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从18世纪后期开始，输血治疗的重要性逐渐得到重视，被认为这是一种有效的治疗方法，并在更广的范围内得以尝试。当时人们普遍认为所有来源的血液都是一样的，所以出现了多种血液来源之间的输血方式。譬如把动物血液输给人类的异种之间的输血，以及人与人之间的同种异体输血。图2-1是1876年刊登在《Transfusion》杂志上的一张输血治疗场景照片，是迄今最早的反映输血工作现场的照片，生动地再现了当时流行的供血者与受血者血管直接相连的直接输血治疗的工作场景。由于当时人们并不知道血型的存在，所以输血治疗经常会引起致死性输血反应，但对输血探索的脚步却从未停止。直至红细胞血型被发现之后，输血治疗才真正跨入科学、理性的发展道路。红细胞血型是人类的一种遗传标记，表达于红细胞表面时常被称为红细胞血型抗原，它是区分不同个体红细胞的重要标志。这也就意味着不同个体之间的血液并不相同，而最具临床意义的红细胞血型抗原就是ABO血型抗原，也是第一个被发现的人类红细胞血型系统。
图2-1 直接输血治疗方法工作场景
ABO血型的发现有赖于Karl Landsteiner的杰出工作。1900年，Landsteiner在维也纳大学研究时发现，混合来源于不同样本的红细胞和血清之后，会出现不同凝集反应结果——有些混合样本会出现凝集现象而另一些则不会出现。Landsteiner意识到样本的红细胞并不相同，于是开始了有关血型的研究，由此发现了A、B、O血型。这些看似简单的实验开创了经典免疫血液学的先河，直到今天我们依然得益于Landsteiner的创意。1930年，Landsteiner因对人类血型研究的卓越贡献而获得诺贝尔奖，被誉为“血型之父”。
1902年，Des Casterllo和Sturli在155份血液样本中发现了AB型。1910年，Von Dungern和Hirschfeld通过对ABO血型的系统研究，发现ABO血型具有遗传性，且符合孟德尔遗传规律。1911年Von Dungern和Hirschfeld报道了欧洲人群ABO血型的分布情况（A型为47%，B型为11%，AB型为6%，O型为36%），并首次提出亚型的概念，将A型分为A 1 和A 2 两个亚型。1921年，世界卫生组织把ABO血型系统正式命名为A、B、O、AB四种血型。1924年，Felix Bernstein通过对家系的研究，认为ABO血型遗传机制与3对等位基因有关。1926年之后，Yamakai、Lehres和Putkonen等在不同个体的分泌物中发现了可溶性ABO血型物质，并据此将人群分为分泌型和非分泌型两种。1950年，通过Morgan、Watkins和Kabat的开拓性工作，发现了ABO血型是连接于糖蛋白和糖脂结构上的低聚糖分子，由此认识了A、B和H血型抗原的化学结构及生物合成途径。1990年，Yamamoto成功克隆了编码A血型糖基转移酶的cDNA，从此叩开了ABO血型基因学研究的大门。随着近年来研究的深入，ABO血型新亚型、新等位基因被不断发现。另外，ABO血型抗原的生物学功能也成为研究热点，普遍认为ABO血型抗原是一个重要的信息分子，具有多种重要的生物学功能。ABO血型抗原研究范围已不再局限于输血医学领域，而是拓展到了免疫学、表观遗传学、生物结构信息学等研究领域。
ABO血型包括两类抗原：A抗原和B抗原，其前体物质是由FUT1基因控制合成的H抗原。A抗原与B抗原分别为A与B等位基因的间接产物，O等位基因无对应的抗原产物。根据红细胞表面是否存在A或B抗原，ABO血型系统可分为四种表现型：A型、B型、O型和AB型。Landsteiner发现ABO血型存在较为规则的表现形式，即如果某个体的红细胞表面没有A或B抗原，那么在其血浆中就会存在相应的抗-A或抗-B，这就是Landsteiner规则（Landsteiner rule），不符合Landsteiner规则的现象非常罕见。
ABH血型抗原决定簇是糖蛋白和糖脂结构上具有遗传多态性的寡聚糖，其结构的多态性不是基因的直接产物，而是由功能、性质完全不同的糖基转移酶将不同单糖分子转移到前体物质上而生成的抗原，故这些由基因编码的糖基转移酶被分别称为A、B和H糖基转移酶，或简称为A、B、H酶。
H酶由位于19号染色体的FUT1基因控制编码，是岩藻糖转移酶（fucosyltransferase），可特异性地将岩藻糖通过α1-2连接方式连接到半乳糖末端。A酶与B酶由位于9号染色体的ABO基因控制编码，A基因的产物是N-乙酰半乳糖转移酶（N-acetyl galactosyl transferase），其功能是将N-乙酰氨基半乳糖通过α1-3连接方式连接到H抗原的岩藻糖化半乳糖残基（Fucα2Gal）的3'-OH位置上。B基因的产物是α1，3-D-半乳糖转移酶（α1，3-D-galactosyl transferase），其功能是将D-半乳糖通过α1-3连接方式连接到H抗原的岩藻糖化半乳糖残基的3'-OH位置上。
糖基转移酶由354个氨基酸组成，由基因编码合成后，在内质网和高尔基体内加工后表达，可分为膜结合型、血浆可溶性蛋白及体液等几种存在形式。膜结合型糖基转移酶是Ⅱ型跨膜蛋白，由一个较短的位于细胞质内的N末端（N-terminal tail）、一个疏水跨膜区和一个较长的C端组成的催化区组成，而可溶性糖基转移酶则缺少N-端和疏水区。
