Układ grupowy Duffy

mgr Urszula Mazur, mgr Gabriela Migacz, mgr Katarzyna Pacyna, mgr Michał Kunysz

Podstawę układu  grupowego Duffy stanowią antygeny Duffy (Fy): Fy^a, Fy^b, Fy3, Fy4, Fy5, Fy6 oraz swoiste przeciwciała anty-Fy skierowanie do antygenów Duffy [1].

Rys historyczny

Układ grupowy Duffy został po raz pierwszy opisany w 1950 roku podczas badania reakcji hemolitycznej po przetoczeniu krwi u mężczyzny chorego na hemofilie. Zidentyfikowano wówczas nowe przeciwciało skierowane przeciwko antygenowi Fy^a, nazwanego od dwóch ostatnich liter nazwiska mężczyzny (Duffy) [2]. Natomiast przeciwciało anty-Fy^b zostało odkryte w 1951 roku u pacjentki po narodzinach jej trzeciego dziecka [3]. W 1971 roku opisano antygen Fy3 [4]. Antygeny Fy4 i Fy5 zostały opisane w 1973 roku [5,6]. Za pomocą mysich przeciwciał monoklonalnych w 1987 roku wykryto antygen Fy6 [7].

Antygeny układu Duffy

W skład układu grupowego Duffy wchodzi sześć antygenów:  Fy^a, Fy^b, Fy3, Fy4, Fy5 oraz Fy6. Głównymi antygenami są antygeny Fy^a oraz Fy^b, i na ich podstawie zdefiniowano następujące fenotypy: Fy(a+b-), Fy(a-b+), Fy(a+b+) i Fy(a-b-) [1,8]. Fenotyp Fy(a-b-) występuje głównie u osób czarnoskórych i bardzo rzadko u osób rasy kaukaskiej [9]. U osób rasy kaukaskiej antygeny Fy3 i Fy6 są antygenami o wysokiej częstości występowania, natomiast w przypadku rasy czarnej są obecne u około jednej trzeciej osób [10,11]. Antygeny Fy3 oraz Fy6 występują u osób posiadających antygeny Fy^a i/lub Fy^b, czyli u osób z fenotypami Fy(a+b-), Fy(a-b+), Fy(a+b+), a co za tym idzie nie są obecne na krwinkach o fenotypie Fy(a-b-) [1,10,12]. Aby rozróżnić antygeny Fy3 i Fy6 wzięto pod uwagę ich wrażliwość na enzymy proteolityczne. Antygen Fy3 jest oporny na trawienie proteazami, natomiast Fy6, podobnie jak antygeny Fy^a i Fy^b, ulega zniszczeniu, gdy krwinki czerwone są traktowane enzymami proteolitycznymi [1,9]. Dotychczas w literaturze tylko raz opisano antygen Fy4, jednak jego istnienie pozostaje wątpliwe z powodu braku spójnych wyników testów pomiędzy laboratoriami [9,12]. Uważa się, że antygen Fy5 obejmuje zarówno białko Duffy, jak i białko Rh [1,12]. Antygen Fy5, podobnie jak Fy3, nie ulega zniszczeniu w wyniku traktowania enzymami proteolitycznymi [9]. Ponadto, należy wspomnieć o antygenie określanym jako Fy^x lub Fy^bwk, który jest słabą odmianą antygenu Fy^b, Fy3 i Fy6, a fenotyp osób posiadających ten antygen opisywany jest jako Fy(a-b^wk+) [1,11,12]. 

Tabela 1. Rozkład procentowy fenotypów układu Duffy w poszczególnych rasach [11].

