血型系統(tǒng)
發(fā)現(xiàn)史
1900年,奧地利維也納大學(xué)病理研究所的生物學(xué)家卡爾·蘭德施泰納首次報(bào)道,健康人的血清對(duì)一些人類個(gè)體的紅細(xì)胞有凝聚作用。通過混合不同人的血清和紅細(xì)胞,他發(fā)現(xiàn)了A、B、O三種血型 ,他的學(xué)生Decastrello和Sturli又于兩年后發(fā)現(xiàn)了第四種——AB型 。蘭德施泰納因此獲得1930年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。捷克血清學(xué)家 揚(yáng)斯基 ( 英語(yǔ) : Jan Jansky ) 也于1907年獨(dú)立發(fā)現(xiàn)人類血液可分為四種血型 。但由于當(dāng)時(shí)通訊不便,只有蘭德施泰納的成就得到科學(xué)界廣泛承認(rèn),揚(yáng)斯基則幾乎被遺忘,僅在前蘇聯(lián)等少數(shù)國(guó)家仍有提及。
1910至1911年,波蘭人希爾斯菲爾德和德國(guó)人 馮·登格恩 ( 英語(yǔ) : Emil Freiherr von Dungern ) 發(fā)現(xiàn)了血型系統(tǒng)的遺傳性。1924年,德國(guó)數(shù)學(xué)家貝恩斯坦進(jìn)一步闡釋了的遺傳方式是由同一基因座上的幾個(gè)等位基因決定的 。英國(guó)人沃特金斯(Watkins)和摩爾根(Morgan)發(fā)現(xiàn),決定抗原不同的分子基團(tuán)(稱為抗原決定簇或表位,英文: epitope )由糖類轉(zhuǎn)化而來,決定A抗原的是N-乙酰半乳糖胺(N-acetylgalactosamine),決定B抗原的是半乳糖(galactose) 。1990年,日本學(xué)者山本等首次描述了編碼這些抗原決定簇的A、B、O等位基因的DNA結(jié)構(gòu) 。
抗原
決定系統(tǒng)四種血型的抗原糖鏈組成
人類血型系統(tǒng)的抗原合成基于前體物質(zhì) H抗原 。H抗原是一種糖脂,基本分子結(jié)構(gòu)是以糖苷鍵與多肽鏈骨架結(jié)合的四糖鏈,即β-D-半乳糖、β-D-N-乙酰葡萄糖胺、β-D-半乳糖以及在β-D-半乳糖2-位連接的抗原決定簇α-L-巖藻糖。H抗原的決定基因 FUT1 位于19號(hào)染色體,長(zhǎng)度超過5000個(gè)堿基對(duì),包括3個(gè)外顯子。 FUT1 基因有兩個(gè)等位基因 H 和 h , H 等位基因編碼 巖藻糖轉(zhuǎn)移酶 ,使巖藻糖與糖鏈末端的半乳糖相連,形成H抗原。而 h 等位基因無法編碼具有活性的巖藻糖轉(zhuǎn)移酶。 hh 純合子個(gè)體在人類中非常罕見,形成所謂孟買血型。參見Hh/孟買血型系統(tǒng)。
編碼抗原決定簇的是9號(hào)染色體上的 基因,總長(zhǎng)度18000至20000個(gè)堿基對(duì),包括7個(gè)外顯子,其中最大的第7外顯子和第6外顯子的堿基數(shù)占整個(gè)編碼序列的77% 。 基因有三個(gè)最主要的等位基因: I ( A )、 I ( B )和 i ( O ),這些等位基因的原初產(chǎn)物是糖基轉(zhuǎn)移酶。 I 等位基因編碼α-1,3N-乙酰氨基半乳糖轉(zhuǎn)移酶,能將α-N-乙酰半乳糖胺接到H抗原的β-D-半乳糖上,形成 A抗原 ; I 等位基因編碼α-1,3-D-半乳糖轉(zhuǎn)移酶,將α-D-半乳糖接到H抗原的相同位置,形成 B抗原 ; i 等位基因的第6外顯子包含一個(gè)核苷酸缺失,導(dǎo)致其編碼的蛋白質(zhì)無法正常表達(dá),從而失去酶活性,因此,O型血的抗原就是未經(jīng)改變的H抗原。
A、B抗原主要表達(dá)在紅細(xì)胞膜上,以糖蛋白或糖脂的形式,呈樹枝狀突出細(xì)胞表面。在大多數(shù)上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及體液中,也有A、B抗原的存在。
亞型
1930年,人們發(fā)現(xiàn)A抗原可以分為A1與A2兩個(gè)亞型。目前已知,A型至少包括20個(gè)亞型,絕大多數(shù)是A1和A2(>99%),其中A1的比例超過80% 。 1980年以前,人們通常認(rèn)為紅細(xì)胞的ABH決定簇主要存在于鞘糖脂分子上,但是,1980年發(fā)表的幾篇報(bào)道指出:糖脂與糖蛋白相比,在ABH抗原決定簇中僅扮演次要角色。紅細(xì)胞上的多數(shù)ABH抗原都位于離子交換蛋、帶3蛋白、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以及帶4.5蛋白的單個(gè)高度分枝的多聚N-乙酰氨基乳糖的N-型糖苷鍵上。
血清學(xué)
不同血型個(gè)體的紅細(xì)胞表面抗原與血清IgM抗體
根據(jù)紅細(xì)胞膜上A抗原與B抗原的有無,可以將血液分為4型:如果只存在A抗原,則稱為 A型 ;只存在B抗原,則稱為 B型 ;若A與B兩種抗原都存在,則稱為 AB型 ;這兩種抗原都沒有的,則稱為 O型 。