A、B抗原的生物合成过程可表示为：
第1步是H抗原的合成，第2步是A或B抗原的合成（图2-2）。ABO血型抗原是ABO基因的“第二产物”，是由糖基转移酶催化的糖生物化学合成反应的结果。若在此生物合成过程中，缺乏特异性底物或特异性糖基转移酶，则无法完成相应抗原的生物合成。例如，孟买型个体不能合成H抗原，那么A或B酶就会因反应底物的缺乏而不能将相应的单糖分子连接到半乳糖上，故无法形成相应的A或B抗原。类似地，若作为H酶底物的半乳糖被其他糖分子取代，或半乳糖缺乏α1-2连接的岩藻糖，则H酶同样无法发挥作用。
图2-2 ABO抗原的生物合成
目前约有100多个糖基转移酶涉及ABO血型抗原及其变异型的合成。ABH血型抗原是以1、2、3和4型（Type 1，Type 2，Type 3，Type 4）聚糖为骨架的寡糖结构，构成寡糖结构的单糖主要有D-葡萄糖（Glc）、D-半乳糖（Gal）、D-甘露糖（Man）、N-乙酰葡糖胺（Glc-NAc）、N-乙酰氨基半乳糖（GalNAc）、L-岩藻糖（Fuc）等。A、B、H抗原就在不同糖基转移酶的作用下，以这些寡糖为前体合成而来。
寡糖间单糖的连接方式主要有1-2、1-3、1-4、1-6连接，以及α和β连接，不同连接方式可产生不同三维立体构象的糖链结构，形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及Ⅵ型糖链结构。
Ⅰ型糖链结构：Gal β 1-3GlcNAc β -R
Ⅱ型糖链结构：Gal β 1-4GlcNAc β -R
Ⅲ型糖链结构：Gal β 1-3GalNAc α -R
Ⅳ型糖链结构：Gal β 1-3GalNAc β -R
Ⅵ型糖链结构：Gal β 1-4Glc-R
不同组织中A、B抗原糖链结构并不相同。红细胞表面以Ⅱ型糖链结构为主，由岩藻糖化半乳糖残基通过α1-4连接的形式与N-乙酰葡糖胺连接而成。Ⅰ型糖链结构通常存在于分泌液和血浆中，是合成可溶性ABH物质的前体。红细胞可非特异性地将存在于血浆中的ABH物质吸附至细胞膜上，故红细胞表面也可检出Ⅰ型糖链结构。Ⅲ型和Ⅳ型糖链结构只存在于糖脂上，可能与A、B抗原的活性有关。Ⅳ型糖链结构在A 2 型红细胞表面无表达，Ⅵ型糖链结构通常以游离寡糖的形式存在乳汁、尿液中。
表达于红细胞表面的ABH糖链结构可与红细胞膜上的蛋白质结合形成糖蛋白，ABH糖链结构主要与带3蛋白（band 3，阴离子转运蛋白）及带4.5蛋白（band 4.5，葡萄糖转运蛋白）结合。研究结果显示，每个红细胞上约有100万～200万个ABH抗原与带3蛋白结合，占红细胞表面ABH抗原总量的80%。约有50万个ABH抗原与带4.5蛋白结合，另外还有少量ABH糖链结构与红细胞膜上其他蛋白质结合。
A、B抗原的免疫原性主要取决于糖链结构末端的单糖分子，A抗原末端糖分子是N-乙酰半乳糖，B抗原末端糖分子是半乳糖。O基因为隐性基因，不能编码具有生物活性的糖基转移酶，若为O基因纯合子，则只表达H抗原。使用抗-H分别与A、B、O型红细胞反应，可发现O型红细胞凝集强度比A或B型红细胞强，原因在于A或B型红细胞表面大部分H抗原连接了N-乙酰氨基半乳糖或D-半乳糖，H抗原表达强度减弱。但无论A或B型红细胞都存在一定数量的H抗原，H抗原数量的多少与A或B糖基转移酶的数量及活性有关。例如，常见的O、A 1 、A 2 、B、A 1 B和A 2 B型红细胞，由于糖基转移酶活性不同可引起H抗原表达数量的变化，表现出不同型别红细胞与抗-H凝集反应强度不同，不同型别红细胞H抗原含量由高到低的顺序为O＞A 2 ＞A 2 B＞B＞A 1 ＞A 1 B。
ABH抗原的表达与人体的生命周期有关。妊娠期间，5～6周的胚胎即可在心血管上皮细胞表达ABH抗原，但胎儿ABH抗原数量增长不快，主要表达于成熟器官。新生儿ABH抗原数量低于成人水平，仅相当于成人的25%～50%，故对新生儿进行ABO血型鉴定时，正定型反应结果较弱。出生18个月后，ABH抗原可得到充分表达，青春期后又逐渐下降，少数老年人因红细胞表面ABH抗原下降较多可导致血型鉴定困难。A、B抗原的表达除与年龄因素有关外，还与ABO基因、糖基转移酶活性、疾病等多种因素有关。另外，A、B抗原的表达还与糖基转移酶反应底物H抗原有关，若无H抗原，即使糖基转移酶活性正常也无法合成相应的A、B抗原。例如，孟买型由于缺乏A、B抗原合成的底物——H抗原，故不表达A、B抗原，但却可产生抗-H，给输血治疗带来极大困难。
1911年Von Dungern和Hirszfield注意到有些样本A抗原表达较正常红细胞弱，从而认识到A亚型的存在，此后通过血型正反定型不相符和正定型弱凝集（混合视野）等现象发现了一系列ABO亚型。A亚型主要有A 1 和A 2 亚型，占全部A型的99.9%，除此之外还有A 3 、A X 、A m 、A end 、A y 和A el 等亚型。B亚型较A亚型少见，其命名与A亚型类似，分别命名为B 2 、B 3 、B X 、B m 和B el 等亚型。目前至少已发现60余种A亚型和30余种B亚型。除A 1 、A 2 亚型外，其他一些不常见的A亚型所表达的A抗原较弱，且血清中还存在抗-A 1 ，但不会与自身红细胞发生凝集反应，因为A亚型抗原的表达不仅有量变而且还有质变。弱B亚型同样存在这些现象。
