莫秋紅 申衛(wèi)東 周 燕
(南寧中心血站暨南寧輸血醫(yī)學(xué)研究所,南寧市 530007,E-mail:qiuhongmo@126.com)
綜 述
分子免疫遺傳學(xué)在輸血醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用▲
莫秋紅 申衛(wèi)東 周 燕
(南寧中心血站暨南寧輸血醫(yī)學(xué)研究所,南寧市 530007,E-mail:qiuhongmo@126.com)
隨著輸血技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域突飛猛進(jìn)的發(fā)展,輸血醫(yī)學(xué)已成為臨床醫(yī)學(xué)中不可或缺的重要組成部分,這一學(xué)科在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中備受關(guān)注并得到了重新認(rèn)識(shí)?;蚋锩鼤r(shí)代的到來(lái),使得輸血醫(yī)學(xué)中的配血方式在慢慢發(fā)生改變。本文就以DNA檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的分子免疫遺傳學(xué)在輸血醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。
血型;基因檢測(cè);凝集法;輸血醫(yī)學(xué)
自從20世紀(jì)初ABO血型被發(fā)現(xiàn)后,由國(guó)際輸血協(xié)會(huì)正式公布的紅細(xì)胞血型系統(tǒng)有33個(gè),包括339個(gè)抗原,其中297個(gè)抗原屬于簇,其他屬于集合[1]。1986年MN血型 GYPA基因成為第一個(gè)被克隆的血型基因,隨后對(duì)所有編碼血型系統(tǒng)的基因或基因家族(如MNS、Rh和Ch/Rg系統(tǒng))都完成了克隆、測(cè)序工作,明確了絕大部分血型抗原相關(guān)的分子基礎(chǔ)。除一些罕見(jiàn)突變之外,血型的分子基礎(chǔ)主要是單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotide polymorphism,SNP)。大量血型分子信息,為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用DNA檢測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)血型的表現(xiàn)型提供了基礎(chǔ)。目前輸血醫(yī)學(xué)進(jìn)入基因革命時(shí)代,輸血醫(yī)學(xué)中血液的配血方式也將發(fā)生改變[2]。另外,基因技術(shù)在檢測(cè)D-接合性、非侵入型胎兒血型等方面更顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文就以DNA檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的分子免疫遺傳學(xué)在輸血醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)展作一綜述。
1.1 紅細(xì)胞凝集法 紅細(xì)胞凝集法是檢測(cè)血型抗原和抗體的經(jīng)典方法,該技術(shù)在輸血醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里已經(jīng)沿用了幾十年,其特點(diǎn)如下:(1)應(yīng)用價(jià)值:紅細(xì)胞凝集法一直作為檢測(cè)紅細(xì)胞表面血型抗原的“金標(biāo)準(zhǔn)”服務(wù)于輸血機(jī)構(gòu),其實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、快速,對(duì)設(shè)備要求不高,只要操作正確便可獲得具有較高特異性和靈敏性的結(jié)果,基本滿足大部分輸血患者的臨床要求。(2)檢測(cè)試劑:抗體試劑從被免疫的患者或獻(xiàn)血者中獲得(多克隆或單克隆),或從被免疫的小鼠中獲得(單克隆)。但原材料具有生物危害,并且數(shù)量逐漸減少。