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浙大科学家修饰红细胞 RhD血型“阳”转“阴”

浙大科学家修饰红细胞 RhD血型“阳”转“阴”
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人群中存在一种非常罕见的血型——RhD阴性血 ， 素有“熊猫血”之称 ， 临床上长期血源短缺 。 “熊猫血”血型的献血者往往被人们亲切地称为“熊猫侠” 。
浙江大学科学家一项最新研究成果有望接手“熊猫侠”们的善举——浙大转化医学研究院王本副教授联合化学系唐睿康教授团队日前在国际著名期刊《科学进展》发表论文 ， 他们通过修饰红细胞表面 ， 将供应充足的RhD阳性红细胞批量转换为RhD阴性红细胞 ， 无需RhD血型匹配即可进行应急输血 ， 不发生排异反应 。 这一方法可能在不久的将来高效地解决“熊猫血”血源短缺难题 。
从发现血型到探寻“万能血”
要理解科研团队如何另辟出人工制造“熊猫血”的蹊径 ， 首先得回溯发现血型的往事 。
人类对血型的了解开始于20世纪初 。 1901年 ， 奥地利维也纳大学的卡尔·兰德斯泰纳教授首先发现了ABO血型 。 血型是根据红细胞表面的抗原来分类的：红细胞表面含有抗原A的被称为A型血 ， 含有抗原B的则被称为B型血 ， 既没有抗原A也没有抗原B的称为O型血 。
血型的发现揭示出避免红细胞表面抗原和抗体发生排异反应的重要性 ， 从而打开了科学、安全输血的大门 。 此后 ， 人们陆续发现还存在其他30多种血型系统 ， 不同的血型系统采用不同的抗原划分标准 。
其中 ， Rh血型系统被认为是除ABO系统之外最重要的系统——根据红细胞表面抗原D的有无 ， 人类的血型可划分为RhD阳性和RhD阴性两种 。 绝大多数人的红细胞上都存在抗原D 。 汉族人血型为RhD阴性的极少 ， 占比仅为0.3% ， 属稀有血型 。 如果同时考虑ABO系统 ， 那么一个汉族人既是AB型血、又是RhD阴性血型的几率不到0.03% ， 需要输血时找到适配血型者难度极大 。 “熊猫血”之称 ， 一点儿不夸张 。
O型血一度被认为是临床输血的“万能血” ， 可以输给不同血型的病人 。 但自Rh血型系统被确认以来 ， 人们意识到 ， 对于RhD阴性的受血者来讲 ， 输注常见的RhD阳性O型血 ， 也存在发生同种免疫的风险 。 “严格地讲 ， RhD阴性的O型血才是真正的‘万能血’ 。 ”王本说 。
英国爱丁堡大学科学家曾提出用干细胞体外培养扩增的方法制造“万能血” ， 理论上可行 ， 但是成本相当昂贵 。 2014年6月 ， 王本和唐睿康提出一项红细胞改造策略：当红细胞“穿”上一层聚多巴胺“外套” ， 其表面抗原就会被遮蔽起来 ， 成为ABO血型系统的“万能血” 。 “给细胞穿外套”的思路从化学生物学的角度另辟蹊径 ， 一经提出就显示出一定的优越性 。
给细胞披上一件仿生“外套” ， 遮蔽不想暴露的部分 ， 或是加载新功能 ， 科学家称之为“细胞表面修饰” 。 “这次我们人工制造‘熊猫血’的思路也是这样 ， 通过修饰现有的红细胞 ， 让其由‘阳’转‘阴’ 。 ”唐睿康说 。
红细胞“穿外套”遮蔽抗原 ， 安全输血
【浙大科学家修饰红细胞 RhD血型“阳”转“阴”】RhD阴性受血者在第一次接受RhD阳性血时是安全的 ， 但之后会在体内产生RhD抗体 ， 在第二次接受RhD阳性血输注的时候就会发生溶血反应 ， 造成严重的输血不良反应 。 科学家所说的由“阳”转“阴” ， 就是设法将RhD阳性血红细胞表面的抗原D遮蔽起来 ， 避免其与抗体发生反应 。
“我们是在给一个活的细胞‘穿衣服’ ， 穿上之后 ， 除了遮蔽抗体 ， 还不能影响它的细胞膜流动性与变形能力 ， 细胞的生物功能也不能受到影响 。 ”王本说 。 RhD是镶嵌在红细胞膜上的一个跨膜蛋白 ， 相比之前提出的给红细胞“穿”聚多巴胺“外套” ， 研究团队需要探索更精细和优化的操作 。
经过多年攻关 ， 研究团队正式发布了红细胞的新款“外套”——他们找到了更好的“布料” ， 发明了更优的“裁剪”方法 ， 成功将RhD阳性红细胞转变成RhD阴性红细胞 ， 新型通用红细胞可以无需RhD血型匹配即可进行应急输血 。