A型人群中最为常见的是A 1 型，其次为A 2 型。研究发现，A 1 和A 1 B型的A抗原表达量明显高于A 2 和A 2 B型。A 1 和A 2 型每个红细胞表面A抗原的数量大约为：A 1 约（8～12）×10 5 个，A 2 约（1～4）×10 5 个，A 1 B约（5～9）×10 5 个，A 2 B约1×10 5 个。A 1 型红细胞与抗-A的反应速度要比A 2 型快，而且凝集强度也强于A 2 型。在与高稀释度的抗-A反应时，A 1 型的凝集强度也同样强于A 2 型。约2%的A 2 型和25%的A 2 B型个体会产生抗-A 1 ，可与A 1 和A 1 B型红细胞发生凝集反应，但不与A 2 和A 2 B型红细胞发生反应。此外，有些外源性凝集素可使红细胞发生凝集反应。例如，双花扁豆种子的提取液经适当稀释后，可使A 1 和A 1 B型红细胞发生凝集反应，但不会凝集A 2 和A 2 B型红细胞，故可作为抗-A 1 试剂使用。
基因检测结果显示，A 2 型（基因型为 A201 ）存在1059位C碱基的缺失，可引起阅读框架的改变，导致糖基转移酶羟基末端增加了1个含21个氨基酸的肽链。A201基因编码的A 2 糖基转移酶与A 1 糖基转移酶相比，其反应最佳pH、Km值及反应最佳离子浓度等均不相同，是两种性质完全不同的酶。
不同糖脂结构在A 1 和A 2 型红细胞表面表达数量不同，Ⅲ型糖脂结构广泛存在于各种A型红细胞表面，而Ⅳ型糖脂结构存在于A 1 型和除A 2 型以外的其他A亚型红细胞表面，A 1 和A 2 抗原是性质完全不同的两种抗原。使用薄层层析免疫染色（TLC-EIA）技术检测A 1 和A 2 型糖脂结构，电泳结果显示：A 1 和A 2 型都显示出了不同特异性的条带。提示A 1 和A 2 型抗原在结构方面存在着差异。使用抗-H3（anti-H type 3）、抗-H2（anti-H type 2）检测A 1 、A 2 和O型红细胞膜提取物，结果显示：A 1 和A 2 型红细胞膜提取物与抗-H3可形成较强的反应条带，而O型却没有相应的反应条带，提示A 1 和A 2 型存在Ⅲ型糖脂结构而O型却无Ⅲ型糖脂结构。使用抗-H2检测红细胞膜提取物，O型和A 2 型红细胞有很强的反应条带，而A 1 型的反应条带却很弱，提示O型和A 2 型红细胞表面存在大量由Ⅱ型糖脂结构形成的H抗原（图2-3）。造成A 1 型红细胞表面Ⅱ型糖脂结构含量较少的原因是在合成A 1 抗原时Ⅱ型糖脂被大量占用。
一些实验研究结果提示，ABH抗原可能并不是一个单一形式的抗原，而是一组糖链结构不同的抗原，弱表现的亚型往往缺失其中的某些结构。ABO血型的抗体也同样可能不是一个单一形式的抗体，而是一组针对不同血型抗原的抗体。关于ABO各亚型的糖链结构还有许多待解之谜，有待于糖生物学理论和技术手段的不断发展。
ABO亚型抗原的结构、性质及数量与正常ABO血型抗原均存在一定差异，差异的产生与基因突变、糖基转移酶的数量与活性、底物、糖基转移酶的简并性以及ABO血型检测干扰因素等有关。
1.基因突变
编码糖基转移酶的基因发生个别位点的突变，导致A、B糖基转移酶的氨基酸顺序发生改变，糖基转移酶的空间构象也随之改变，使糖基转移酶在性质、功能、酶催化底物、最终产物等方面表现出较大差异，最终表现为抗原质和量的改变，见表2-1。
图2-3 A 1 、A 2 型红细胞A抗原与H抗原的差异
表2-1 A亚型糖基转移酶对抗原表达数量的影响
* 只能用吸收放散实验检出
根据编码糖基转移酶基因突变区域的不同，可以分为催化区内突变和催化区外突变。下面以糖基转移酶A（GTA）为例对基因突变造成的酶活性改变进行说明（图2-4）。位于N端的79个氨基酸构成野生型GTA二聚体晶体结构。野生型GTA第79位氨基酸是脯氨酸（Pro），而Aw17型第79位氨基酸却是疏水的亮氨酸（Leu），会干扰二聚体的形成。GTA第116位氨基酸位于β3链上，是形成β折叠、Rossmann卷曲（rossmann-fold）的重要组成部分。野生型GTA第116位氨基酸是疏水的异亮氨酸（Ile），C原子距酶的活性中心约为21Å，而Aw18型第116位氨基酸是亲水的苏氨酸（Thr），亲水性的改变对β折叠的形成会产生影响。GTA第145位氨基酸是组氨酸（His），组氨酸残基位于N端的β5折叠链上，大约距酶活性中心25Å。野生型GTA His 145的侧链紧邻106位的天门冬酰胺残基、222位的缬氨酸残基和116位的异亮氨酸残基，而Aw19型第116位氨基酸残基却是精氨酸，会扰乱145位氨基酸残基周围的空间构象。空间构象的改变会影响酶本身的物理化学性质、底物的识别与结合能力以及催化能力等。
图2-4 糖基转移酶A的空间构型示意图
2.糖基转移酶的数量与活性
ABO亚型产生的另一个机制就是糖基转移酶量的不足及酶活性的下降，这与基因转录的拷贝数有关。当拷贝数很低时，不仅会使糖基转移酶的数量降低而且对酶活性也会产生影响，使酶活性降低。这种现象通常与编码区同义突变及基因调控区域突变有关。例如，Seltsam的一项研究显示，弱B亚型与核酸CBF/NF-Y调控区域的突变有关。另外，启动子区、调控区（包括上游调控区和下游调控区）以及剪接位点的突变都会对糖基转移酶的数量与活性产生影响。
3.底物