Glikoproteina niosąca antygeny Duffy jest białkiem o masie cząsteczkowej około 40-47 kDa. W zależności od długości łańcucha polipeptydowego wyróżnia się dwie izoformy. Pierwsza, zbudowana z 338 aminokwasów, występuje około 50-200 razy rzadziej, niż druga izoforma, która zbudowana jest z 336 reszt aminokwasowych [1]. Łańcuch polipeptydowy glikoproteiny Duffy 7- krotnie przecina błonę komórkową erytrocytów [1,8,9,11]. W obrębie cząsteczki wyróżnia się zewnątrzkomórkowy region N- końcowy zbudowany z 60 reszt aminokwasowych, oraz zbudowany z 28 aminokwasów wewnątrzkomórkowy region C- końcowy [1,8]. Epitopy Fy^a/Fy^b położone są na pozycji 42 w zewnątrzkomórkowym regionie N-końcowym, a epitop Fy3 znajduje się na trzeciej zewnętrznej pętli. Położenie epitopu Fy6 określono w pobliżu miejsca Fy^a/Fy^b na zewnątrzkomórkowym N-końcu i składa się z aminokwasów rozmieszczonych pomiędzy pozycjami 19 a 25 [8,9]. W pozycji 89 na pierwszej pętli cytoplazmatycznej zlokalizowana jest  mutacja związana z Fy^x [9].

Ryc 1. Budowa glikoproteiny Fy [1].

Glikoproteina Fy kodowana jest przez gen ACKR1, znany również jako DARC lub FY, zlokalizowany na długim ramieniu chromosomu 1 w rejonie 1q22→q23 [12,13]. Polimorfizm antygenów Duffy wynika ze zmiany jednego lub dwóch nukleotydów [1]. Antygeny Fy^a i Fy^b dziedziczone są jako produkty alleli kodominujących, odpowiednio FY*A oraz FY*B i determinowane są przez polimorfizm pojedynczego nukleotydu 125G>A. Zmiana ta powoduje, że antygen Fy^a w 42. pozycji w obrębie regionu N- końcowego posiada glicynę, a antygen Fy^b kwas asparaginowy [8,12,13]. Za obniżoną ekspresję białka Duffy odpowiadają dwie substytucje nukleotydów genu FY w pozycjach 265C>T i 298G>A. Ten wariant allelu nazwano FY*X lub FY*Bwk i jest odmianą allelu FY*B [1,12]. W zależności od rasy opisano różne przyczyny całkowitego zniesienia ekspresji białka Duffy na krwinkach czerwonych. Mechanizm molekularny, który definiuje fenotyp Fy(a-b-) u osób czarnoskórych, jest związany ze zmianą nukleotydu w pozycji -33T>3 sekwencji nukleotydowej FY*B, co zakłóca miejsce wiązania dla czynnika transkrypcyjnego GATA-1. Mutacja ta uniemożliwia ekspresję antygenów Duffy tylko na erytrocytach, ale nie ma wpływu na ekspresję antygenów na innych komórkach [1,8,13]. Natomiast wśród osób rasy kaukaskiej fenotyp Fy(a-b-) wynika z mutacji punktowych w obrębie sekwencji kodującej genu FY, które powodują przedwczesne zakończenie translacji (kodon STOP), w efekcie czego ekspresja antygenów Duffy jest zniesiona we wszystkich komórkach [8,9,12,13].

Na krwinkach czerwonych liczba miejsc antygenowych układu Duffy została oszacowana na  12000-17000. Osoby o fenotypie Fy(a-b^wk+) mają obniżoną ekspresję determinant antygenowych Fy o około 90%, zarówno na erytrocytach, jak i na innych komórkach. Glikoproteina Fy jest w pełni wykształcona w chwili porodu [1]. Antygeny Fy, oprócz błony erytrocytów, obecne są również w nerkach, śledzionie, dwunastnicy, jelicie grubym, trzustce, tarczycy, grasicy, oskrzelikach i pęcherzykach płucnych oraz w komórkach Purkinjego w móżdżku [1,11].

Przeciwciała układu Duffy

Najczęściej opisywanymi przeciwciałami związanymi z układem Duffy są przeciwciała o swoistości anty-Fy^a oraz anty-Fy^b.  Przeciwciała te pojawiają się na skutek immunizacji po przetoczeniu krwi lub u kobiet w trakcie trwania ciąży, bardzo rzadko występują jako przeciwciała naturalne [1,9]. Przeciwciała anty-Fy^a są najczęściej klasy IgG, głównie w podklasie IgG1 i mogą występować zarówno jako przeciwciała o pojedynczej swoistości, ale również jako przeciwciała towarzyszące przeciwciałom o innej swoistości [8,9]. Wykazano, że około 50% przeciwciał o swoistości anty-Fy^a aktywuje układ dopełniacza [9]. Przeciwciała anty-Fy^b występują 20 razy rzadziej niż przeciwciała anty-Fy^a. Zazwyczaj należą do klasy IgG i są obecne w osoczu głównie z przeciwciałami o innych swoistościach [1,8,9]. Osoby czarnoskóre z fenotypem Fy(a-b-) nie wytwarzają przeciwciał anty-Fy^b, natomiast bardzo często spotykane są przeciwciała anty-Fy^a lub anty-Fy3, czy też anty-Fy5 [9]. Doniesienia o przeciwciałach o swoistości anty-Fy3 pochodzą z opisów przypadków osób o fenotypie Fy(a-b-) chorych na anemię sierpowatą poddawanych wielokrotnym transfuzjom [1]. 

