肠道细菌酶有望解决输血难题

图片：ARINDAM GHOSH

来源：环球科学

在美国，平均每天要消耗大约16500升储血量。由于血型抗原的限制，供血者和用血者必须保证血型匹配才能不发生免疫排斥反应。一度被奉为“万能血”的O型血，被认为可以用于大部分血型的患者，因此处于供不应求的状态。在一项发表在《自然·微生物学》的最新研究中，科学家发现：两种肠道细菌产出的酶，可以将A型血转变成O型血!这有望解决血液供给的燃眉之急。

“万能”的O型血

人体血液中的红细胞表面存在可以被识别的抗原分子，这也是血液被分为不同类型的原因。血型抗原主要包括一些糖蛋白分子结构，最关键的就是A型抗原(GalNAc)和B型抗原(Gal)。这些糖蛋白在日常生活中与红细胞的功能相关，决定着一些物质在细胞中的输入和输出，维持着细胞的结构，并影响细胞和其他组织结构的化学信号交流。

这些抗原，对不同血型的个体来说是具有特异性的，同时也是免疫系统识别外来红细胞的重要组成部分。当拥有A型血液的人体中出现B型血液时，会激活免疫系统产生大量针对B型血细胞的抗体，来消灭入侵的B型红细胞。这种反应迅速的天然免疫机制对人体来说非常关键，它能保护人体免受外来病原体和异物的侵袭。只不过，一旦该反应出现在输血过程中，则可能引发强烈的免疫排斥反应，甚至造成患者死亡。

由于O型血缺乏A和B抗原，因此曾被认为可以输送到任何其他几种血型的人体内。不过随着近些年医学的发展，医生意识到这种“万能性”也是存在局限的，不仅需要排除掉O型血中含有的A型和B型抗体，另外稀有血型也会影响O型血的直接使用。稀有血型人群带有特殊的抗原，因为人群占比小，也被称为“熊猫血”，如Rh阴性。在中国大约有1%的人群是Rh阴性血型，这些人群在输血时必须在ABO系统基础上额外进行Rh抗原考虑。

现在血袋上都会有Rh的标识。图片：WIKI COMMONS

尽管存在这些因素，O型血仍是在其他血型的血液供给不足时最好的选择，这也间接地造成了O型血供血不足。为了解决O型血短缺的情况，一个思路就是将其他的血型转变成O型血。早在上世纪80年代，生物学家Goldstein就提出将A型或B型血细胞表面的GalNAc或者Gal去除，从而源源不断地获得O型血。

A(左)、O(中)、B(右)三种血型中红细胞表面糖蛋白结构

制造O型血

在过去10年中，科学家都在研究怎样去除A型血中的红细胞的抗原，来自丹麦哥本哈根大学的生物学家Henrik Clausen进行了最早的探索。他当时主要试图搜寻一些酶，希望在不破坏红细胞的情况下分解A和B抗原上的多糖链，这样进行输血时也就不会引起个体的免疫排斥反应。

研究团队最先尝试过一种从咖啡豆中提取的酶，其能够移除掉红细胞上的B型抗原，尽管其效率非常低，但这让科学家看到了该方法奏效的希望。为此，他们分析了从细菌和真菌中超过2500种的酶，但他们只在一种会引起婴儿脑炎感染的细菌中，发现了可以将A型血转变成O型血的酶。

不过，这些酶的效率仍然很低，需要加入大量的酶才能获得少量的O型血(大约每60 mg的酶才能获得200 ml的O型血)，商用价值很低。并且因为是致病菌中提取出来的，不排除有医疗安全风险。还有一些科学家试图用一种酶就将A和B型抗原直接去除，或者利用人工合成的方法自己创造一种分解这些抗原的糖苷酶，但这些方法都收效甚微。

A到O型血的高效转换

随着近些年酶组学的发展，已经有许多效率更高的手段来寻找合适的酶，尤其是基因文库筛选的出现，让加拿大不列颠哥伦比亚大学的Stephen Withers找到了获得血型转换工具的方式。Withers没有漫无目的地进行广泛筛选，而是将目光放在了我们的肠道细菌中，他认为这些与我们共享同一片微环境的生物，很有可能会提供分解血型抗原的酶。

最关键的原因是，在我们肠道壁的粘蛋白中会同时含有许多A和B抗原分子。这些粘蛋白主要负责阻挡肠道细菌进入人体的其他部位，但同时这些肠道微生物就反过来以这些粘蛋白为食，因此某些细菌含有分解A和B抗原的糖苷酶应该是顺理成章的事情。

Withers收集了AB血型男性志愿者的粪便，并从中提取了大量DNA片段，构建成了一个肠道菌群的基因文库。他们将这些基因进行初步筛选后，挑选出了一些表达类似A型抗原底物的基因，并将这些DNA转移到了大肠杆菌中进行表达。

随后他们从大肠杆菌中提取分泌的蛋白，并分析是否有一些蛋白酶具有去除A抗原的能力。最终，研究人员真的发现了两种能够完成该功能的酶，并且通过微生物数据库还原，追踪到这些酶是来自一种名叫Flavonifractor plautii的菌种。从Withers的实验结果来看，这两种酶必须合作，才能将A型抗原去除。

两种酶分两步移除A型抗原

在Withers的实验中，两种酶的组合浓度只需要5 μg/ml就能将A抗原完全清除。而在几年前Clausen的研究中是300 μg/ml。为了验证这种组核酶的实用性，Withers将两种酶同时加入到A型血液中时，血液成功地转变成了O型血。

但Withers的团队表示他们还需要进一步确认加入酶处理后，这些O型血液不会再通过别的方式表达A型抗原。这种酶是否会改变血细胞的正常功能，也是他下一步准备进行测试的。“我们现在主要的研究对象是A型血，因为A型血人群比B型血更广，”Wither表示，“一旦测试没有问题，将解决我们面临的用血困难窘境。”

关键词： 肠道细菌，输血