合成A、B抗原的前体物质是H抗原，若H抗原的表达不充分或结构不完整，即使A、B糖基转移酶活性正常，同样可导致A、B抗原亚型的产生。这与糖基转移酶主要催化的糖链类型有关，若形成H抗原某一类型糖链缺失或减少即可导致A、B抗原某一类型糖链的缺失或减少，形成A、B抗原结构缺失的亚型。例如，类孟买型FUT1基因发生点突变使H抗原部分失活，其基因产物便成为少量的“部分”H抗原，以此为底物在A、B糖基转移酶的催化下合成少量的“部分”A、B抗原，导致A、B抗原结构缺失型的亚型产生。
4.糖基转移酶的简并性
糖基转移酶的简并性是指同一结构的糖链分子可由不同糖基转移酶催化合成的现象。许多糖基转移酶均具有较大的冗余度，意味着不止一种糖基转移酶可将相同的单糖分子结合到相同的底物上，或同一种糖基转移酶可将相同的单糖分子结合到不同底物上，从而产生不同类型的抗原。例如，B（A）型基因编码产生的B酶能够有效地催化合成B抗原，但同时又能催化N-乙酰半乳糖胺结合到底物上，形成A抗原。从B（A）型（开米拉血型，chimeric blood group）血清学反应结果可以看出，B（A）型红细胞与抗-B完全凝集，与抗-A呈较特殊的凝集现象，即大部分红细胞呈游离状态，少量红细胞与抗-A发生凝集（图2-5）。
图2-5 B（A）型血清学反应结果
5.ABO血型检测干扰因素
感染、怀孕、药物、嵌合体以及异基因骨髓移植都可能影响ABO血型的鉴定，导致判断为亚型的检测结果。另外，一些单克隆抗体可与多种抗原发生交叉反应。例如，单克隆抗-A（B）（clone ES15）可检测出弱A抗原，但是同时可与para-Forssman、Forssman及P 1 抗原发生交叉反应，干扰ABO血型的判断。
ABO血型基因位于第9号染色体长臂3区第4条带第1、2亚带（9q34.1～9q34.2），A、B基因对于O基因而言为显性基因，O基因为隐性基因，A、B基因为共显性基因。A型是A/A或A/O基因型的表达产物，B型是B/B或B/O基因型的表达产物，O型的基因型是O/O，AB型的基因型是A/B。
ABO血型的遗传方式严格遵守孟德尔遗传规律，子代必定得到双亲各方一对等位基因中的一个。父母双方通过孟德尔基因分离律及自由组合定律将ABO血型基因遗传给子代，可产生6种不同的基因组合，见表2-2。由于O基因为隐性基因，所以ABO血型只有四种表现型，即A型、B型、O型及AB型。虽然存在许多ABO亚型，但它们的遗传均严格遵循孟德尔遗传规律。
表2-2 ABO血型抗原、抗体和基因型
ABO基因长约19～20kb，由7个外显子组成，其中第6、7外显子占编码区的90%以上，控制催化区的编码，决定了糖基转移酶催化活性与性质。在转录起始点上游约4kb的位置有一个由43个碱基组成的随机重复序列，该序列构成增强子区。
ABO血型基因的多态性决定了ABO血型抗原的多样性，是引起弱A、弱B等表型的根本原因。迄今为止尚无ABO基因完全缺失导致O表现型的报道，也未发现ABO基因碱基连续缺失的现象，提示单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）是形成ABO基因多态性的重要因素。目前已在ABO基因编码序列中发现了45处突变，46个突变点。基因突变大部分发生在第6和第7外显子，有31处替代，12处易位，2处缺失和1处插入，在CpG岛CG→TG及CG→CA的替代有16处。
ABO血型系统常见的等位基因有 A 1 （ A101 ）， A 2 （ A201 ）， B （ B101 ）和 O （ O01 ），其编码的糖基转移酶的活性和特异性已被鉴定清楚。通过研究A 2 等位基因编码的A 2 糖基转移酶，已建立了糖基转移酶的晶体结构模型，有助于分析不同亚型DNA改变后，基因编码的糖基转移酶可能会出现的结构及功能的改变（patenaude et al，2002）。编码野生型A酶和B酶的基因外显子目前发现共有7个核苷酸差异，近年来发现可能存在第8个核苷酸的差异。
A和B等位基因编码的糖基转移酶具有很高的同源性，均由354个氨基酸组成，两者仅有4个氨基酸残基的差异，分别位于多肽链的第176、235、266和268位。A等位基因多肽链在以上各位置的氨基酸分别为精氨酸（R）、甘氨酸（G）、亮氨酸（L）和甘氨酸，而B等位基因多肽链在相应位置上的氨基酸却为甘氨酸、丝氨酸（S）、甲硫氨酸（M）、丙氨酸（A）。蛋白质结晶学研究结果显示，靠近蛋白质C端的两个氨基酸残基，即第266和268残基对决定糖基转移酶底物特异性起着至关重要。这两个氨基酸位于酶活性区，如果发生改变就会导致酶活性位点三维结构的改变，从而引起酶活性的变化。
以最常见的A101基因为参照，A201等位基因的特征是有两个点突变，其中一个是在第467位的C碱基被T碱基替代（467C→T），另一个是在第1059位和1061位之间有一个C碱基的缺失，缺失的碱基所处位置是A101基因终止密码子的位置。467位的碱基替代导致156位氨基酸由脯氨酸变为亮氨酸（156P→L），通常认为156P→L的氨基酸替换不会改变酶的生物学功能。例如，在一些普通的A型样本中，特别是在亚洲人的样本中同样存在第467位C碱基被T碱基替代的现象，这些A型样本可与抗-A分型试剂发生强凝集反应。A201等位基因的第1059位和1061位之间C碱基的缺失导致终止密码子后移，阅读框架增加，蛋白质产物在羟基末端增加了1个含21个氨基酸的肽链。与A101基因相比，A202等位基因在1054位有一个C→T的替代，而A203在该位置则是C→G的替代。测序技术的发展使ABO血型系统的许多亚型得以确定和鉴别，目前已发现了120多个A、B等位基因（见表2-3～2-5）。其中一些等位基因为沉默基因（gene silencing），不会对酶的功能造成影响，但可能会影响酶的表达量。