且經(jīng)批準(zhǔn)認(rèn)證的商品化試劑價(jià)格不斷增長(zhǎng),而很多抗體試劑并非經(jīng)商業(yè)化便可買(mǎi)到,通常是來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室間的交換。此外,某些抗體劑量很少,或者反應(yīng)較弱。(3)局限性:紅細(xì)胞凝集法是一種主觀性檢測(cè),依賴(lài)于高特異性的抗體試劑;勞動(dòng)密集型檢測(cè)只能分析少量獻(xiàn)血者的血型,從而限制了稀有血型血液的庫(kù)存量;對(duì)于胎兒新生兒溶血病(hemolytic disease of fetus and newborn,HDFN)風(fēng)險(xiǎn)只能間接預(yù)測(cè)和評(píng)估;難以確認(rèn)近期輸血和免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)G型直接抗球蛋白試驗(yàn)陽(yáng)性(direct antiglobulin test+,DAT+)患者的紅細(xì)胞分型;難以區(qū)分同種抗體和自身抗體,影響血型分型;無(wú)法識(shí)別RhD接合性。
1.2 DNA檢測(cè)技術(shù) 其特點(diǎn)為:(1)應(yīng)用優(yōu)勢(shì):可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;可對(duì)一個(gè)標(biāo)本同時(shí)檢測(cè)多個(gè)血型標(biāo)記物,實(shí)現(xiàn)高通量;可通過(guò)計(jì)數(shù)機(jī)的DNA配型來(lái)選擇與患者配合的血液。(2)檢測(cè)試劑:探針和引物為靶特異性,成本低,可大量生產(chǎn),方便購(gòu)買(mǎi)。(3)局限性:該技術(shù)只是預(yù)測(cè)抗原分型,特別是稀有血型,還需用紅細(xì)胞凝集法再做確認(rèn);實(shí)驗(yàn)過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng);DNA和紅細(xì)胞凝集法檢測(cè)結(jié)果可能不一致;體細(xì)胞和血細(xì)胞獲得DNA的結(jié)果可能不一致;多種基因分型可能得到相同的表型,特別是null表型;還存在很多尚未知曉的等位基因。目前基因分型的結(jié)果只作為研究,尚未直接應(yīng)用于臨床。
以往血型抗原和相應(yīng)的特異性都是應(yīng)用傳統(tǒng)的免疫血清學(xué)方法或生物化學(xué)方法進(jìn)行鑒定和研究,從20世紀(jì)90年代起,隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,整個(gè)血型研究和應(yīng)用領(lǐng)域很快進(jìn)入分子水平,研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向血型基因多態(tài)性的分子基礎(chǔ)、組織特異性表達(dá)、結(jié)構(gòu)和生物功能,以及在生命學(xué)科中的應(yīng)用。
2.1 大量輸血患者的血型檢測(cè) 因疾病而需要長(zhǎng)期輸血或大量輸血的患者,其外周血中存在獻(xiàn)血者的紅細(xì)胞,使凝集試驗(yàn)的紅細(xì)胞分型既復(fù)雜又耗時(shí),而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果有可能不準(zhǔn)確[3]。DNA檢測(cè)技術(shù)可以克服這些問(wèn)題。由于DNA檢測(cè)的目標(biāo)是所有等位基因的基因區(qū)域,即使存在少量獻(xiàn)血者的DNA也會(huì)在PCR過(guò)程中被患者的DNA競(jìng)爭(zhēng)抑制,可獲得準(zhǔn)確的血型結(jié)果。大量輸注非少白細(xì)胞血液的患者也可以通過(guò)口腔拭子或尿沉渣提取DNA進(jìn)行PCR,從而獲得準(zhǔn)確分型[4-7]。
2.2 DAT+患者的血型檢測(cè) 自身免疫性溶血貧血或者紅細(xì)胞表面覆蓋IgG的患者,無(wú)法通過(guò)間接抗球蛋白試驗(yàn)完成對(duì)紅細(xì)胞血型的鑒定。即使利用IgG去除技術(shù),但去除效果往往不佳,并且可能破壞紅細(xì)胞抗原,得到錯(cuò)誤的結(jié)果。此時(shí)基因檢測(cè)是一個(gè)可選擇的可靠方法。
