世界献血者の日 |これからはどんな血液型でもO型に変えられるのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: Denovo チーム

プロデューサー: 中国科学博覧会

6月14日は世界献血者の日です。街の通りから辺鄙な村まで、若い学生から高齢者まで、数え切れないほどの献血者が、その行動で人類の偉大な愛を表現しています。彼らの善行は、数え切れないほどの死にゆく人々の命を救っただけでなく、社会の健全性を守る強固な防衛線を築き上げました。

現在、人間は血液を生産することができず、切実に必要な血液は依然として他者からの寄付に頼っています。しかし、輸血の際には、血液型の不一致が致命的となる可能性があります。血液銀行に十分な血液の供給があっても、血液型の不一致により不足が生じることがあります。

最近、デンマーク工科大学の科学者たちは、腸内細菌の酵素を使ってA型とB型の血液をO型の血液に変換することに成功した。この画期的な進歩により、血液不足の問題が緩和されると期待されています。

デンマークの科学者がA/B型血液をO型血液に変換

（画像出典：参考1）

血液型 - 赤血球の識別システム

血液型は、各赤血球の表面にある特定の糖脂質と糖タンパク質の分子が抗原を構成するため、それぞれの赤血球独自の「アイデンティティ認識システム」です。異なる抗原の組み合わせによって、A 型、B 型、AB 型、O 型などの異なる血液型が決まります。これらの抗原は赤血球の「身分証明書」のようなもので、輸血プロセスにおいて重要な役割を果たします。

赤血球識別システムの概略図

（画像出典：AI合成）

輸血を受ける際、血液型が自分のものと一致しない場合、免疫系が外来抗原を認識し、攻撃する抗体を生成し、深刻な免疫反応を引き起こします。

したがって、血液型が一致することで、赤血球が免疫系に拒絶されることなくスムーズに酸素を輸送できるようになります。血液型と抗原の関係を理解することは、輸血や臓器移植を安全に行うのに役立ちます。

O型血液型は本当に世界共通なのでしょうか？

O 型の血液は、表面に A 型または B 型の抗原を持たず、他の血液型の受血者に免疫反応を引き起こす可能性が低いため、「万能血液型」と呼ばれることがよくあります。 O型の血液は他のほとんどの血液型と互換性があるため、緊急時の輸血に特に適しています。ただし、この適合性は主に赤血球の輸血に適用され、血漿の輸血には適用されません。

O型赤血球は幅広く使用できますが、O型血漿は万能ではありません。 O 型の血漿には抗 A 抗体と抗 B 抗体が含まれており、A 抗原または B 抗原のいずれかを含む赤血球を攻撃します。したがって、血漿を輸血する場合、免疫反応や合併症を避けるために、受血者の血液型を一致させる必要があります。

血液中の赤血球

（画像出典：AI合成）

ABO 血液型システムに加えて、Rh 血液型システムもあります。

Rh 因子は、1940 年にカール・ランドシュタイナーとアレクサンダー・ウィーナーによってアカゲザルの赤血球で初めて発見されたため、Rh 因子という名前が付けられました。その後、この抗原は人間の血液中にも発見されました。赤血球膜上の特定のタンパク質（Rh因子）の有無に基づいて分類されます。 Rh因子はRhD抗原とも呼ばれます。この抗原が赤血球上に存在する場合、Rh 陽性 (Rh+) と呼ばれます。この抗原が存在しない場合は、Rh 陰性 (Rh-) と呼ばれます。

O 型 Rh マイナス血液は、A 型抗原や B 型抗原、Rh 抗原をいずれも持たないため、最も「普遍的」であると考えられています。この血液型は免疫反応を引き起こすことがほとんどないため、緊急事態では特に重要です。

しかし、O 型 Rh 陰性の血液は世界的に比較的不足しているため、緊急時以外は、資源の合理的な使用を確保するために、血液型が適合した輸血が依然として優先されます。

血液型を変えるために赤血球に手術を施す

赤血球の ABO 血液型は、その表面にあるオリゴ糖鎖の構造によって決まります。オリゴ糖鎖は、グリコシド結合によって接続された複数の単糖分子によって形成される短鎖炭水化物分子です。これらは通常、2 ～ 10 個の単糖類で構成され、単純単糖類と複合多糖類の中間に位置します。 O 型赤血球には A 抗原も B 抗原もありませんが、H 抗原はあります。 H抗原はオリゴ糖鎖前駆体にフコースが付加されて構成されます。極めて稀なボンベイ型を除いて、ほぼすべての人の赤血球に H 抗原が存在します。

A 型の人の A 遺伝子は、N-アセチルガラクトサミントランスフェラーゼをコードします。この酵素は、H 抗原の末端に N-アセチルガラクトサミンを付加して A 抗原を形成します (Science in the News)。 B 型の人の B 遺伝子は、H 抗原の末端にガラクトースを付加して B 抗原を形成する酵素であるガラクトシルトランスフェラーゼをコードします。

この時点で、誰もが少し混乱するかもしれません。下の写真をご覧ください。簡単に言えば、A 型の赤血球には O 型の赤血球よりも N-アセチルグルコース分子が 1 つだけ多く含まれています。 B 型の赤血球には、O 型の赤血球よりもガラクトース分子が 1 つだけ多く含まれています。

