Страдания юнната Васи

«Вот только... если у твоего знакомого мальчика недавно был аппендицит, то ему крупно повезло, что не понадобилось переливание крови! Все дело в том, что у него не совсем настоящая первая группа. Если бы ему влили хорошую порцию крови первой группы, серьезные проблемы были бы и у него, и у врачей».

Неверов продолжал: «Ты можешь на сайте “Элементы” найти задачу “Ревнивый муж”. Прочитай там внимательно всё до конца — и ты сам всё поймешь!»

Наверное, многие читатели уже догадались, что у Васи оказался редчайший «бомбейский фенотип». В классической генетике он часто рассматривается как пример рецессивного эпистаза. Существует ген, доминантный и рецессивный аллели которого обозначаются как H и h. При генотипе hh−− аллели A, B и 0 не проявляются. Если у обоих Васиных родителей генотип был HhАВ, то с вероятностью 25% Вася мог получить два рецессивных аллеля, и при рутинном анализе его группа крови выглядела бы как первая — 0.

Что же происходит у людей с генотипом hh−− и почему при переливании крови нулевой группы у Васи были бы проблемы? Чтобы это понять, нам придется пойти по Васиным стопам и разобраться с агглютиногенами.

Агглютиногены — это олигосахариды на поверхности эритроцитов, определяющие группу крови системы AB0 (рис. 1).

Рис. 1. Агглютиногены групп крови системы АВ0. Рисунок с сайта ru.wikipedia.org

Ген локуса AB0 кодирует фермент гликозилтрансферазу. Его аллели A и B кодируют ферменты немного разной специфичности. Один аллельный вариант фермента (B) присоединяет к концу олигосахаридной цепочки галактозу, и тогда формируется агглютиноген (антиген) B. Другой вариант (A) вместо галактозы присоединяет N-ацетилгалактозамин (см. N-Acetylgalactosamine) — и тогда образуется антиген А. А третий вариант фермента (0) неактивен, он ничего не присоединяет к исходной цепочке.

Но нужно еще, чтобы было к чему присоединять этот концевой остаток моносахарида. Исходная цепочка (на рис. слева вверху) называется H-антигеном (или иногда 0-антигеном), и за ее синтез (точнее, за добавление остатка фукозы) отвечает фермент фукозилтрансфераза, который кодируется геном H (это не аллель гена AB0, а другой, независимый ген). Рецессивная мутация, «портящая» этот ген, как раз и отвечает за бомбейский фенотип. У людей с генотипом hh исходная цепочка с фукозой на конце не синтезируется (рис. 2), и продуктам локуса AB0 (гликозилтрансферазам) не с чем работать. Не важно, есть ли у такого человека аллели A или B, — они всё равно не проявятся. Это классический пример взаимодействия генов, когда их продукты-ферменты участвуют в одном метаболическом пути.

Рис. 2. Схема синтеза антигенов (агглютиногенов) групп крови системы AB0. Рисунок с сайта bioscience.com.pk. Насколько всё на самом деле сложнее, можно посмотреть здесь и здесь

Теперь нам надо разобраться, почему у такого человека выявится группа 0 при обычном анализе на группу крови. Дело в том, что у людей присутствуют в крови антитела — агглютинины (рис. 3). Они способны вызывать склеивание (агглютинацию) эритроцитов.

Рис. 3. Антитела в плазме крови у людей с разными группами системы АВ0. Хотя изображены иммуноглобулины G (см. Immunoglobulin G), среди среди антител к агглютиногенам обычно преобладают иммуноглобулины М (см. Immunoglobulin M). Кроме антител к антигенам A и B, в крови людей с группой 0 присутствуют антитела. способные связываться и с A, и с B, а в крови людей с Бомбейским фенотипом — еще и антитела к Н-антигену. IVIG — получаемые из крови доноров для внутривенного введения антитела, к теме задачи отношения это не имеет. Рисунок из статьи: D. R. Branch. Anti-A and anti-B: what are they and where do they come from? // Transfusion. 2015. V. 55. Suppl 2(S2). P. S74–79

Рис. 4. При «бомбейском фенотипе» (0h) в плазме крови присутствуют антитела анти-H, в основном представленные иммуноглобулинами M и способные вызвать острую гемолитическую реакцию. Рисунок с сайта labmedicineblog.com

Если не вдаваться в детали, антитела вырабатываются против тех антигенов AB0, которых нет на эритроцитах данного человека. У человека с группой 0 выявляются антитела против антигенов A и B, а также антитела, которые могут связывать и A, и B (анти-AB). Но у него не будет антител против антигена Н — ведь как раз он-то и присутствует в больших количествах на поверхности его эритроцитов. А вот у человека с бомбейским фенотипом, кроме анти-A, анти-B и анти-AB, в плазме крови присутствуют и антитела к H-антигену (рис. 4).