让我们仔细观察这件神奇的“外套” 。
研究者让一种类似于细胞膜骨架分子——磷脂的分子在细胞膜上锚定组装 ， 然后催化水凝胶单体发生交联 ， 在RhD抗原的表面形成一层纳米级的三维水凝胶支架 。 “这个支架大概200纳米厚 ， 它镶嵌在红细胞膜上 ， 遮蔽了目标抗体 ， 同时不影响细胞的柔韧性 。 ”王本说 ， “红细胞只有在具有一定的柔韧性即变形能力的前提下 ， 才能在血管中自由穿梭 。 ”
为了验证“外套”的安全性与有效性 ， 研究团队设计了进一步的动物实验：
第一项实验是小鼠的三次异体输血实验 。 实验结果显示：三次输血 ， “穿外套”的RhD阳性红细胞在小鼠体内的存留时间、半衰期和未做处理的小鼠红细胞相当 。 “这一实验说明 ， 工程改造的红细胞在体内的活力非常不错 。 ”研究团队成员、博士生赵玥绮说 。
第二项实验旨在检验RhD抗原遮蔽效果 。 人RhD阳性红细胞和改造过的人阳性红细胞分别被输入新西兰大白兔体内 ， 前者会让兔体内产生针对RhD抗原的抗体 ， 但是穿着“外套”的人RhD阳性红细胞输注后就不会让兔体内产生RhD抗体 。 “我们在输血后4周内没有看到抗体产生 ， 可以认为遮蔽效果还在 。 ”赵玥绮说 ， 随后 ， 红细胞会在脾脏被代谢清除掉 。
临床需求强烈 ， 应用场景丰富
专家表示 ， 血型抗原的秘密被揭示以后 ， 同型输血100多年来始终是临床上首选甚至唯一的选择 。 几乎在血型发现的同时 ， 人们就在问：是否可能开发出安全可靠的血型转换方法 ， 以适用应急输血 ， 缓解用血需求 。 这是一项古老而艰巨的挑战 ， 目前全世界从事这方面研究的实验室或许不到10家 。
当前 ， 尽管医疗机构开展了一系列“熊猫血”献血员的登记与动员工作 ， 但仍不能满足临床需要 。 在形势危急的情况下 ， 若一时供应不上阴性血液 ， 有时也只能以抢救生命为先 ， 输注阳性血 。 研究团队在实验过程中 ， 向浙大医学院附属第一医院和附属第二医院申请RhD阴性血样本的援助 ， 但获取血源非常困难 ， 均需要经过漫长的等待 ， 这更加坚定了他们需要做好这个课题的决心 。
2019年 ， 曾有研究者提出用RhD基因敲除手段构建RhD阴性人红细胞 ， 初步在细胞实验上证实了将RhD阳性红细胞转变为阴性的可能性 ， 不过未见到体内实验的验证 。 还有加拿大科学家用两种肠道细菌产出的酶 ， 通过酶切的方法将A型血转变成O型血 。 王本说 ， 这是在血型转换方面做出的一项可喜的工作 ， 但是 ， 酶切这一方法或许不适合RhD阳性到阴性的转换 ， 因为RhD抗原镶嵌在红细胞膜内部 ， 是一个跨膜蛋白 ， 如果用酶切的方式切割的话 ， 红细胞膜也会跟着遭到破坏 。
唐睿康表示 ， 用“穿外套”的办法改造细胞 ， 更好地保持了细胞膜的流动性和变形能力 ， 在保证红细胞膜结构的前提下最大限度保持红细胞的生物功能 。 这也是这项科研技术最大的挑战所在 。
研究团队成员、浙大二院输血科医师廖昭平负责从临床需求出发设计动物实验 ， 他对细胞修饰技术用于制造“万能血”的应用前景抱有很大信心 。 廖昭平认为 ， 这一技术至少存在三种应用前景 。 第一是缓解临床“熊猫血”供需矛盾 。 比如 ， 现在可能不少“熊猫血”妈妈有二胎需求 ， 万一发生产妇大出血 ， 使用人造的通用“熊猫血”就能避免产妇体内产生RhD抗体 。 第二种情况是 ， 临床上进行异体同型输血时 ， 存在受血者和献血员血液不匹配的情况 ， 这一细胞修饰术有望在短时间内制造更为匹配的血液 。 第三种情况是 ， 国家和地方血库的库存有时会出现某种血型特别短缺的情况 ， 这时也可考虑利用该技术把富余的血型转换成短缺的血型 ， 满足临床所需 。
浙大一院血液科专家主鸿鹄教授认为 ， 这项研究因应目前临床上强劲的需求 ， 有很好的转化应用价值 。 同时他也提醒 ， 从基础研究取得进展到临床应用还有很长一段路要走 ， 需要进一步在灵长类动物中进行安全性和有效性研究 ， 在此基础上再开展人体临床试验 。


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