A/B/O型赤血球の図

（画像出典：著者描き下ろし）

では、A型/B型赤血球の余分なN-アセチルグルコースとガラクトースを除去できるメスに似たツールはあるのでしょうか?それは本当に存在します。生物学的酵素を使用することで、赤血球に手術を施すことができます。

生物学的酵素を使用して赤血球に手術を行う模式図

（画像出典：著者描き下ろし）

血液型変換は新しい技術ではない

1950 年代から 1960 年代にかけての研究により、特定の細菌の酵素が赤血球の表面から A 抗原と B 抗原を除去できることがわかっています。これらの発見により、科学者が酵素を通じて血液型を変える試みへの道が開かれた。 1980年代初頭、ニューヨーク血液センターの科学者たちは、小規模なボランティア実験でコーヒー豆の酵素を使用してB型赤血球をO型赤血球に変換しました。結果は、これらの変換されたO型赤血球が体内で正常に活動し、生存していることを示しました。

1990年代には研究がさらに拡大され、処理されたB型赤血球がO型およびA型の健康なボランティアに輸血されましたが、大部分のケースで副作用は見られませんでした。

2000年、ハーバード大学医学部の科学者らは、改変したO型赤血球をA型またはO型の患者21人に輸血した。試験結果によると、対照群と比較して、試験群のヘモグロビン値は正常であり、赤血球の生存期間も正常でした。輸血後わずか2週間で、5人の患者の抗B力価、すなわち血液中のB型赤血球抗原に対する抗体の濃度が増加しましたが、その他の副作用は観察されませんでした。

初期の研究では、科学者が主に A 型赤血球ではなく B 型赤血球の変換に焦点を当てていたことにお気づきかもしれません。主な理由は、赤血球上の A 抗原の発現がより複雑であり、上の図ほど単純ではないことです。

A抗原は、N-アセチルガラクトサミン（GalNAc）を介して赤血球の表面に結合する一連の糖分子で構成されています。 A 型赤血球には、A 抗原だけでなく、さまざまな A サブタイプも含まれています。これらのサブタイプの構造は複雑かつ多様であるため、単一の酵素ですべてのタイプの A 抗原を効率的に除去することは困難です。

赤血球上のA抗原の発現はより複雑である（図）

（画像出典：AI合成）

血液型変換の臨床応用の展望

2022年、ケンブリッジ大学の科学者らは、死亡した3人の腎臓の血液型をO型に変更することに成功した。この研究では、「温度調節灌流装置」と呼ばれる装置を使用し、腎臓の血管の内層から血液型マーカーを除去する特定の酵素を含む血液を寄付された腎臓に灌流し、腎臓を世界的に認められているO型の血液に変換した。この画期的な研究結果により、腎臓移植を待つ患者の待ち時間が短縮され、移植の成功率が向上することが期待されます。

最近、Nature Microbiology に掲載された論文の中で、デンマーク工科大学とスウェーデンのルンド大学の研究者らが重要な発見を報告しました。彼らは、腸内に定着する（微生物が宿主の特定の部分に定着し、増殖し始めるプロセス）細菌であるアッカーマンシア・ムシニフィラ（AKK）の中に、ヒトの赤血球内の既知および未知の抗原を変換し、血液をO型に変えることができる酵素群を発見した。

研究チームは、粘液中のグリカンを分解できる、アッカーマンシア・ムシニフィラが産生する酵素の生化学的スクリーニングを実施した。彼らは、A型とB型の赤血球を効率的にO型に変換できる酵素のユニークな組み合わせを発見しました。これらの酵素は、最近発見されたA抗原とB抗原の拡張型に対しても有効であり、特にB型赤血球が入れ替わった場合の検査における不一致反応を減らします。比較的複雑な構造を持つ赤血球表面のA抗原およびその拡張抗原に対しても、AKKの除去効率は非常に高いです。彼らは、30分以内に3人のドナーからのA抗原を完全に変換するには、わずか0.5μMのAmGH36A（AKKの一種）が必要であることを発見した。

この発見は、普遍的に適合する血液の供給を増やし、血液の需要と供給の矛盾を解決する新たな方法を提供する潜在的な臨床ツールになると期待されています。

赤血球とムチン上のA、B、O型血液型抗原の模式図

（画像出典：参考1）

結論

科学研究の進歩は刺激的です。将来的には、血液型変換技術を通じて、血液供給の「偏り」の問題を効果的に解決し、血液資源のよりバランスのとれた配分を実現できるかもしれません。しかし、赤血球の血液型変換や赤血球の幹細胞誘導分化などのバイオエンジニアリング技術は、調製効率、製品の安定性、長期的な安全性、経済的コストの面で依然として大きな課題に直面しています。これらの技術が標準化され、臨床現場に大規模に供給されるまでには、まだ長い道のりがあります。

人工的に改変された血液の臨床応用の見通しは広いものの、不確実性や技術的な困難も満ちています。現段階では、血液供給は依然として主に自発的な献血と定期的な献血に依存しています。定期的な献血は、緊急の血液需要を満たすだけでなく、科学的な管理と合理的な配分を通じて血液資源の利用効率を向上させることもできます。

世界献血デーがやってきました。一緒に献血に行きましょう！

参考文献:

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