2.3 獻(xiàn)血者血液篩選 血清學(xué)是以特異性的抗體試劑為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)方法,沒(méi)有分型試劑將不能完成血液篩選。為了克服試劑問(wèn)題,基因分型可以代替血清學(xué)為患者篩選合適的血液。對(duì)于含有Dombrock、Colton、Kell(Jsa、Kpa)和Diego血型系統(tǒng)抗體的患者[8-11],利用血清學(xué)方法找到合適的血液是非常困難的,因?yàn)檫@些血型對(duì)應(yīng)的抗體雖然有潛在的臨床意義,但是通常為弱反應(yīng),僅少數(shù)可在凝集試驗(yàn)中被檢出,而且產(chǎn)生這些稀有血型抗體的血清中通常存在其他的同種抗體,即患者含有多重抗原的抗體,使得凝集試驗(yàn)的結(jié)果分析更加復(fù)雜[11]。DNA分析則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了血清學(xué)凝集試驗(yàn)的血型分型能力。
2.4 RhD接合性檢測(cè) 血清學(xué)檢測(cè)紅細(xì)胞表面抗原D、C/c和E/e,只能推測(cè)該樣本RhD基因純合子(D/D)或雜合子(D/-)的可能性。而分子生物學(xué)通過(guò)檢測(cè)D陰性者的隱性等位基因,判斷RhD基因的接合性。當(dāng)母親體內(nèi)存在抗-D抗體,利用父親的RhD基因接合性預(yù)測(cè)胎兒D血型,這在產(chǎn)前檢查中是非常重要的。由于很多不同的基因事件會(huì)產(chǎn)生D陰性的表型[12-13],所以必須采取多種基因檢測(cè)方法來(lái)分析不同的基因事件,包括檢測(cè)RhD基因缺失、37堿基對(duì)插入RhD假基因和D陰性RhD-CE-D雜交基因[14-15],才能獲得準(zhǔn)確的RhD接合性。在產(chǎn)前檢查中,常規(guī)用血清學(xué)方法檢測(cè)RhD抗原,如果父親是陽(yáng)性的結(jié)果,需要進(jìn)一步用DNA技術(shù)檢測(cè)父親基因的接合性(如純合子或雜合子)。如果父親是純合子基因,其所有的孩子都是陽(yáng)性,必須進(jìn)行孕期監(jiān)測(cè)。如果父親有一個(gè)缺失RhD基因或無(wú)效RhD基因,胎兒可能是陰性,或不存在HDFN風(fēng)險(xiǎn)。能否排除胎兒新生兒溶血病風(fēng)險(xiǎn),還需要通過(guò)檢測(cè)胎兒血型來(lái)確定。
2.5 D抗原減少(weak D)和缺失部分D抗原決定簇(partial D)的鑒別 紅細(xì)胞D抗原分型中,可能有2%個(gè)體為weak D或partial D變異體,這些變異體是由變異型RhD基因編碼。不同生產(chǎn)廠家抗體試劑的差異及實(shí)驗(yàn)方法的不同(如試管法、固相法、凝膠法或自動(dòng)分析儀),與紅細(xì)胞反應(yīng)結(jié)果、D分型可能不一樣。區(qū)分weak D和partial D與育齡婦女、臨床輸血密切相關(guān)。一般情況,partial D會(huì)產(chǎn)生抗-D抗體,而 weak D不會(huì),所以partial D在輸血治療中應(yīng)視為D陰性,該分型的婦女或患者也應(yīng)視為Rh免疫球蛋白治療方案的對(duì)象[16]。目前,常規(guī)的血清學(xué)檢測(cè)試劑不能區(qū)分這兩種分型,但檢測(cè)RhD多個(gè)區(qū)域的基因分型可鑒別partial D和weak D。
2.6 胎兒血型鑒別 產(chǎn)前檢查中,DNA基因分型對(duì)于判斷胎兒是否遺傳了父親的抗原有著重要的作用。如果胎兒相應(yīng)抗原是陰性,胎兒就不存在發(fā)生HDFN的風(fēng)險(xiǎn),母親也就不需要接受昂貴的侵入式監(jiān)測(cè)和免疫調(diào)節(jié)藥物治療。胎兒的DNA可以從羊水或絨毛樣本中的細(xì)胞獲得,也可以在懷孕大約5周后,從母親的血漿中獲得胎兒DNA。從母親外周血的血漿或血清中獲得非細(xì)胞的游離胎兒DNA[17],對(duì)非侵入性產(chǎn)前診斷、胎兒性別診斷、父系單基因遺傳病起到突破性的作用[18-21]。母親血漿內(nèi)的胎兒DNA來(lái)源于合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡[22],隨著胎齡的增長(zhǎng),DNA的濃度也相應(yīng)增加,但分娩之后就快速被清除[17,19],因此上一次懷孕產(chǎn)生的游離胎兒DNA不會(huì)影響到本次孕期的檢測(cè)。定量PCR可以準(zhǔn)確檢測(cè)母親血漿內(nèi)的胎兒DNA,鑒定胎兒的D血型。
