Rh blood group system의 allele variation의 molecular basis
Rh variant의 임상적 의의, 수혈 방법
출산력이 있는 아프리카계 미국인 중년 여성이 월경량과다 및 그로 인한 빈혈이 있었다. 일시적 완화를 위해 호르몬제제를 복용했다. 수혈 전 검사에서 A+ (RhD +), 비예기항체 선별검사 음성이었다. 농축적혈구 5단위를 수혈 받았다.
마지막 수혈로부터 8개월 후 검사에서 Hb 4.4로 감소되어 있었다. 다시 수혈이 필요하다. 비예기항체 선별검사에서 처음으로 양성이 나왔다. (비예기항체가 동정되기 전에, 교차시험하지 않은 적혈구 1단위를 응급으로 수혈 받았다.) 이후 anti-C & anti-e 로 동정되었다. 또한R2R2 cell 하나에서 2+로 anti-E의 존재도 의심되었다. Rh and K phenotyping 결과 C-, c+, E+, e+, K- 이었다. 자가대조와 DAT (polyspecific) 음성이었다. Anti-E는 배제되었고 특이성을 동정하지 못한 것으로 표시하였다 (antibody of undetermined specificity).
Phenotyping에서 E/e 결과와 항체 동정 검사 결과에 일치하지 않는 점이 있어서 RBC genotyping을 시행했다. R2r (cDE/cde) 이었다. Rh variant 검사에서 RHCE*ce48C, 667T (heterozygous), 다른 이름으로는 RHCE*ceMO 였다. 이 allele은 partial c, partial e, V-, VS-, hrs-, hrb- 표현형을 나타내는 것으로 알려져 있다. 추가적으로 시행한 partial D 검사에서 DAU-0,1,2,3 allele로 나타났다. 이를 가진 환자는 anti-D 동종항체가 생성될 위험이 있다.
위와 같은 검사 결과들을 바탕으로 면역혈액학 표준검사실은 환자 혈장에 존재한 것으로 생각되었던 anti-e는 anti-Hrs라고 추정했다. 비록 이는 혈청학적으로 확인할 수 없었지만, RHCE*ceMO allele의 존재를 바탕으로 결정되었다.
Rh blood group system은 단백질 기반 혈액형 그룹 시스템 중에서는 가장 중요하고, 전체 중 ABO 다음으로 임상적으로 의미가 있다. Rh 단백질 항원은 RBC, immediate RBC precursor에서만 표현된다.
1번 염색체상의 서로 다른 2가지 유전자가 RhD, RhCE라는 2가지 단백질 구성을 인코딩하는데 이는 다양한 조합이 있다 (CE, Ce, cE, ce) 각 단백질은 417 아미노산으로 되어 있고 36개가 서로 다르다. RBC 단백질 전체가 완전히 결핍된 사람은 매우 드물며 RhD 단백질은 강한 항원성이 있다. 한편 5 아미노산 위치의 변화는 C, c, E, e 항원을 생산하게 한다.
RhD phenotyping의 변이는 RhD 단백질의 변화로부터 기원한다. RhD 단백질은 적혈구 막을 몇 차례 관통하는 구조로 되어 있기 때문에, 일부분이 적혈구 막 표면 밖으로 노출된다. 그 노출된 부분에 아미노산 변화가 있는 경우, RhD 표현형이 변한다 (deleted or mutated antigens). 이는 partial D phenotype을 일으키고, 위 환자 (RHD*DAU)가 한 예이다.
RhD 단백질에서 아미노산 변화가 적혈구 막 표면 밖이 아닌 적혈구 막 자체나 세포질 내에서 일어나면, RhD 표현형이 대개 바뀌지 않는다. 이는 weak D phenotype이다. Weak D는 partial D와 달리 모든 항원을 가지고 있지만 항원 발현이 감소되어 있다.
RhD 음성 표현형은, 백인에서는 거의 항상 RhD 항원의 완전한 부재(complete absence)로 일어나는 반면, 아시아인과 아프리카인에서는 전형적으로 inactive or silent RHD gene에 의해 일어난다. Rh 음성 표현형의 빈도는 백인에서는 비교적 흔하지만 (미국 15-17%) 아시아인에서는 매우 드물다 (~0.1%).
RHCE alleles 사이의 변이는 보통 아미노산 1개의 변이 등 작은 변이에 의해 나타난다. C allele은 빈도가 낮긴 하지만 드물지는 않다. Cw (Rh8) 항원의 prevalence는 모든 인종을 합한 미국인의 약 1%이다. Cx (Rh9)의 경우처럼 보통 RHCE*Ce로 인코딩되어 있다. 사에서 C+로 나타날 수 있지만 수혈 후 anti-C가 생성되기도 한다.
Codominant E, e allele은 더 극단적인 분포를 보인다. 백인의 30%는 E 항원을 발현하며 (미국의 대부분의 헌혈자가 백인임을 감안한 수치), 98%는 e 항원을 가지고 있다. E 항원의 변이형이 드물게 있고, 그 중 일부는 e 항원 발현에 영향을 준다. 이러한 e 항원의 발현의 변화는 anti-e 동종항체 생성을 유발할 수 있다. 이러한 항체의 예로는 anti-hrs, anti-hrb, anti-Rh18, anti-Rh34 등이 있다. Dl 항체들은 일반적인 검사 기법으로 동정하기 어렵지만 임상적으로 중요한 상황이 있을 수 있다. e 항원이 없는 사람은 매우 적기 때문에, 적합 혈액을 구하는 것이 어려울 수 있다.
