به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، گلبول‌های قرمز (RBC)  فراوان‌ترین سلول در بدن انسان هستند که نقش مرکزی در انتقال اکسیژن و رساندن آن به بافت‌ها دارند. با این حال، فناوری‌های omics اخیراً پیچیدگی پیش‌بینی نشده پروتئوم و متابولوم RBC را آشکار کرده‌اند، و راه را برای تفسیر مجدد مکانیسم‌هایی هموار می‌کنند که توسط آن متابولیسم RBC بیولوژی سیستم‌ها را فراتر از انتقال اکسیژن تنظیم می‌کند. داده‌های جدید و ابزارهای تحلیلی همچنین کالبد شکافی تغییراتی را که گلبول‌های قرمز در طول نگهداری در یخچال تحت شرایط بانک خون متحمل می‌شوند، یک ضرورت لجستیکی است که هر سال بیش از 100 میلیون واحد را برای انتقال خون در سراسر جهان در دسترس قرار می‌دهد. 

متابولیسم گلبول قرمز: نقش مرکزی اکسیژن
طبق برآوردهای اخیر، بدن انسان بالغ حاوی 30 تریلیون سلول است. تقریباً 90٪ از این سلول‌ها از دودمان خونساز مشتق شده‌اند که اکثریت قریب به اتفاق آن را گلبول‌های قرمز (RBCs)  تشکیل می‌دهند. 25 تریلیون گلبول قرمز در گردش در یک فرد بالغ حدود 83 درصد از کل سلول‌های میزبان را تشکیل می‌دهد که باعث می‌شود RBC ها نوعی اندام در گردش برای سلامت انسان حیاتی باشند. ثبات تعداد گلبول‌های قرمز در گردش با تعادل ظریف بین اریتروپوئیزی de novo و اریتروفاگوسیتوز توسط ماکروفاژهای طحال و کبد که محتویات RBC، به ویژه آهن، پروتئین‌ها و لیپیدها را بازیافت می‌کنند، تضمین می‌شود. تکامل گلبول‌های قرمز انسان ظرفیت آن‌ها را برای انتقال و رساندن اکسیژن به بافت‌ها از طریق از دست دادن تدریجی هسته‌ها و اندامک‌ها در طول بلوغ پیش سازهای اریتروئیدی به رتیکولوسیت‌ها و در نهایت، گلبول‌های قرمز بالغ دیسکوسیتی به حداکثر رسانده است. در نتیجه این فرآیند، هر گلبول قرمز بالغ حاوی 250 تا 270 میلیون نسخه هموگلوبین است که هموگلوبین حدود 98 درصد از پروتئوم سیتوزولی و 92 درصد از کل پروتئوم را تشکیل می‌دهد. در اشباع کامل اکسیژن، گلبول‌های قرمز از نظر تئوری می‌توانند تا 1 میلیارد مولکول اکسیژن/سلول را حمل کنند، عملکردی که با حضور همه گلبول‌های قرمز بالغ همراه با 2.6 گرم آهن (66 درصد از کل آهن بدن) تسهیل می‌شود. 
شیمی فنتون و هابر ویس دائماً تولید پراکسید هیدروژن و گونه‌های فعال اکسیژن می‌کنند و طول عمر 120 روزه گردش خون RBC را به مبارزه علیه اکسیداسیون پروتئین‌ها (به‌ویژه باقی‌مانده‌های عملکردی حساس به ردوکس) در هموگلوبین تبدیل می‌کنند. به عنوان مثال C93 و H92 از زنجیره بتا، متابولیت‌های مولکولی کوچک و لیپیدها نمونه از این دست هستند. هر روز، 0.2 تریلیون گلبول قرمز از جریان خون خارج می‌شود و با اریتروپوئیزی جدید جایگزین می‌شود (2 میلیون گلبول قرمز در هر ثانیه تولید می‌شود)، که 40٪ از کل گردش توده بدن را با وجود جرم کوچک هر RBC تشکیل می‌دهد. 