2.7 DNA血型分型用于試劑紅細(xì)胞 紅細(xì)胞血型基因分型可用于提高抗體鑒定試劑紅細(xì)胞的品質(zhì)[23]。通過(guò)DNA血型分型可以明確試劑紅細(xì)胞的抗原是否“雙倍劑量”,當(dāng)患者血清中的抗體反應(yīng)很弱時(shí)尤其重要,如S、D、Fya、Fyb、Jka、Jkb;抗血清缺乏或質(zhì)量差不能篩選到合適試劑紅細(xì)胞時(shí),可通過(guò)基因分型預(yù)測(cè)抗原來(lái)選擇,如Doa/Dob、Coa/Cob。只有品質(zhì)好的抗體篩查或抗體鑒定的試劑紅細(xì)胞,才能保證臨床上有意義的抗體不被漏檢。
2.8 減少同種免疫風(fēng)險(xiǎn),優(yōu)化庫(kù)存管理 據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析,約13%的輸血患者存在產(chǎn)生同種抗體的風(fēng)險(xiǎn),多次輸血的鐮狀紅細(xì)胞貧血患者和已產(chǎn)生某種抗體的患者,更是增加了產(chǎn)生另外抗體的風(fēng)險(xiǎn)[24-25]。分子基因分型在輸血醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,可對(duì)獻(xiàn)血者進(jìn)行多個(gè)血型位點(diǎn)的檢測(cè),通過(guò)電腦系統(tǒng)選擇多血型抗原配合的血液給予患者,而這是一種具有重要意義的改變。多血型抗原配合的輸血可以降低同種免疫,有利于提高醫(yī)療護(hù)理和輸血效果。339個(gè)抗原都能完全配合只是理想狀態(tài),在實(shí)際的臨床輸血工作中,也沒(méi)必要如此謹(jǐn)慎,因?yàn)椴⒉皇撬醒拖到y(tǒng)都具有臨床意義,另外有限的庫(kù)存也限制了每個(gè)患者所輸注的紅細(xì)胞血型配合程度。首先實(shí)現(xiàn)5個(gè)主要的抗原系統(tǒng)的配合,包括Rh(Cc、Ee)、Kell、Kidd(Jka/b)、Duffy(Fya/b)和Ss,其發(fā)生同種免疫的風(fēng)險(xiǎn)很高,而輸血患者能接受更多血型配合的血液是更佳的選擇。隨著基因技術(shù)的發(fā)展,血液庫(kù)存管理系統(tǒng)的完善,招募工作更集中于少數(shù)稀有血型的獻(xiàn)血者,庫(kù)存管理得以優(yōu)化,患者可獲得更多血型抗原配合的輸血,可避免同種免疫。
DNA分析不是常規(guī)鑒定獻(xiàn)血者ABO和RhD的選擇方法。原因如下:凝集試驗(yàn)進(jìn)行ABO正反定型時(shí),天然的抗-A、抗-B提供了對(duì)照試驗(yàn);采用高效標(biāo)準(zhǔn)的單抗進(jìn)行ABO和RhD分型相對(duì)簡(jiǎn)單快速;目前輸血前檢測(cè)體系適合凝集試驗(yàn)。另外,D抗原弱表達(dá)的紅細(xì)胞幾乎都是C+或E+,一部分弱D患者通過(guò)輸注D、C、E抗原陰性紅細(xì)胞而獲得安全治療。因此,對(duì)于常規(guī)ABO和D檢測(cè)來(lái)說(shuō),DNA檢測(cè)更耗時(shí)、更復(fù)雜,且并未提高凝集試驗(yàn)的輸血治療效果。再者,某些突變導(dǎo)致A或B轉(zhuǎn)移酶無(wú)活性而形成O型,如果標(biāo)本中存在一個(gè)未知的無(wú)活性等位基因而產(chǎn)生ABO血型錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn),這樣的風(fēng)險(xiǎn)在選擇血液輸血中是不能接受的。SNP分型只是預(yù)測(cè)表現(xiàn)型,有時(shí)不能準(zhǔn)確反映紅細(xì)胞表型。如基因表達(dá)抑制或基因無(wú)活性表達(dá),以及尚未知曉的多態(tài)性,都可能得到假陽(yáng)性。在臨床輸血前進(jìn)行檢測(cè),如果患者發(fā)生同種免疫,產(chǎn)生臨床有意義的抗體,DNA基因分型就不能代替抗體篩查和抗體鑒定。時(shí)間也是一個(gè)必須考慮的問(wèn)題,從樣本的DNA提取到數(shù)據(jù)結(jié)果,目前多重PCR系統(tǒng)為7個(gè)小時(shí),即使檢測(cè)時(shí)間可能在將來(lái)縮短,對(duì)于緊急輸血的患者,也不適宜使用多個(gè)血型抗原配合的輸血模式。