Но проблема в том, что этот фенотип очень редок. В Индии и на Тайване он встречается у одного из 8000–10 000 человек; в Европе, по разным данным, у одного из 250 000–1 000 000. Поэтому анализ на наличие антител к H-антигену обычно не проводят. В то же время эти антитела клинически значимые. Это в большинстве случаев означает, что при связывании со «своим» антигеном они могут вызывать активацию системы комплемента и внутрисосудистый гемолиз — разрушение эритроцитов. Чтобы определить «бомбейский фенотип», кроме выявления анти-Н антител, реагирующих с эритроцитами группы 0, можно использовать лектин из семян английского дрока (Ulex europaeus), который специфично связывается с H-антигеном и не связывается с «бомбейскими» эритроцитами

Если реципиенту с бомбейским фенотипом перелить кровь донора с группой 0, то эритроциты донора, на которых есть H-антиген, будут «атакованы» антителами реципиента; в результате произойдет гемолиз эритроцитов донора — острая гемолитическая реакция. Естественно, при таком развитии событий проблемы бы возникли и у Васи, и у проворонивших его редкую группу крови врачей.

Людям с «бомбейским фенотипом» подходит только их собственная, очень редкая «бомбейская» группа. Поэтому хорошая идея для таких людей — запасти заранее свою собственную кровь.

Казалось бы, что может быть понятнее схемы переливания крови из учебника (рис. 5)?

Рис. 5. «Школьная» схема совместимости групп крови. Рисунок с сайта yaklass.ru

Но на самом деле без пояснений (которые в большинстве школьных учебников отсутствуют) она совершенно непонятна. Ведь в данном случае имеется в виду только переливание эритроцитарной массы — эритроциты (но не плазма!) донора попадают в кровь реципиента. Если перелить цельную кровь группы 0 человеку с группой AB, то с плазмой донора мы вольем ему антитела анти-A, анти-B и анти-AB и вызовем агглютинацию и гемолиз его эритроцитов!

Вот почему так много претензий к этой схеме у медиков. На самом деле в наши дни, во-первых, человеку переливают только кровь его собственной группы, а во-вторых — достаточно редко используют цельную кровь, предпочитая в зависимости от ситуации использовать либо сыворотку, либо эритроцитарную или тромбоцитарную массу. И лишь по жизненным показаниям, при отсутствии другой крови, можно перелить до 500 мл эритроцитарной массы от «универсального донора» с первой группой — или плазму от донора с группой AB! — любому реципиенту.

Но у любознательного Васи должны были возникнуть и другие вопросы. Например: почему аллелей групп крови AB0 именно три? Если бы Вася задал этот вопрос Неверову, подкованный студент объяснил бы ему, что на самом деле их не три, а сто двадцать три. В локусе AB0, естественно, возникают многочисленные мутации; а это значит, что у каждой группы крови есть свои подгруппы.

Есть они в том числе и у бомбейского фенотипа — кроме «классического» варианта, когда фукозилтрансфераза полностью неактивна, есть еще масса фенотипов, при которых активность этого фермента понижена. Такие люди могут иметь, например, «немножко вторую» (A) группу крови, потому что на эритроцитах у них будет немножко антигена A, а в крови — немножко антител анти-A и множко — анти-B и анти-H.