متابولیسم RBC فراتر از گلیکولیز
در طی 50 سال گذشته، تقریباً تمام تلاش‌های محاسباتی برای شبیه‌سازی متابولوم RBC در شرایط خارج از بدن به مسیرهایی که در بالا توضیح داده شد محدود شد. اجرای اخیر فناوری‌های omics برای مطالعه گلبول‌های قرمز، پیچیدگی پیش‌بینی نشده پروتئوم گلبول‌های قرمز را نشان داده است که در حال حاضر 2500-3000 پروتئین منحصر به فرد را در خود دارد. در واقع، آزمایش‌های ردیابی متابولیک عملکردی نشان می‌دهد که حتی این فهرست ممکن است ناقص باشد. کارشناسان زیست‌شناسی سیستم‌ها با بهره‌گیری از این مجموعه داده‌های اخیر، نقشه‌های اتصال متابولوم RBC انسان، مرتبط با علوم پایه و کاربردهای ترجمه را دوباره ترسیم می‌کنند. با بیش از ۷۷ ناقل فعال، گلبول‌های قرمز در گردش می‌توانند متابولیت‌های زیادی را از بافت‌های محیطی جذب کرده و آزاد کنند و گلبول‌های قرمز را به پنجره‌ای منحصربفرد برای سلامت سیستم تبدیل کند. از کراتینین و کارنیتین (به عنوان نشانگرهای عملکرد کلیه) تا اسیدهای صفراوی مزدوج (از میکروبیوم روده)، از محصولات ترانس آمیناسیون (مانند آلانین، گلوتامات، آسپارتات) تا انتقال دهنده‌های عصبی (مانند سروتونین، دوپامین، استیل کولین). گلبول‌های قرمز می‌توانند به طور مستقیم و غیرمستقیم در متابولیسم سیستم‌ها در سراسر بدن شرکت کنند.

متابولیسم RBC و ذخیره خون برای اهداف بالینی انتقال خون
درک متابولیسم RBC پیامدهای مهم ترجمه‌ای در پزشکی مدرن دارد. انتقال گلبول‌های قرمز پر شده یک مداخله نجات دهنده زندگی برای 4 تا 5 میلیون آمریکایی در هر سال است. با بیش از 110 میلیون واحد گلبول‌های قرمز بسته بندی شده سالانه در سراسر جهان جمع آوری و تزریق می‌شود، انتقال RBC رایج ترین مداخله ایتروژنیک بیمارستانی پس از واکسیناسیون است. ذخیره سازی در بانک خون تا 42 روز در اکثر کشورها یک ضرورت لجستیکی برای در دسترس قرار دادن واحدهای RBC برای انتقال خون به گیرندگان بیماری حاد یا مزمن است، مانند افراد مبتلا به تروما یا بتا تالاسمی/بیماری سلول داسی شکل، به ترتیب است. متأسفانه، در طی نگهداری در یخچال در شرایط بانک خون، گلبول‌های قرمز تحت یک سری تغییرات بیوشیمیایی، متابولیک و مورفولوژیکی قرار می‌گیرند که در مجموع به عنوان "ضایعه ذخیره سازی" نامیده می‌شود.
 استفاده از فن‌آوری‌های omics برای بررسی ضایعه ذخیره‌سازی متابولیک، مجموعه‌ای از تغییرات را ثبت کرده است، با یک توالی زمانی از رویدادها ابتدا با سینتیک کندتر آنزیم‌های متابولیک در دمای 4 درجه سانتی‌گراد آغاز شد. از آنجایی که پمپ‌های یونی حساس به دما در شرایط نگهداری در یخچال از کار می‌افتند، افزایش تقاضای ATP برای مقابله با این اثرات از طریق انتقال فعال یون‌های پتاسیم و کلسیم در برابر گرادیان‌ها منجر به سویه‌های متابولیکی اضافی برای گلیکولیز RBC می‌شود. در حالی که مصرف گلوکز و تولید لاکتات هنوز در گلبول‌های قرمز ذخیره شده مشاهده می‌شود، سرعت رخ دادن این شارها برای پاسخگویی به تقاضای ATP و DPG گلبول‌های قرمز ذخیره شده در یخچال کافی نیست.