고빈도항원인 hrs가 결핍된 사람에서 e 항원 발현의 감소가 나타난 예가 있다. hrs 항원의 결핍은 ceMO allele과 관련이 있다. 다음과 같은 염기서열 및 아미노산 변이가 있다; c.667G>T (p.Val223Phe). 즉, e 항원 polymorphism (다형성) site인 226번째 Alanine의 근처에서 아미노산 변이가 있는 것이다.
ceMI allele은 exon 3 안의 9개 염기의 결실로 인해 단백질의 길이가 짧아지게 되어 적혈구 막 표면에서 사라지게 된다.
ceMO, ceMI allele 모두 RHE allele을 약화 (weakened or silent)시킨다. 이 allele들의 빈도는 흑인에서 더 높다.
RHD*DAU0은 RHD gene의 단일염기서열변이 (single nucleotide change)에 의한 것이고, RhD 항원 발현의 감소와 관련이 있다. RHCE*ceMO를 가진 사람이 RHD*DAU0도 가지고 있어서 두 allele은 연관이 되어 있고 함께 유전된다는 것을 암시한다. 이 대립유전자 조합은 일반인구집단에서 드물지만 아프리카계 미국인에서는 비교적 높은 빈도 (1/50)로 관찰된다.
앞선 증례에서는 수술 전 혈청학적 검사에서 E+/e+, C-/c+ 였다. 환자가 아프리카계 미국인이며 hrs 나 hrb 항원이 없고 환자 항체동정검사에서 anti-e 패턴이 확인되어 anti-hrs 의 존재가 의심되었다. hrs 항원이 존재하는지 검사할 항혈청이 없어서 분자유전학적 검사가 필요했다. 분자유전학적 검사에서 ceMO로 확인되었다. 이는 아미노선 변이에 의해 나타나며 e 항원 변이형, hrs, hrb, V/VS portion의 부재가 특징이다. 또한, 다른 allele에서 ceMI에 해당되는 변이도 확인되어 ceMO, ceMI의 heterozygous genotype으로 확인되었다. 두 가지 allele 모두 환자의 RhD variant인 DAU와 관련이 있다. 결론적으로 환자는 partial D와 partial e 모두 해당된다.
RHD와 RHCE 유전자 모두에 variant가 있는 것은 혈액은행이 다양한 딜레마에 빠지게 한다. 항원, 항체를 동정하는 것에 어려움이 있다. 환자 RBC에서 발현하는 항원에 대한 항체가 존재하는 패턴으로 나오게 된다 (e 항원 양성인데, anti-e 항체가 존재). Weak or partial antigen을 확인하기 위해서는 분자유전학적 검사가 필요하다.
결과를 알게 되어도 해당 e variant는 매우 드물기 때문에 적합혈액을 구하는 것에 어려움이 있다. 미국에서 헌혈자의 75%가 백인이고 다양한 RBC 항원을 가지고 있다. 게다가 환자가 partial D도 가지고 있어서 자칫하면 anti-D 생성의 위험도 있다. 변이형은 미국에서 소수를 차지하는 인종인 아프리카계, 히스패닉 등에서는 비교적 흔하지만 미국의 헌혈자의 대부분은 백인이다.
겸상적혈구병(Sickle cell disease, SCD) 환자는 반복적으로 수혈을 받아야 하므로 고려해야 할 사항이 있다. 미국의 많은 long-term exchange program에서 D, C/c, E/e, K phenotype을 맞추지만 동종면역(alloimmunization)이 약 8-47%에서 보고된다. 동종면역이 되면 지연성 용혈수혈반응(delayed hemolytic transfusion reaction, DHTR), 임신 합병증 등 문제가 될 수 있다.
* 수혈 방안
변이형 항원을 가진 환자, 특히 임신 등 수혈이 필요하게 될 상황이 예상되는 경우, 임상적 추적 관찰이 중요하다. RHCE*ceMO/RHCE*cE with anti-e or anti-hrb 환자는 e 항원 음성 혈액을 사용하도록 문헌에서 권고하고 있다. RHCE*ceMO/RHCE*Ce with anti-c 환자는 c 항원 음성 혈액을 사용하도록 권고한다. 앞선 증례와 같이 DcE/dce, R2/r’ heterozygous 이면서 매우 드문 변이형 e 항원을 가진 환자의 경우, 일반 인구에서 적합 혈액을 찾는 것이 불가능에 가깝다. 게다가 이 환자는 partial D도 가지고 있으므로 잘못하면 anti-D 생성의 위험이 있다. 이 환자의 수혈에 있어서는 다음과 같은 선택지가 있다.
1) American Rare Donor Program에서 찾기 (소용이 없을 수 있다.)
2) 자가수혈. 자가수혈을 위한 혈액 예치를 할 수 있으려면, Hb 11.0 이상이어야 한다. 자가수혈을위한 혈액예치 최소간격은, 미국 기준으로는 8주(56일), 우리나라는 1주(7일)이다. 적혈구제제의 보관 기간은 미국 기준으로는 42일, 우리나라는 35일이다. 수술 전 72시간 이전에 이루어져야 한다. 냉동(동결)보존하는 경우 10년간 보존할 수 있다.
3) 형제간 기증. 형제라고 혈액형이 같은 것은 아니지만 맞는다면 헌혈을 받아서 수혈할 수 있다.
증례에서는 동결(냉동)보존되어 있는 A형 r’’r’’ (dcE/cdE/) 적혈구를 찾았는데 매우 드물기 때문에 꼭 필요한 경우에만 해동(deglycerolization)하여 사용하기로 하였다. 그런데 수술 후 특별히 수혈이 필요하지 않았다고 한다.
References
* Translated and summarized from ASCP Case Reports. Thank you.
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