А еще у гена H, кодирующего нашу фукозилтрансферазу (она называется Fuc1) есть расположенный по соседству, в той же 19-й хромосоме, ген-близнец — Sе (от слова secretion), отвечающий за второй фермент, Fuc2. Fuc2 присоединяет фукозу к другому варианту исходной цепи. При этом образуется растворимый H-антиген, присутствующий у людей с генотипом SeSe или Sese в слюне и других секретах, а также в плазме крови. Так вот, настоящий «бомбейский фенотип» наблюдается при генотипе hhsese — когда не работают оба фермента, и Fut1 (обычно из-за точечной миссенс-мутации), и Fut2 (обычно из-за полной делеции гена Se). Люди с генотипами hhSeSe или hhSese имеют «парабомбейский» фенотип. Антиген H есть у них в плазме и в небольших количествах оседает на поверхности эритроцитов. И у таких людей обычно отсутствуют опасные анти-H антитела, так что (с некоторой осторожностью) им можно переливать обычную кровь первой группы.

Следующий вопрос: а зачем вообще нужны все эти ферменты и антигены, если люди с «бомбейским фенотипом» вроде бы совершенно здоровы? На этот вопрос ответить сложно, есть лишь предположения. С одной стороны, такие мутации могут отрицательно влиять на иммунную защиту и, опосредованно, на плодовитость. С другой стороны, весьма вероятно, что обладатели «бомбейского фенотипа» меньше подвержены заражению некоторыми вирусами, чем обладатели «нормальных» групп крови.

Могли бы у Васи, если бы он был немного знаком с иммунологией, возникнуть и другие вопросы. Например, такой: а с чего это вообще вырабатываются какие-то антитела-агглютинины против белков, с которым человек вроде бы никогда не сталкивался? Понятно, почему нет антител к собственным антигенам эритроцитов — тут объяснение может быть таким же, как для любой иммунной толерантности (см. также Immune tolerance) к собственным антигенам. Но как объяснить, например, появление антител анти-A и анти-B в крови людей с группой 0? Ведь известно, что продукция антител B-лимфоцитами стимулируется их встречей с антигеном, а большинство людей явно никогда не сталкивались с чужими эритроцитами!

Ответ на этот вопрос тоже не до конца известен и достаточно сложен. С одной стороны, оказывается, существует особый класс B-лимфоцитов, B1 (CD5⁺), которые могут синтезировать и секретировать IgM («врожденные антитела») без контакта с антигеном и без помощи T-лимфоцитов. И в крови новорожденных обнаруживаются такие антитела против «чужих» антигенов-агглютиногенов. С другой стороны, титр анител-агглютининов после рождения нарастает, достигая максимума в 5–10 лет. При этом среди них появляются и IgG, причем титр этот сильно варьирует и, видимо, зависит от средовых факторов. Считается, что главный такой фактор — влияние бактерий (например, кишечной микрофлоры), многие из которых несут на клетках антигены, похожие на B- (реже — на A-)-антиген. Получается, что наличие анти-A и анти-B антител у человека частично врожденное, а частично приобретенное.

А еще бактерии могут... временно поменять вашу группу крови с A на AB. Этот случай так называемой «приобретенной группы B» мы подробно рассматривать не будем, заинтересовавшиеся могут посмотреть короткую лекцию для студентов-медиков на эту тему. Если вкратце — ферменты некоторых бактерий могут превращать концевой остаток сахара антигена A в подобие сахара антигена B, и при попадании таких бактерий в кровь у человека с группой A (обычно на время) появляется антиген B. Ученые (и новостные сайты) регулярно сообщают об успешном превращении с помощью подобных ферментов эритроцитов групп A и B в эритроциты группы 0, которые можно будет использовать для переливания крови.

Очередное такое сообщение появилось в 2018 году (см. Gut bacteria provide key to making universal blood). С использованием методов метагеномики, биоинформатики и генной инженерии удалось установить структуру наиболее активных гликозилаз кишечного микробиома, способных отщеплять концевые звенья A- и B-антигенов, а затем синтезировать и испытать их. И хотя до промышленного получения эритроцитов первой группы дело пока не дошло, похоже, что такая экономически оправданная технология скоро появится.

О том, что ученым еще предстоит многое выяснить даже в такой отлично изученной области, как группы крови, и говорить не приходится. Оказывается, в XXI веке можно открыть даже новую систему групп крови (см. Blood mystery solved: Two new blood types identified)!

Но есть другой, гораздо более неожиданный (по крайней мере, для меня) вывод. Оказывается, даже к такой «простой» области, как наследование групп крови, во многом применимо общее правило биологии: в ней очень редко встречаются четкие границы и правила без исключений.