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RhD陰性血素有「熊貓血」之稱，臨床上長期存在血源短缺、匹配不到血型的難題。在一項發表於《科學-進展》的最新研究中，浙江大學研究團隊通過修飾紅細胞表面，將供應充足的RhD陽性紅細胞批量轉換為RhD陰性紅細胞，無需RhD血型匹配即可進行應急輸血，不發生排異反應。這一方法有望高效地解決「熊貓血」血源短缺難題。
撰文 | 周煒
來源 | 浙江大學學術委員會
「萬能血」在哪裡？
人類對血型的了解開始於20世紀初。1901年，奧地利維也納大學的卡爾·蘭德斯泰納教授首先發現了ABO血型。血型是根據紅細胞表面的抗原來分類的。比如：表面含有抗原A的血細胞被稱為A型血，含有抗原B的則被稱為B型血，O型血細胞既沒有抗原A也沒有抗原B。
隨著科學的進步，人類陸續發現還存在其他30多種血型系統，不同的血型系統採用不同的抗原劃分標準。這其中，Rh血型系統被認為是除ABO系統之外最重要的系統，根據紅細胞表面抗原D的有無，人類的血型統一划分為RhD陽性和RhD陰性兩種。
大多數人的紅細胞上都存在抗原D，為RhD陽性血。在中國，維吾爾族人RhD陰性的概率5%左右，蒙古族人接近1%；漢族人所佔的比例極少，僅佔0.3%，屬稀有血型，如果同時考慮ABO和Rh血型系統，那麼漢族人群AB型陰性同型人的機會不到0.03%，堪稱罕見。「熊貓血」因此得名。
看看製備好的紅細胞懸液標籤，你可以輕易發現兩種血型系統的標註：ABO血型和Rh血型。O型血一度被認為是「萬能血」，可以輸入給不同血型的病人。但自Rh血型系統被確認以來，人們意識到，對於RhD陰性的受血者來講，輸注常見的RhD陽性O型血也存在發生同種免疫的風險。「嚴格地講，RhD陰性的O型血才是真正的『萬能血』，」論文通訊作者之一，浙大轉化醫學研究院王本副教授說。
當前，儘管醫療機構開展了一系列「熊貓血」獻血員的登記與動員工作，但仍不能滿足臨床需要。在形勢危急的情況下，若一時供應不上陰性血液，有時也只能輸注陽性血搶救生命為先，但這可能會導致致命的凝血。
穿件「外套」，遮蔽抗原
「是否有可能修飾現有的紅細胞，讓其陽轉陰？」論文共同通訊作者，浙大化學系教授唐睿康提出這樣的設想。
修飾血細胞最初的靈感來源於雞蛋殼——給細胞披上一件仿生「外套」，遮蔽不想暴露的部分，或是加載新功能，科學家稱之為「細胞表面修飾」。2014年6月，王本與當時的導師唐睿康教授在英國《化學科學》（Chemical Science）雜誌提出了一項紅細胞改造策略：當紅細胞「穿」上一層聚多巴胺（多巴胺為一種小分子）的「外套」，其表面抗原就會被遮蔽起來，成為ABO血型系統的「萬能血」。
圍繞製造「萬能血」的目標，英國愛丁堡大學的科學家曾提出過幹細胞體外培養擴增的方法，理論上可行，但是成本相當昂貴。而「給細胞穿衣服」的思路則從化學生物學的角度另闢蹊徑，一經提出就顯示出一定的優越性。「概念非常靈巧。」美國卡內基梅隆大學的生物材料專家Christopher Bettinger當時評價說。
「我們是在給一個活的細胞『穿衣服』，穿上之後，除了遮蔽抗體，還不能影響它的細胞膜流動性與變形能力，細胞的生物功能也不能受到影響。」王本說。RhD是鑲嵌在紅細胞膜上的一個跨膜蛋白，研究團隊需要探索更精細和優化的操作。
時隔6年，研究團隊正式發布了紅細胞的新款「外套」——他們找到了更好「布料」，試出了更優的「裁剪」，更重要的是，這一技術變得更為「萬能」：實現了將RhD陽性紅細胞轉變成RhD陰性紅細胞的目標，新型通用紅細胞可以無需RhD血型匹配即可進行應急輸血。
「穿衣」之後：變與不變
讓我們一起來看看化學和醫學聯合研究團隊設計的新版「外套」：
RhD陰性血即「通用熊貓血」的製備過程示意圖