將分子技術(shù)應(yīng)用于臨床需要多領(lǐng)域的技術(shù)和知識(shí),例如分子技術(shù)、基因結(jié)構(gòu)和方法、血型分子基礎(chǔ)、血液凝集技術(shù)、血型抗原表達(dá)、可影響基因分型的因素(如嵌合體)以及相關(guān)管理?xiàng)l例等,同時(shí)需要將DNA和血清學(xué)的結(jié)果進(jìn)行綜合分析,從而為臨床解決問(wèn)題。血清學(xué)凝集試驗(yàn)存在著某些缺陷,PCR檢測(cè)技術(shù)作為輔助手段將成為一種強(qiáng)大工具,特別在D-接合性、非侵入性胎兒血型鑒定、鐮狀細(xì)胞性貧血患者配血上,比血清學(xué)更勝一籌。雖然目前分子生物學(xué)應(yīng)用于輸血行業(yè)僅限于血型參比實(shí)驗(yàn)室,隨著高通量平臺(tái)的建立和發(fā)展,基因檢測(cè)將成為輸血行業(yè)的主流,其可能從根本上改變輸血前檢測(cè)的程序,通過(guò)多個(gè)血型位點(diǎn)選擇與患者抗原相匹配的血液,避免潛在的同種免疫,可明顯的提高輸血治療效果。
[1] Storry JR,Castilho L,Daniels G,et al.International Society of Blood Transfusion Working Party on red cell immunogenetics and blood group terminology:Berlin report[J].Vox Sang,2011,101(1):77-82.
[2] Quill E.Medicine.Blood-matching goes genetic[J].Science,2008,319(5869):1 478-1 479.
[3] Reid ME,Oyen R,Storry J,et al.Interpretation of RBC piping in multi-transfused patients can be unreliable[J].Transfusion,2000,40(10):123S.
[4] Wenk RE,Chiafari PA.DNA typing of recipient blood after massive transfusion[J].Transfusion,1997,37(11-12):1 108-1 110.
[5] Legler TJ,Eber SW,Lakomek M,et al.Application of RHD and RHCE genotyping for correct blood group determination in chronically transfused patients[J].Transfusion,1999,39(8):852-855.
[6] Reid ME,Rios M,Powell VI,et al.DNA from blood samples can be used to genotype patients who have recently received a transfusion[J].Transfusion,2000,40(1):48-53.
[7] Rozman P,Dovc T,Gassner C.Differentiation of autologous ABO,RHD,RHCE,KEL,JK,and FY blood group genotypes by analysis of peripheral blood samples of patients who have recently received multiple transfusions[J].Transfusion,2000,40(8):936-942.
