引言

哺乳动物的红细胞通过“丢弃”细胞核和细胞器来提高胞内血红蛋白含量以最大限度提升其携氧能力，因此，成熟红细胞完全依赖于糖酵解来产生ATP为关键活动提供燃料。就临床实践而言，了解红细胞代谢是优化血液制品储存条件和预测输血后性能的关键，代谢受损会增加储存中离体溶血或输血后体内溶血的风险。一方面，用于输注的浓缩红细胞（pRBC）在4℃条件下长期保存会导致质子泵失效和ATP耗竭，另一方面，葡萄糖消耗、糖酵解引起的乳酸积聚引发的pH下降对pH依赖性酶（磷酸果糖激酶、葡萄糖6-磷酸脱氢酶和BPG变位酶）产生抑制作用，最终导致次黄嘌呤（HYPX）的产生【1-3】。当前红细胞储存质量的黄金标准是1）检测袋内溶血，2）输血后24小时后仍在受者血液中循环的输注红细胞百分比（post-transfusion recovery, PTR），但这两个指标都没有提供有关保持红细胞功能的见解。因此，美国国家心肺血液研究所（NHLBI）和FDA将能评估红细胞储存质量和输血后性能的新标志物的识别列为相关工作的核心内容。

近日，来自美国科罗拉多大学丹佛-安舒茨医学院的Angelo D’Alessandro团队在Cell Metabolism杂志上发表了一篇题为Biological and genetic determinants of glycolysis: Phosphofructokinase isoforms boost energy status of stored red blood cells and transfusion outcomes的文章，他们评估了13029名供体红细胞储存结束时的糖酵解代谢产物与其年龄、性别和遗传多态性之间的关联，证实ATP和HYPX水平以及与其相关的遗传特征与体内外溶血相关，表明它们可作为评估储血质量和输血后红细胞功能恢复的生物标志物。

该团队首先对来自美国4个不同血液中心共13029名志愿者的pRBC进行高通量代谢组学分析，发现糖酵解受捐赠者性别、年龄、种族和体重指数的影响，如ATP水平与供体年龄呈负相关，BMI高的供体红细胞特点是乳酸水平显著升高等。为进一步研究代谢变化的遗传基础，并控制年龄和性别等生物因素和加工因素（储存时间和添加剂），他们利用Jackson实验室的遗传多样性远交小鼠（J:DO）的储存红细胞进行糖酵解代谢产物，观察到ATP和糖酵解代谢物与5号染色体上编码ADP-核糖基环化酶1/2（CD38/BST1）的区域，以及与13号染色体上编码血小板型磷酸果糖激酶（PFKP）的区域相关，该相关性也能映射到人类供体当中。通过对储存结束后的样品检测，该团队观察到高水平的ATP和糖酵解代谢物与显著较低的溶血水平相关，而糖酵解代谢物、ATP和HYPX水平与当前评估红细胞储存质量的黄金标准PTR分别呈正相关和负相关。随后，他们检测了接受输血后受体ATP水平与血红蛋白增量及胆红素增量（反映体内溶血情况）间的联系。观察到ATP水平与前两者存在显著正相关，而与后者呈负相关。

模式图（Credit: Cell Metabolism）综上，这些研究结果提供了关于ATP和HYPX水平以及与其相关的遗传特征潜在效用的“真实世界”临床数据，提示它们可作为评估储存红细胞溶血倾向的标志物。由于红细胞ATP水平也是其氧动力学的重要调节因子，还可用于预测其输血后的功效。

参考文献

1. Yoshida, T., Prudent, M., and D’Alessandro, A. (2019). Red blood cell storage lesion: causes and potential clinical consequences. Blood Transfus. 17, 27–52. https://doi.org/10.2450/2019.0217-18.2. Hess, J.R., and D’Alessandro, A. (2022). Red blood cell metabolism and preservation. Rossi’s Princ. Transfus. Med. 143–157. https://doi.org/10. 1002/9781119719809.ch14.3. Yurkovich, J.T., Zielinski, D.C., Yang, L., Paglia, G., Rolfsson, O., Sigurjonsson, O .E., Broddrick, J.T., Bordbar, A., Wichuk, K., Brynjolfsson, S., et al. (2017). Quantitative time-course metabolomics in human red blood cells reveal the temperature dependence of human metabolic networks. J. Biol. Chem. 292, 19556–19564. https://doi.org/10.1074/jbc.M117.804914.https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.06.007

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文章来源|“BioArt”

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