常见的编码O型的等位基因是 O01 ，与A、B等位基因具有高度同源性，但其编码蛋白质N端的第6外显子存在单碱基缺失（261delG），引起阅读框架移码，导致转录的mRNA快速降解，使蛋白质的翻译提前结束，只有少量的翻译产物。O糖基转移酶由117个氨基酸组成，其肽链长度仅为A酶和B酶的三分之一，导致该酶缺乏活性。目前已发现50多种编码无活性糖基转移酶的O等位基因，均表现出单核苷酸多态性的特征，其中包括一些错义突变导致酶功能的丧失。与A101基因相比，30多种O等位基因都存在261delG的特征，可使蛋白质的翻译提前结束而无法产生结构完整的基因产物（表2-6）。
表2-3 几种主要的ABO等位基因
表2-4 几种主要的A 亚型等位基因
表2-5 几种主要的B 亚型等位基因
表2-6 几种主要的O 等位基因的多态性
少部分O等位基因却并不存在261delG突变，仍可表达结构完整的基因产物。例如，O03等位基因没有261delG突变，其产物是全长的蛋白质，该蛋白质具有弱的A酶活性，且可与抗野生型A酶的抗体发生反应。Seltsam等的研究结果显示，O03等位基因和Aw08等位基因的碱基序列非常相似，不但存在268G→R突变，而且在第7外显子5'端有一个新的488C→T（163T→M）突变，此突变可能具有使酶活性“再激活”作用。O03和Aw08红细胞通过吸收放散实验均可检出弱A抗原，并可在多数O03、Aw08等位基因的个体血清中检出弱抗-A或弱抗-A 1 。分别将O03和Aw08的cDNA转染到HELA细胞后，可在HELA细胞表面检出弱A抗原，说明某些O等位基因并不一定只有O表现型。
1964年，Seyfried等报道了一个家庭中母亲是AB型，父亲是O型，他们的女儿却是AB型，这一“异常”的遗传现象。Seyfried等推测，编码A和B糖基转移酶的基因可能发生了不等交换，使A、B基因连锁而位于同一条染色体上。1966年，Yamaguchi等报道了一个日本德岛县家庭类似的遗传现象，父亲是O型，母亲是A 2 B 3 型，他们的三个子女都是A 2 B 3 型，此现象证实了编码A和B糖基转移酶的基因位于同一条染色体上。此后，这种血型被命名为cis-AB型，意思是“顺式-AB”型，以区别于正常的“横式-AB”型。随后的调查发现，在日本石川县、香川县等地也有cis-AB型家庭，而且他们都是数代以前从德岛县移居而来。该发现提示，cis-AB型人群可能来源于同一个共同祖先。cis-AB型在日本人和韩国人中较常见，我国也多有报道。
标准的cis-AB型是A 2 B 3 型，是一种非常稀有的血型。A抗原多为A 2 型，B抗原几乎均为弱B型，红细胞上H抗原表达量高于正常的A 2 B型，血清中含有弱抗-B，可识别自身缺乏的B抗原，分泌型个体唾液中含有正常量的A、H物质及少量的B物质。
对cis-AB型基因序列进行分析，发现ABO基因发生了单碱基错义突变，导致变异基因的产生。此变异基因可编码合成具有A酶和B酶双重活性的糖基转移酶，可同时催化A、B抗原的合成，并在红细胞表面同时表达A、B抗原。例如，在日本发现的cis-AB01基因与A 2 型等位基因同源，与A101基因相比，有两个核苷酸突变，即467C→T（156P→L）和803G→C（268G→A），后一个位点的改变更有意义。该基因编码的糖基转移酶，对UDP-GalNAc有很强的亲和性，同时Gly268的改变使得该酶的分支侧链下移，导致糖基转移酶立体结构的改变，使该酶具备识别UDP-Gal的能力，可使红细胞表达弱B抗原。在越南发现的cis-AB02基因与B101基因同源，仅存在一个碱基差异，即700C→T，导致234位的脯氨酸被丝氨酸替代（234P→S）。cis-AB03/O01基因型是在法国发现的，母亲的基因型为cis-AB03/O01，表现型为A 2 B，她的三个孩子的基因型是cis-AB03/A1，表现型是A 1 B weak 型。cis-AB03的基因产物是一种变异型酶，该酶与常见B酶相比存在一个氨基酸替换，但对该酶的动力学研究显示此酶还具有A酶的活性。常见B酶第234位氨基酸为脯氨酸，第266位为蛋氨酸，266位蛋氨酸有助于定位与UDP-Gal反应的侧链，但是cis-AB03基因合成的糖基转移酶第234位氨基酸为丝氨酸，依赖于266位定位的分支侧链被改变，不能与UDP-Gal发生强的反应，却具有与UDP-GalNAc发生反应的能力。此例同时说明蛋白质的三级结构和与底物的特异性结合密切相关，酶的空间结构对其生物学功能起着重要作用。
另外，有3种B（A）等位基因也可以同时表达A和B抗原，与cis-AB有相似的表现型。但两者存在本质的区别，可体现在基因及血清学检测等方面。
B（A）与cis-AB型由不同基因控制编码。B（A）01等位基因第703位碱基与A101基因相同，与B101基因相比仅有一个碱基的差异，是导致与A和B酶特异性不同的关键原因。B（A）02等位基因第700位碱基与A101和B101基因相比有一个碱基的不同，700C→G。B（A）var等位基因与B101基因相比，第7外显子有一个基因突变（657C→T），第703位碱基与A101基因相同，因而编码的糖基转移酶具备部分A酶的活性（表2-7）。