Znaczenie kliniczne

Antygeny Duffy posiadają zdolność do immunizacji, a obecne przeciwciała anty-Fy mogą wywoływać poprzetoczeniowe reakcje hemolityczne, a w przypadku kobiet w ciąży chorobę hemolityczną płodu i noworodka (ChHPN). Najczęstszą przyczyną reakcji niepożądanych są przeciwciała o swoistości anty-Fy^a oraz anty-Fy^b, których obecność wykrywa się testami antyglobulinowymi [1]. Przeciwciała anty-Fy^a, a także anty-Fy^b są związane z natychmiastowymi lub opóźnionymi reakcjami hemolitycznymi po transfuzji o przebiegu od łagodnego do ciężkiego  [9,11,13]. Dla pacjentów zimmunizowanych przeciwciałami anty-Fy^a i anty-Fy^b należy dobierać do przetoczenia krew bez antygenu do którego wytworzone zostały przeciwciała, a także zgodnie z fenotypem w układzie Rh i antygenem K z układu Kell [14]. Zarówno przeciwciała anty-Fy^a jak i anty-Fy^b mogą być przyczyną choroby hemolitycznej płodu i noworodka (ChHPN), jednak o różnym nasileniu. W przypadku przeciwciał o swoistości anty-Fy^a ChHPN może być łagodna do ciężkiej, natomiast w przypadku przeciwciał anty-Fy^b ChHPN jest łagodna [8,11]. Ze względu na częstotliwość występowania fenotypu Fy(a-b-) niepożądane reakcje poprzetoczeniowe związane z przeciwciałami o swoistości anty-Fy3 są niezwykle rzadkie.[1,11].

Jednym z ciekawych aspektów klinicznych układu Duffy jest jego rola w transmisji zakażenia zarodźcem malarii. Na przestrzeni lat dowiedziono, że glikoproteina Duffy pełni funkcję krwinkowego receptora dla zarodźca malarii Plasmodium vivax oraz Plasmodium Knowlesi [1,8,9,12]. W związku z tym osoby o fenotypie Fy(a-b-) nie ulegają zakażeniu. Spekuluje się, że wysoka częstość występowania fenotypu Fy(a-b-) u osób czarnoskórych zamieszkujących Afrykę Zachodnią jest formą adaptacji genetycznej. Jednak hipoteza ta wciąż budzi wątpliwości ze względu na fakt, iż fenotyp Fy(a-b-) nie jest powszechny w Azji Południowo- Wschodniej, gdzie odsetek zakażeń P.vivax wciąż pozostaje wysoki [8,9,12].

Obecność glikoproteiny Duffy nie tylko na krwinkach czerwonych, ale także w innych tkankach sugeruje, że jego rola nie ogranicza się tylko do procesów związanych z krwią. Białko Duffy jest również atypowym receptorem chemokin (ACKR1 lub DARC) [1]. Mechanizmy leżące u podstaw tej funkcji wciąż pozostają niejasne. Podejrzewa się, że DARC odpowiada za utrzymanie homeostatycznego poziomu krążących chemokin. Podczas wzrostu stężenia chemokin, DARC prezentowany na krwinkach czerwonych wiąże nadmiar chemokin, które wraz z krwinkami są transportowane i uwalniane w miejscu o niższym poziomie chemokin. Pozwala to na kontrolę napływu leukocytów i  ograniczenie rozwoju stanu zapalnego [1,8,13].

