類糖蛋白，血清電泳時抗體活性主要在γ-球蛋白區，也有少量可延伸到β區及α2-球蛋白區。免疫球蛋白不耐熱，在60～70℃被破壞，能被多種蛋白酶水解，使抗體活性破壞。

抗體是免疫球蛋白的主體，是體液免疫反應的主要效應分子，它們能特異性地結合或識別入侵的病原體(抗原)，是機體防御系統的重要組成部分。紅細胞血型抗體的另一主要功能是與紅細胞的表面抗原結合，通過補體作用，導致紅細胞破壞，產生血管內或血管外溶血。

紅細胞血型系統中有大量的抗原，相應地也有大量的特異性抗體識別這些抗原，血型抗體在紅細胞血型的研究和應用中占有十分重要的地位，因而需要了解免疫球蛋白的結構和功能，以及它們作為血型抗體的免疫反應特征。

1．IgG

人體的總血清免疫球蛋白中IgG約占75%，且亦發現于血管外液內。它是2條重鏈與2條輕鏈的單獨基本的免疫球蛋白單位，有4個IgG分子亞類(IgG1、IgG2、IgG3及IgG4)，其相對的IgG分子濃度依次為60%～70%、14%～20%、4%～8%及2%～6%。此亞類的重鏈氨基酸順序與鏈間雙硫鍵的排列各異。輕鏈可為κ、λ或兩者都有，能在各種免疫球蛋白中發現。IgG是唯一能通過母體胎盤到達胎兒的免疫球蛋白，在其亞類中以IgG2通過胎盤的效率最低。

IgG有結合補體的能力，其能力由強至弱依次為IgG3、IgG1、IgG2。IgG4不能以經典路徑使補體固定，但可在替代路徑中參與。

2．IgM

IgM約占人體總血清免疫球蛋白的10%，并以5個基本免疫球蛋白單位組成的五聚體特征出現，且有一個額外的短多肽鏈，稱為J鏈。雖然此五聚體分子具有10個抗原結合部，但在任一分子上的全部10個單位只能同時與較小的抗原(如半抗原)起反應。當同時與較大的抗原起反應時，價數(結合部位的利用度)降到5，這可能是由于這個分子各個μ鏈內部的彎曲性有限，使可連接抗原結合部位的數目因空間限制而減少。雖然IgM的抗原結合部位通常具有低的結合吸引力，但為多個抗體結合部位所均衡。

IgM是胎兒免疫系統成熟時最早出現的免疫球蛋白，且是原發性抗體反應早期產生的主要類別。IgM大部分存在于血液內(80%)，而血管外IgM僅為20%；IgG在血管內、外各為50%。IgM與IgG都是在B細胞表面上所表現的主要免疫球蛋白。

IgM抗體是高度有效的凝集素，可極有效率地使補體活化。一單獨的IgM分子與一紅細胞的表面結合，能引發補體介導的細胞溶解現象。IgM受2-巰基乙醇(2-mercaptoethanol, 2-Me)或二硫蘇糖醇(dithiothreitol，DTT)的部分還原作用使5個單位分開，釋放出J鏈。溶血素和直接凝集活性因這種處理而破壞。

3．IgA

分泌液中的主要免疫球蛋白為IgA。它有單體與多聚體兩種形式。大部分血清的IgA為單體型；小部分具有J鏈，以基本單位的多聚體存在。在唾液、淚液、支氣管分泌液、鼻黏膜、前列腺液、陰道分泌液及小腸黏膜分泌液中，IgA主要以雙聚體存在，不僅包括J鏈，且亦有上皮細胞起源的多肽鏈，稱為分泌鏈。IgA在這些分泌液中的濃度大，推想這種免疫球蛋白的主要功能是阻止外來病原體進入身體的免疫系統。聚集的IgA能經替代活化途徑激活補體。在人類有兩種抗原不同的亞類，命名為IgA1及IgA2。

三、紅細胞抗原和抗體的鑒定

在常規的血型血清學鑒定中，大多采用三種肉眼可見的特異性反應，即凝集反應、沉淀反應和溶血反應，其中以特異性的凝集反應最為重要，應用也較普遍。隨著現代分子生物技術的發展，采用DNA技術，直接對血型抗原的基因做檢測，然后判斷血型抗原的表型，已成為血型抗原鑒定的先進技術。

抗體的檢出及特異性鑒定所用的血清學技術很多，實驗室中常采用的有代表性的技術如下。

(1)生理鹽水法　IgM免疫球蛋白的抗體在鹽水介質中能直接凝集相應抗原的紅細胞，通常在22℃以下反應性較強，但有的IgM抗體(如抗-kell及抗-D)在37℃也有較大活性，這些抗體有重要的臨床意義，用蛋白水解酶法或抗球蛋白試驗也能檢出這些抗體。

(2)白蛋白凝集試驗　采用血清白蛋白的溶液作為膠體介質代替生理鹽水，能增強IgG抗體的凝集反應，通常使用22%或30%牛血清白蛋白。

(3)低離子強度試驗(low ionic-strength solution，LISS)　抗原和抗體在低離子強度的條件下能加速反應，增加紅細胞凝集的強度。

(4)蛋白水解酶的方法　使用蛋白水解酶能增強多數紅細胞血型抗體的反應性，特別是對Rh和Kidd等血型系統的抗體，能有助于抗體的有效檢出，但由于蛋白水解酶對M、N、S、Fya及Fya，抗原的決定簇有破壞作用，不利于這些抗原的抗體檢出。蛋白水解酶技術在血型血清學中的應用通常分一步法和二步法兩種。酶的一步法是在被檢血清和紅細胞的反應系統中，直接加入蛋白水解酶液，置37℃水浴中孵育后離心觀察凝集反應結果。酶的二步法是指先將紅細胞置37℃中使用酶液處理，然后經洗滌和配制成紅細胞懸液后與被檢血清反應，經37℃孵育后，離心觀察反應結果。

(5)抗球蛋白試驗　血型血清學中常用的抗球蛋白技術分為直接法和間接法兩種。直接法通常用于檢查受檢者紅細胞在機體內是否被抗體致敏，在新生兒溶血病、溶血性輸血反應、自身免疫性溶血性貧血等診斷試驗中以及藥物致敏紅細胞的檢查中常見使用。間接法是證實紅細胞在體外被抗體結合的試驗，是檢查血清中抗體特異性或紅細胞抗原的重要手段，通常用于未知抗體的檢出及確認、交叉配合試驗以及紅細胞抗原如Duffy、Kell和Kidd等血型抗原的鑒定試驗。