表2-7 几种特殊的ABO 亚型等位基因
cis-AB与B（A）型的血清学检测也存在差异。cis-AB型反定型结果通常为阴性或可检出弱抗-B，个别情况下，表现为弱A抗原和强B抗原的cis-AB型个体血清中可检出抗-A。而B（A）型多是来自B101型，故B（A）表型与普通B型相似。野生型B酶可以UDP-Gal-NAc为底物，使红细胞表达少量的A抗原，故所有B型红细胞表面都有微量的A抗原表达，但不能被单克隆抗体识别。与野生型B酶相比，B（A）型基因编码的B酶转移UDP-Gal合成B抗原的活性较低，但合成A抗原的活性却可增强，故B（A）型红细胞可与单克隆抗-B呈凝集反应，且可与单克隆抗-A呈较弱的凝集反应。
基因表达（gene expression）是指把储存于DNA碱基序列中的遗传信息经转录、翻译，转变为具有生物活性的蛋白质分子的过程。ABO血型抗原的表达是ABO血型基因表达的结果。ABO血型抗原的表达遵循“中心法则”，即ABO血型遗传信息从DNA通过转录传递给mRNA，再由mRNA指导翻译过程，将遗传信息传递给糖基转移酶并由其完成相应的生物学功能。若ABO血型基因的转录、翻译等过程发生改变时，就有可能使蛋白质的合成发生改变，并导致血型抗原的表达发生改变。ABO血型基因表达受多因素、多水平的调控，启动子是调控ABO血型基因表达的一个关键因素。
启动子是基因的组成部分，位于结构基因的5'端上游，可特异性识别RNA聚合酶并使其活化，使其与模板DNA准确结合，并决定基因转录起始及表达程度。启动子就像“开关”，决定基因的活动。在基因表达调控中，转录的起始是个关键，对基因的表达以及蛋白质的合成起着重要的调控作用。
ABO血型基因5'端上游区核苷酸序列有一段富含GC碱基的区域，此区域从5'端侧翼区的中段开始，穿过第1外显子，一直延伸到第1内含子，这个区域G+C的含量约占76%，CpG/GpC的比例为0.9，也称为CpG岛。调控ABO基因转录活性的区域主要有两个，一个是ABO基因启动子区，另一个是增强子区。ABO基因启动子区位于转录起始点上游-117～+37区域内，此区域内存在多个GC盒子（GGGCGG），有两个相近的锌指蛋白结合区，是锌指转录因子Sp1和Sp1转录因子家族成员的结合部位，对红细胞系和上皮细胞系的ABO基因表达起着正向调控的作用。若此区域内碱基序列发生改变，会导致红细胞系和上皮细胞系的ABO基因启动子活性明显下降。增强子区位于-3899～-3618处的微卫星区域内，包含1或4个由43bp组成的重复序列，但未见2或3个重复单位的报道。
近年来，启动子区甲基化对基因表达的影响研究较多。研究结果显示，启动子区甲基化可通过多种机制影响基因表达。①直接作用。启动子的甲基化改变了基因构象，影响DNA特异序列与转录因子的结合，使基因转录过程发生改变。②间接作用。基因5′端调控序列甲基化后与核内甲基化CG序列结合蛋白（methyl CG-binding protein）结合，阻止了转录因子与基因形成转录复合物。Yamamoto对ABO基因启动子区的研究显示，ABO基因的表达受近端启动子甲基化程度的影响，甲基化程度越高，ABO基因的表达就越不活跃，导致A、B抗原的表达减少。Yoshitomo等在对膀胱癌患者ABO基因表达进行研究时发现，A、B抗原表达减少是由ABO基因启动子CpG岛甲基化程度增高引起的。Gao等通过对口腔癌患者启动子超甲基化现象的研究发现，口腔癌的早期症状与ABO基因启动子CpG岛高甲基化有关，并认为甲基化程度与肿瘤侵袭能力相关。
ABO基因的转录还依赖于转录因子CBF/NF-Y与上游微卫星序列的结合，微卫星区中包含43bp的重复序列，其中A101、A102和O303基因只有一个43bp重复序列，而A201、B101、O101和O201基因则有4个重复序列，并呈串联方式重复排列。不同亚型在微卫星区也存在多态性，只有1个43bp重复序列的等位基因第41位碱基都会出现G→A替代。此外，35%的O101基因和所有的O201基因也会在此位置出现G→A替代。但有4个重复序列的基因中只在第1个重复序列出现G→A替代。转录因子CBF/NF-Y可与位于微卫星区的43bp重复序列5'端的CCAAT序列特异性结合，人工诱导微卫星区CCAAT序列突变可阻止转录因子CBF/NF-Y与该区的结合，可明显降低ABO基因的转录活性。
总之，ABO基因的表达调控是一个非常复杂的过程，涉及基因、年龄、环境、疾病以及与其他蛋白质间相互作用等因素，ABO基因表达的研究是表观遗传学的重要研究内容。
人类ABH抗原不仅存在于红细胞表面，还存在于分泌液及体液中，如存在于唾液、胆汁、精液、阴道分泌物、乳汁、汗液、泪液、羊水、血浆等。存在于分泌液或体液中的ABH抗原通常被称为血型物质，唾液及血浆中存在大量的血型物质。能够分泌ABH血型物质的个体被称为分泌型（secretors，Se），不能分泌ABH血型物质的个体被称为非分泌型（nonsecretors，nSe）。在白种人中，大约80%为分泌型，20%为非分泌型。
能否分泌ABH血型物质受控于Se和se等位基因，Se为显性基因，se为隐性基因，其遗传符合孟德尔遗传规律。需要说明的是，并非所有携有Se基因的个体都能分泌ABH血型物质，能否分泌ABH血型物质还会受到Hh基因的制约。血型物质的合成与A、B抗原的合成一样，其前体均为H抗原，若个体缺乏H抗原，即使携有Se基因也不能合成血型物质。