Opis przypadku

Jak już wspomniano, antygen Fy3 to antygen o wysokiej częstości występowania, więc przeciwciała anty-Fy3 występują rzadko, a mimo to, są istotne klinicznie. Wykazano, że mogą wywoływać zarówno natychmiastowe, jak i opóźnione reakcje poprzetoczeniowe oraz być związane z ChHPN. W 2024 roku Cleasen i wsp. [10] opisali przypadek 26-letniego mężczyzny z anemią sierpowatokrwinkową, u którego wykryto przeciwciała o swoistości anty-Fy3. Objawy kliniczne i wyniki badań laboratoryjnych wskazywały na ostry kryzys naczyniowo- okluzyjny (VOC). W chwili przyjęcia pacjent miał stwierdzone przeciwciała o swoistości anty-E, wytworzonych w  wyniku  wcześniejszych transfuzji. Ponadto w 2012 roku przy użyciu metod molekularnych określono następującą grupę krwi i fenotyp pacjenta: 0 RhD+ (dodatni) C- c+ E- e+ K- k+ Fy(a-b+) Jk(a+b-) M+ N- S- s+. Wdrożono leczenie adekwatne dla kryzysu naczyniowo- okluzyjnego. Z powodu spadku poziomu hemoglobiny w drugim dniu hospitalizacji przetoczono pacjentowi 1 jednostkę koncentratu krwinek czerwonych (KKCz) zgodną pod względem klinicznie istotnych antygenów: C- E- K- Fy(a-) S-. Po transfuzji nie odnotowano niepożądanych zdarzeń, a pacjent opuścił szpital. Po 10 dniach mężczyzna po raz kolejny trafił do szpitala z objawami i wynikami laboratoryjnymi, które ponownie wskazywały na VOC. Po trzech dniach hospitalizacji zaobserwowano znaczny spadek hemoglobiny. Zlecono wykonanie próby zgodności z 2 jednostkami KKCz, jednak tym razem nie znaleziono zgodnych jednostek. Przesiewowe badanie przeciwciał w pośrednim teście antyglobulinowym (PTA) wykazało wynik dodatni, a dalsza identyfikacja przeciwciał ujawniła panreaktywność w PTA oraz teście enzymatycznym ze wszystkimi krwinkami wzorcowymi, z wyjątkiem krwinek o fenotypie Fy(a-b-). Kontrola autologiczna była słabo dodatnia. Bezpośredni test antyglobulinowy (BTA) był słabo dodatni dla IgG i ujemny dla C3b/C3d. Ze względu na otrzymane wyniki badań próbki krwi pacjenta wysłano do laboratorium referencyjnego, celem zidentyfikowania przeciwciał oraz dobrania zgodnych jednostek KKCz. Po przeprowadzeniu szczegółowych badań w surowicy pacjenta zidentyfikowano przeciwciało o swoistości anty-Fy3. Dodatkowo, po wykonaniu alloadsorpcji, wykryto przeciwciała o swoistości anty-E oraz anty-Jk^b. W celu wyjaśnienia różnicy pomiędzy fenotypem Fy(a-b-), a ustalonym wcześniej genotypem Fy(a-b+), przeprowadzono analizę molekularną miejsca wiązania dla czynnika transkrypcyjnego GATA-1. Wykryto mutację w sekwencji nukleotydowej FY*B, co skutkowało brakiem ekspresji antygenów Duffy tylko na erytrocytach i wyjaśniło różnicę pomiędzy genotypem a fenotypem. Pomimo trudności, pacjentowi przetoczono dwie jednostki krwi, a poziom hemoglobiny wzrósł, przy czym nie zaobserwowano żadnych zdarzeń niepożądanych. Pacjenta wypisano w dobrym stanie osiem dni później.

Podsumowanie

W transfuzjologii medycznej układ grupowy Duffy jest uznawany za istotny klinicznie. Przeciwciała skierowane do antygenów Duffy mogą być przyczyną niepożądanych reakcji poprzetoczeniowych oraz choroby hemolitycznej płodu i noworodka o różnym nasileniu. U osób, u których zostały wykryte przeciwciała o swoistości anty-Fy kluczowe jest dobranie krwi o odpowiednim fenotypie w celu uniknięcia powikłań. Należy mieć świadomość, że układ grupowy Duffy cechuje się dużym polimorfizmem, z tego względu istotne jest umiejętne łączenie otrzymanych wyników badań serologicznych z wynikami badań molekularnych. Obecność białek Duffy na innych komórkach, poza erytrocytami, sugeruje że jego rola nie ogranicza się tylko do transfuzjologii. Dowiedziono, że glikoproteiny odgrywają rolę receptora dla zarodźca malarii oraz chemokin, jednak wciąż prowadzone są liczne badania w tym zakresie.