不同血型的血液里可能存在 抗-A 或 抗-B 抗體(也稱血凝集素,見右圖)。這些抗體通常是免疫球蛋白 IgM ,無法通過胎盤從母體進(jìn)入胎兒血液,但會(huì)在出生后一年內(nèi)出現(xiàn)在人體內(nèi),產(chǎn)生原因可能是環(huán)境中某些與A、B抗原決定簇類似的糖類的刺激。這些抗體遇到與本身血型不合的紅細(xì)胞時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溶血反應(yīng),例如一個(gè)A血型的人如果輸入B型血,會(huì)立刻導(dǎo)致體內(nèi)的抗-B抗體與B型紅細(xì)胞的表面B抗原結(jié)合,引發(fā)補(bǔ)體介導(dǎo)的紅細(xì)胞自溶。相同的抗原-抗體反應(yīng)也會(huì)在B血型的人輸入A型血或O型血的人輸入其他血型的血液時(shí)發(fā)生。只有AB血型的人體內(nèi)沒有抗A和抗B,可以接受其他血型的血液,故曾被稱為“萬(wàn)能受血者”;而各種血型的人均可以輸入O型血,因此O型血的人曾被稱為“萬(wàn)能供血者”(見下表)。然而,這種“萬(wàn)能”的說法并不嚴(yán)格。以A血型的受血者輸入O型血為例,O型血的紅細(xì)胞不含B抗原,不會(huì)與受血者體內(nèi)的抗-B反應(yīng),但O型血中的抗-A會(huì)與受血者血液中帶有A抗原的紅細(xì)胞反應(yīng)。當(dāng)輸血量較小時(shí),輸入的抗-A抗體被受血者的血清充分稀釋,其影響可以降低;但如果輸血量較大,抗-A無法得到充分稀釋,仍可能引發(fā)受血者的溶血反應(yīng)。在這種情況下,一個(gè)解決之道是將送血者血液中的抗體分離,否則不應(yīng)進(jìn)行異型輸血。
遺傳性
血型系統(tǒng)的遺傳是單基因決定的。 基因位于9號(hào)染色體的長(zhǎng)臂上(9q34),有三個(gè)主要的等位基因 I (A)、 I (B)和 i (O)。 I 和 I 的產(chǎn)物是具有活性的酶,分別催化A抗原和B抗原的合成,而等位基因 i 的產(chǎn)物不具有酶活性,無法催化A、B抗原合成。由于人類染色體是雙倍體,一個(gè)人通常只能擁有三個(gè)等位基因中的兩個(gè),分別來自父母雙方。這兩個(gè)等位基因的類型,即血型的基因型(genotype),決定了人類血型的表型(phenotype)。
I 和 I 對(duì) i 均為顯性,故而只有基因型是 ii 的人才有O型血,基因型是 I I 或 I i 的人是A血型,基因型是 I I 或 I i 的人是B血型。而 I 和 I 是共顯性,因此基因型是 I I 的人具有兩種表型,即AB血型。
一般說來,如果父母雙方均為O型血,子女必然是O型;如果父母有一方是AB型血,子女不可能是O型;A型和O型血的父母不可能生育B型或AB型血的子女,B型和O型血的父母不可能生育A型或AB型血的子女。因此,血型系統(tǒng)曾經(jīng)廣泛用于親子鑒定。父母與子女血型的詳細(xì)關(guān)系及子女血型的可能性見下表:
異常型
cis - AB
極少數(shù)人類個(gè)體的一條染色體中同時(shí)存在一個(gè) cis - AB 基因,它編碼的酶可以同時(shí)催化A抗原和B抗原的合成。 cis - AB 是從一個(gè)親本遺傳而來的,因此即便其基因型是 cisAB / O ,也會(huì)表現(xiàn)為AB型,若與O型血的人(基因型 O / O )生育,子女的血型可能是AB或O,而不像通常AB型血與O型血的父母只能有A或B型血的子女。
血型在人群中的分布
隨著地域、人群的不同,各個(gè)血型的頻率也有很大區(qū)別,常作為研究人類的民族分化、遷徙史的工具。
世界人群
從世界角度來看, I 等位基因的頻率最低,約為16%,在中亞一帶的阿爾泰民族最常見,而在美洲和澳大利亞原住民中最為罕見。 I 等位基因較 I 更為常見,約21%的世界人口攜帶 I ,但相對(duì)高頻率的區(qū)域比較分散,如北美印第安人黑腳族(30-35%),澳大利亞一些原住民族群(40-53%),斯堪的納維亞地區(qū)北部的拉普人,或者薩米人(50-90%)等,而在中南美的印第安人中, I 幾乎無分布。由于 I 、 I 兩種等位基因型頻率不高,O血型稱為世界上最常見的血型,平均頻率達(dá)63%,特別是在中南美洲印第安人中,O型血頻率接近100%,O血型在澳大利亞原住民和西歐人群(特別是凱爾特人)中也很常見,在東歐和中亞的頻率則相對(duì)較低。
漢族
早在1918年,已有關(guān)于漢族人群血型頻率的調(diào)查資料 。表型在各地漢族人群的分布情況是:A型一般占20%-39%,B型一般占20%-38%,極少數(shù)人群低于20%;O型一般在30%和40%之間,但廣西、廣東、海南、臺(tái)灣等地的大多數(shù)人群中,O型頻率都超過40%;AB型一般在6%-12% 。
參見
血型性格學(xué)說
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