体液及分泌液中ABH血型物质与红细胞膜上的ABH抗原均为多糖，化学成分相同，但在糖链结构上存在差异。ABH血型物质多为Ⅰ型糖链结构，而红细胞膜上的ABH抗原则为Ⅱ型糖链结构。糖链结构的差异可引起抗原水溶性的不同，ABH血型物质具有良好的水溶性，而红细胞膜上的ABH抗原却具有良好的脂溶性。
FUT1 和 FUT2 基因均可控制H抗原的表达，不同之处在于FUT1基因编码的糖基转移酶的作用底物是Ⅱ型糖链，产生的H抗原表达于红细胞表面，故 FUT1 基因又被称为 Hh 基因。 FUT2 基因编码的糖基转移酶的作用底物是Ⅰ型糖链，产生的H抗原表达于分泌液与体液中，故 FUT2 基因又称为 Se 基因。大约80%的个体携有 Se 基因，并可在其分泌物、体液中检出ABH血型物质。
FUT1 和 FUT 2基因紧密连锁，位于19号染色体长臂第1区第3条带第3亚带（19q13.3）。 FUT1 和 FUT2 基因同源性较高，有70%的核苷酸序列相同。1995年，Kelly等克隆并分离 FUT2 基因时发现此区还存在第三个基因- Sec1 基因。 FUT 1、 FUT 2及 Sec1 在染色体上的排列顺序为：着丝粒→ Sec1 → FUT2 → FUT1 →端粒。 Sec 1基因是 FUT 2的假基因，与 FUT 2有80%的同源序列。 Sec 1携有翻译终止密码子，使其潜在的读码框受损。 FUT 2及 Sec1 之间相距12kb， FUT 2距 FUT 1约65.5kb， Sec1 距 FUT 1约35kb。 FUT1 、 FUT2 及 Sec1 基因碱基序列具有高度同源性和大量相似的Alu序列，提示三者可能起源于基因复制，同源性和相似性使得这一区域的基因变异和基因重组大大增加。
FUT1 基因有4个外显子，其编码产物是由365个氨基酸组成的H酶。FUT2基因有2个外显子，两个基因之间间隔约7kb，编码糖基转移酶的序列都位于第2外显子。 FUT2 基因具有两个距离相近的可编码长阅读框的甲酰氨酸起始密码子，一个与 FUT 1相似，另一个则位于相当于 FUT 1第66位丙氨酸残基的位置。这两个甲酰氨酸起始密码子可分别编码产生332、343个氨基酸长度的多肽链，两者的区别在于N末端是否存在由11个氨基酸组成的多肽链。
人类Se糖基转移酶属于糖蛋白，由332或343个氨基酸组成。其结构可分为三部分：胞质起始端、疏水片段及COOH末端。胞质起始端由NH 2 末端的3个氨基酸残基（或14个氨基酸残基）组成。中间区域为疏水片段，由14个氨基酸残基组成。COOH末端由315个氨基酸残基组成，位于高尔基体内。高尔基体内区域有三个潜在的N-糖基化位点，分别位于N177、N271和N297，与岩藻糖基转移酶的功能密切相关。Se糖基转移酶整体结构与其他糖基转移酶相似，如与A、B酶结构相似。Se基因有三个高度保守的序列，即序列Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，分别编码第184-204、226-239和278-288位的氨基酸。序列Ⅰ可能在与鸟苷二磷酸岩藻糖结合的过程中发挥作用，而鸟苷二磷酸岩藻糖是Se酶发挥催化作用所必需的核苷酸糖底物。
目前已发现多种不表达酶活性的 FUT2 等位基因，绝大多数由无义突变（例如se 1 、se 2 、se 3 、se 4 、se 5 和se 8 ）或缺失（例如se 9 ）引起，导致终止密码子的提前出现，使Se糖基转移酶肽链变短，或无义重组（例如se 6 和se 7 ），并同时丧失酶的生物活性（表2-8）。
在高加索人群中发现的se 1 等位基因第428位碱基由G突变为A，使终止密码子提前出现，编码一条无功能的多肽链。在波利尼西亚人群中发现的 se 3 等位基因第571位碱基由C突变为T，同样导致终止密码子的提前出现。在日本人中发现的 se 6 等位基因是 FUT2 基因与上游紧邻的假基因 Sec 1之间形成融合基因所致，其编码的蛋白质N末端由Sec1编码，而C末端则由 Se 基因编码，该酶活性降低且在转染细胞中不能产生H抗原。se 7 等位基因会引起101位氨基酸发生错义突变，虽然所合成的肽链长度未发生变化，但却无酶活性。 se 8 等位基因第778位碱基缺失，导致移码突变并产生了一个新的终止密码子。在台湾阿美族人中发现的 se 10 等位基因，基因突变发生在高度保守序列Ⅱ中，第685位3个碱基出现缺失，但并未导致阅读框移位，只引起单个氨基酸的缺失，即第230位缬氨酸（V）缺失，其编码的糖基转移酶据推测应无功能，但尚未在转染研究中得到证实。目前尚未发现具有Se酶生物学功能的基因突变发生在三个高度保守的基因序列中。此外，在远东和南太平洋地区常见的Se w 等位基因含有一个错义突变，第385位碱基由A突变为T，使第129位异亮氨酸（I）变为苯丙氨酸（F），导致酶活性明显减弱，而且具有此等位基因的个体红细胞Lewis血型为少见的Le（a+b+）。孟买型个体FUT2基因第2外显子缺失，由于第2外显子是基因的全部编码序列，故无岩藻糖基转移酶编码基因。
表2-8 无功能的FUT2（Se）等位基因
表中所有的序列都是和一个亲代的Se序列比较（Allsequencesinthistablearecomparedwitha“parental”Sesequence）。对于Se等位基因并没有统一的命名法，表中的命名方法来源于参考文献