 نرخ گلیکولیتیک آهسته توسط مکانیسم‌های متعدد فراتر از دمای ذخیره سازی تشدید می‌شود. اول، در سیستم بسته یک کیسه خون، تجمع اسید لاکتیک تا 42 روز با اسیدی شدن پیشرونده pH داخل سلولی و خارج سلولی همراه است، که در نهایت منجر به کندتر شدن سینتیک آنزیم‌های حساس به pH، مانند فسفوفروکتوکیناز، بیس فسفوگلیسرات موتاز می‌شود. استراتژی‌هایی برای مقابله با این پدیده در نظر گرفته شده است، مانند توسعه افزودنی‌های قلیایی با محتوای کم/بدون کلرید و بی کربنات بالا. همانطور که ATP و DPG مصرف می‌شوند، دومی بیش از 95٪ در هفته‌های 2-3 ذخیره سازی کاهش می‌یابد، و اشباع اکسیژن RBC تا روز 21 ذخیره سازی تا 95٪ افزایش می‌یابد.
این سیستم‌های آنتی اکسیدانی برای مقابله با استرس اکسیدانی کافی نیستند، در نهایت منجر به اکسیداسیون برگشت ناپذیر آنزیم‌های عملکردی و پروتئین‌های ساختاری، مانند باند 3، آنکیرین و اسپکترین، و در نتیجه تغییر متقابل غشای باند 3 می‌شود. مکانیسم‌های پروتئین ایزواسپارتیل به متیلاسیون آسیب می‌رساند، مانند مواردی که در بالا به عنوان تابعی از فعالیت PIMT در گلبول‌های قرمز پیر در داخل بدن توضیح داده شد. برای مقابله با استرس اکسیدانی به پروتئین‌های ساختاری و آنزیم‌های گلیکولیتیک در گلبول‌های قرمز ذخیره شده فعال می‌شوند. با این حال، کاسپاز فعال شده با کلسیم و استرس اکسیداتیو هر دو به تکه تکه شدن انتهای N باند 3 کمک می‌کنند و در نهایت گلبول‌های قرمز را از ظرفیت مهار GAPDH  و سایر آنزیم‌های گلیکولیتیک با مکانیسم اتصال بازدارنده به این ناحیه محروم می‌کنند. 

همه واحدهای خون برابر هستند، اما برخی از واحدهای خون برابرتر از بقیه هستند
یک متاآنالیز از مطالعات متعدد PTR در داوطلبان سالم به وضوح نشان داده است که کیفیت خون اهدایی در بین اهداکنندگان ناهمگن است. در سال‌های اخیر، مجموعه‌ای از مطالعات ناهمگونی بین اهداکننده را روشن کرده است که خود را در تمایل همولیتیک متغیر و افزایش هموگلوبین پس از تزریق به عنوان تابعی از زیست‌شناسی اهداکننده، از جمله جنسیت، سن، قومیت و شاخص توده بدنی/چاقی نشان می‌دهد. همچنین جهش‌های ژنتیکی در آنزیم‌ها یا سایر فاکتورهای خونی مهم است. مطالعات بیشتر در دوقلوهای تک تخمکی (یکسان) و دو تخمکی (غیر از نظر ژنتیکی یکسان) نشان داده است که همولیز و سطوح متابولیت، به ویژه آنتی اکسیدان‌هایی مانند گلوتاتیون، در جمعیت اهداکنندگان خون قابل ارث است. با استفاده از این مفهوم، مطالعات در مدل‌های موشی ذخیره‌سازی خون و PTR به وضوح ناهمگنی کراسین را در همولیز خارج عروقی نشان داده‌اند.
پایان مطلب/.