研究者讓一種類似於磷脂（細胞膜骨架分子）的分子在細胞膜上錨定組裝，然後催化水凝膠單體發生交聯，在RhD抗原的表面形成一層納米級的三維水凝膠支架。在這裡，科學家創造性的使用了一種空間控制聚合反應的新途徑。「這個支架大概就200納米厚，它鑲嵌在紅細胞膜上，遮蔽了目標抗體，同時不影響細胞的柔韌性，」王本說，「紅細胞只有在具有一定的柔韌性，即變形能力的前提下，才能在血管中自由穿梭。」
臨床上，RhD陰性受血者在第一次接受RhD陽性血時是安全的，但是第一次受血後在體內會隨之產生RhD抗體，在第二次接受RhD陽性血輸注的時候就會發生溶血反應，造成嚴重的輸血不良反應。為了驗證「外套」的安全性與有效性，研究團隊設計了進一步的動物實驗：
第一項實驗是小鼠的三次異體輸血實驗，實驗結果顯示：三次輸血，工程改造的紅細胞在小鼠體內的存留時間、半衰期和未做處理的小鼠紅細胞相當。「這一實驗說明，工程改造的紅細胞在體內的活力非常不錯。」論文第一作者，博士生趙玥綺說。
第二項實驗是檢驗RhD抗原遮蔽效果。研究人員分別用人RhD陽性紅細胞、改造過的人陽性紅細胞輸入紐西蘭大白兔體內，發現前者會讓兔體內會產生針對RhD抗原的抗體，但是穿著「外套」的人RhD陽性紅細胞輸注不會讓兔體內產生RhD抗體。「我們在輸血後4周內沒有看到抗體產生，可以認為遮蔽效果還在。」趙玥綺說，隨後，紅細胞會在脾臟被代謝清除掉。
「和我們2014年的工作相比，這個方法對細胞的改造更好地保持了細胞膜的流動性和變形能力，在保證紅細胞膜結構的前提下最大限度保持紅細胞的生物功能。這也是這項研技術最大的挑戰所在。」唐睿康教授說。
三個應用場景
在臨床上，同型輸血這一策略誕生已經100多年，由於血型抗原的限制，它仍是首選甚至是唯一的選擇。能否開發出安全可靠的血型轉換方法，適用應急輸血以及緩解用血需求，是一項古老而艱巨的挑戰，全世界從事這方面研究的實驗室或許不到10家。
2019年，《自然-通訊》（Nature Communications）曾有一項研究提出用RhD基因敲除手段構建RhD陰性人紅細胞，初步在細胞實驗上證實了將RhD陽性紅細胞轉變為陰性的可能性，不過未見到體內實驗的驗證。同年，《自然-微生物學》（Nature Microbiology）雜誌發表了加拿大不列顛哥倫比亞大學的研究，他們用兩種腸道細菌產出的酶，通過酶切的方法將A型血轉變成O型血。王本說，這是在血型轉換方面做出的一個可喜的工作，但是，「酶切這一方法或許不適合RhD陽性到陰性的轉換，因為是RhD抗原鑲嵌在紅細胞膜內部，是一個跨膜蛋白，如果用酶切的方式切割的話，紅細胞膜也會跟著遭到破壞。」王本說。
浙大醫學院附屬第二醫院輸血科的醫師廖昭平，是這項研究的成員之一。他對細胞修飾技術用於製造「萬能血」的應用前景抱有很大信心，他認為，這一技術至少存在三種應用前景：第一是緩解臨床「熊貓血」供需矛盾；第二種情況是，臨床上進行異體同型輸血時，存在受血者和獻血員血液不匹配的情況，這一細胞修飾術有望在短時間內製造更為匹配的血液；第三種情況是，國家和地方血庫的庫存有時會出現某種血型特別短缺的情況，「這時也可考慮把富餘的血型轉換成短缺的血型，供應臨床。」
浙江大學醫學院附屬第一醫院血液科主鴻鵠教授認為，該項研究在臨床前基礎科研方面取得了可喜的重大進展，但到臨床還有很長一段路要走，需要進一步在靈長類動物中進行安全性和有效性研究，最後才能在人體進行臨床試驗，若獲得成功無疑將造福「熊貓血」病人，具有重大的臨床推廣應用價值。
原始論文：
https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaaw9679
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