1952年，Bhende等在印度孟买市发现了一例特殊血型，该个体的红细胞不能被植物血凝素或其他抗-H所凝集，且血清中存在抗-H。由于该血型是在孟买市发现，故称为孟买型（bombay phenotype），用O h 表示。随后的家系研究发现，先证者A、B抗原均缺失，其父亲为O型，母亲为B型，两个兄弟均为B型。先证者与她的A型丈夫生有一个AB型的女儿，因而推断先证者应为B型（携带B基因，编码正常的B酶）。因为先证者没有H显性基因，所以不能形成H抗原，继而不能形成B抗原，但所携带的B基因可以在后代得以体现。在印度孟买，孟买型的出现频率约为万分之一。在欧洲人中出现的频率约为百万分之一，在东亚人中孟买型的出现频率极少，但在某些孤立地区，如马达加斯加以东800公里的法属留尼汪岛，孟买型的出现频率可高达千分之一。
1961年，Levine在捷克人中发现了1例特殊血型，该个体的红细胞上没有H抗原，很像孟买型，但与孟买型却又不同，细胞上存在少量的A抗原，Levine称之为类孟买型（parabombay phenotype），用O hm 表示，以示红细胞上有少量的H抗原。随后在日本、泰国、新加坡、法国、美国印第安人中均发现有类孟买型存在，1979年张工梁等在我国发现了第1例类孟买型，其后国内陆续报道了数十例类孟买型，主要为O AB hm 型，也有O A hm 型和O B hm 型的报道。类孟买型在中国人群中相对较多，资料显示中国台湾地区类孟买型的出现频率约为万分之一，中国香港地区约为一万五千分之一，而在日本，类孟买型的比例约为30万分之一。
孟买型和类孟买型主要依靠血清学实验来确定，孟买型被定义为非分泌型H抗原缺乏，类孟买型的定义尚有争议，现被分为两类：一类为较常见的分泌型H抗原缺失，另一类为非分泌型H抗原部分缺失。
孟买型血清学基本特征是：①红细胞表面无ABH抗原，与抗-A、抗-B、抗-AB及抗-H均不产生凝集反应；②血清中存在抗-A、抗-B、抗-AB、抗-H，主要为IgM型抗体，可引起溶血反应；③唾液中无ABH血型物质；④血清及红细胞中缺乏岩藻糖基转移酶；⑤红细胞可与抗-I产生强凝集反应，可能是由I受体的增加引起；⑥遗传方式为隐性遗传模式。
类孟买型血清学基本特征是：①红细胞表面有很弱的A、B抗原，与高效价抗-A或抗-B长时间反应可出现弱凝集，或可通过吸收放散实验检出；②类孟买型与来自荆豆的抗-H凝集素不发生反应，但与来自孟买型的抗-H有弱凝集反应；③孟买型A h 、B h 不分泌ABH血型物质，但类孟买型A hm 、B hm 个体的唾液中可检出少量ABH血型物质；④孟买型个体含有抗-H，类孟买型个体血清中的抗体是抗-HI，此抗体为冷抗体，虽与抗-H有相似的特异性，但不能被分泌型人唾液中的H物质中和；⑤血清学方法无法直接检出类孟买型个体H抗原的存在，但B h 个体经适当的酶处理后，可以检出H抗原；⑥遗传方式为隐性遗传模式。
在一项对3例无血缘关系孟买型个体的研究中发现， FUT1 基因第725位碱基均存在T→C点突变，导致编码的氨基酸序列发生242L→R改变，使H酶失去活性，而 FUT2 基因第2外显子完全缺失，导致无Se酶产生，该研究结果给出了孟买型形成的分子生物学机制。另一项对38例孟买型个体的研究发现， FUT1 基因同样存在725T→C突变，说明该位点的突变是孟买型典型的基因特征。在留尼汪岛的孟买型人中，还发现了 FUT1 基因新的突变（349C→T），编码的氨基酸序列也发生了改变（117H→K），其 FUT2 基因则是428位的G→A突变，导致阅读框架提前终止，其产物是一个不具备岩藻糖基转移酶活性的短肽。此外，在澳洲孟买型个体中还发现FUT1基因785G→A和786C→A的突变，导致相应编码的蛋白质活性丧失。
FUT1隐性基因—h基因具有较强的多态性，其多态性又与人群分布有关，如类孟买型的分子生物学机制就表现出了较强的与不同人群有关的特点。目前至少发现了26种 FUT 1变异型，其中19种为错义突变，3种为无义突变，2种为碱基缺失。较为常见的类型有：①h1。在 h 基因第547至552位上的3个重复AG碱基缺失了两个AG碱基，导致移码突变，提前形成终止密码。②h2。在 h 基因第880至882位上缺失TT。③h3。 h 基因第658位发生C→T点突变。④h4。 h 基因第36、981位分别出现C→T、A→C点突变。⑤h5。 h 基因第460位发生T→C点突变。⑥h6。 h 基因第522位发生C→A点突变。这些位置的基因突变都导致了所编码的氨基酸顺序发生改变，使蛋白质合成提前结束，导致H酶活性缺失或下降，表现出红细胞表面ABH抗原缺失或表达极弱的现象。
孟买型个体血清中存在抗-H，而类孟买型个体血清中存在抗-HI。常规ABO血型检测并不能检测出孟买血型与类孟买型，易被误认为O型。若输入O型红细胞则会引起溶血性输血不良反应。
孟买型（类孟买型）个体只能接受其他孟买型（类孟买型）个体的血液，但孟买型（类孟买型）非常罕见，临床输血很难找到适合的供血者，故择期手术的患者可通过预先储存自身血液、自体血液回输等自身输血的方式来解决临床用血。若患者不适合进行自体输血或在紧急情况下需要进行输血治疗时，可选择预温IAT无反应的ABO同型血液，但供者Lewis血型应与患者相同。