[8] Storry JR,Westhoff CM,Charles-Pierre D,et al.DNA analysis for donor screening of Dombrock blood group antigens[J].Immunohematology,2003,19(3):73-76.
[9] Baleotti W Jr,Suzuki RB,Polotto M,et al.A PCR-based strategy for Dombrock screening in Brazilian blood donors reveals a novel allele:the DO*A-WL[J].J Clin Lab Anal,2011,25(2):79-82.
[10]Rios M,Hue-Roye K,Lee AH,et al.DNA analysis for the Dombrock polymorphism[J].Transfusion,2001,41(9):1 143-1 146.
[11]Reid ME.Complexities of the Dombrock blood group system revealed[J].Transfusion,2005,45(2 Suppl):92S-99S.
[12]Colin Y,Chérif-Zahar B,Le Van Kim C,et al.Genetic basis of the RhD-positive and RhD-negative blood group polymorphism as determined by Southern analysis[J].Blood,1991,78(10):2 747-2 752.
[13]Daniels G,Green C,Smart E.Differences between RhD-negative Africans and RhD-negative Europeans[J].Lancet,1997,350(9 081):862-863.
[14]Chiu RW,Murphy MF,Fidler C,et al.Determination of RhD zygosity:comparison of a double amplification refractory mutation system approach and a multiplex real-time quantitative PCR approach[J].Clin Chem,2001,47(4):667-672.
[15]Singleton BK,Green CA,Avent ND,et al.The presence of an RHD pseudogene containing a 37 base pair duplication and a nonsense mutation in africans with the Rh D-negative blood group phenotype[J].Blood,2000,95(1):12-18.
[16]Flegel WA,Denomme GA.Allo- and autoanti-D in weak D types and in partial D[J].Transfusion,2012,52(9):2 067-2 069.
[17]Lo YM,Corbetta N,Chamberlain PF,et al.Presence of fetal DNA in maternal plasma and serum[J].Lancet,1997,350(9 076):485-487.
[18]Lo YM.Recent developments in fetal nucleic acids in maternal plasma:implications to noninvasive prenatal fetal blood group genotyping[J].Transfus Clin Biol,2006,13(1/2):50-52.
[19]Sedrak M,Hashad D,Adel H,et al.Use of free fetal DNA in prenatal noninvasive detection of fetal RhD status and fetal gender by molecular analysis of maternal plasma[J].Genet Test Mol Biomarkers,2011,15(9):627-631.
[20] Vlková B,Szemes T,Minrik G,et al.Advance in the research of fetal DNA in maternal plasma for noninvasive prenatal diagnostics[J].Med Sci Monit,2010,16(4):RA85-91.
[21]Nelson M,Eagle C,Langshaw M,et al.Genotyping fetal DNA by non-invasive means:extraction from maternal plasma[J].Vox Sang,2001,80(2):112-116.
[22]Van der Schoot CE,Soussan AA,Koelewijn J,et al.Non-invasive antenatal RHD typing[J].Transfus Clin Biol,2006,13(1/2):53-57.
[23]Storry JR,Olsson ML,Reid ME.Application of DNA analysis to the quality assurance of reagent red blood cells[J].Transfusion,2007,47(1 Suppl):73S-78S.
[24]Higgins JM,Sloan SR.Stochastic modeling of human RBC alloimmunization:evidence for a distinct population of immunologic responders[J].Blood,2008,112(6):2 546-2 553.
[25]Fasano RM,Booth GS,Miles M,et al.Red blood cell alloimmunization is influenced by recipient inflammatory state at time of transfusion in patients with sickle cell disease[J].Br J Haematol,2015,168(2):291-300.
廣西自然科學(xué)基金(2010GXNSFA013262);廣西衛(wèi)生廳自籌課題(Z2010196);廣西南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃(201003048C-1)
莫秋紅(1979~),女,碩士,主治醫(yī)師,研究方向:輸血醫(yī)學(xué)免疫學(xué)及分子生物學(xué)研究。
R 457.1
A
0253-4304(2016)01-0095-04
10.11675/j.issn.0253-4304.2016.01.29
2015-08-01
2015-10-20)