Piśmiennictwo

1. Łukasik E, Waśniowska K. Antygeny układu grupowego Duffy: budowa, właściwości serologiczne i funkcja [Duffy blood group antigens: structure, serological properties and function]. Postepy Hig Med Dosw (Online). 2016 Mar 4;70:143-61. Polish. doi: 10.5604/17322693.1196360. PMID: 26943312.
2. Cutbush M, Mollison P, Parkin D. A New Human Blood Group. Nature 165, 188–189 (1950). https://doi.org/10.1038/165188b0
3. Ikin EW, Mourant AE, Pettenkofer HJ, Blumenthal G. Discovery of the expected haemagglutinin, anti-Fyb. Nature. 1951 Dec 22;168(4288):1077-8. doi: 10.1038/1681077b0. PMID: 14910641.
4. Albrey JA, Vincent EE, Hutchinson J, Marsh WL, Allen FH Jr, Gavin J, Sanger R. A new antibody, anti-Fy3, in the Duffy blood group system. Vox Sang. 1971 Jan;20(1):29-35. doi: 10.1111/j.1423-0410.1971.tb01797.x. PMID: 5553616.
5. Behzad O, Lee CL, Gavin J, Marsh WL. A new anti-erythrocyte antibody in the Duffy system: anti-Fy4. Vox Sang. 1973 Apr;24(4):337-42. doi: 10.1111/j.1423-0410.1973.tb02651.x. PMID: 4691232.
6. Colledge KI, Pezzulich M, Marsh WL. Anti-Fy5, and antibody disclosing a probable association between the Rhesus and Duffy blood group genes. Vox Sang. 1973 Mar;24(3):193-9. doi: 10.1111/j.1423-0410.1973.tb02630.x. PMID: 4632152.
7. Nichols ME, Rubinstein P, Barnwell J, Rodriguez de Cordoba S, Rosenfield RE. A new human Duffy blood group specificity defined by a murine monoclonal antibody. Immunogenetics and association with susceptibility to Plasmodium vivax. J Exp Med. 1987 Sep 1;166(3):776-85. doi: 10.1084/jem.166.3.776. PMID: 2442291; PMCID: PMC2188697.
8. Langhi DM Jr, Bordin JO. Duffy blood group and malaria. Hematology. 2006 Oct;11(5):389-98. doi: 10.1080/10245330500469841. PMID: 17607593.
9. Meny GM. The Duffy blood group system: a review. Immunohematology. 2010;26(2):51-56. PMID: 20932074.
10. Claesen K, Heyrman B, De Schouwer P, Mahieu S. Complex Transfusion Management in a Sickle Cell Patient With Anti-Fy3 Alloimmunization: A Case Report. Cureus. 2024 May 23;16(5):e60939. doi: 10.7759/cureus.60939. PMID: 38910632; PMCID: PMC11193539.
11. Fabijańska- Mitek J. Immunohematologia Grupy krwi i niedokrwistości. Fundacja Pro Pharmacia Futura, Warszawa 2025: 71-74.
12. Pogo AO, Chaudhuri A. The Duffy protein: a malarial and chemokine receptor. Semin Hematol. 2000 Apr;37(2):122-9. doi: 10.1016/s0037-1963(00)90037-4. PMID: 10791881.
13. Höher G, Fiegenbaum M, Almeida S. Molecular basis of the Duffy blood group system. Blood Transfus. 2018 Jan;16(1):93-100. doi: 10.2450/2017.0119-16. Epub 2017 Jan 30. PMID: 28151395; PMCID: PMC5770319.
14. Obwieszczenie Ministra Zdrowia z dnia 11 stycznia 2023 r. w sprawie wymagań dobrej praktyki przechowywania i wydawania krwi i jej składników dla banków krwi oraz badań z zakresu immunologii transfuzjologicznej wykonywanych w zakładach leczniczych innych niż regionalne centra, Wojskowe Centrum lub Centrum MSWiA.