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红细胞膜表面结构成分形成了红细胞独特的表面标志（surface marker），它是红细胞完成其生物学功能及在输血治疗实践中是否具有临床意义的物质基础。传统的红细胞血型概念是在长期临床输血实践过程中逐渐形成并逐步完善的，它反映出红细胞膜标志物的异同并在安全有效的临床输血治疗中起着关键作用。其研究重点是红细胞血型抗原是否具有临床意义，是实用性研究。构成红细胞血型抗原的物质基础是位于红细胞膜上的糖蛋白及糖脂质等具有生物活性的有机大分子，这些大分子不仅是红细胞膜的标志物而且还具有多种生物学功能，其功能远非仅仅局限于其抗原性的临床意义，这也是传统血型抗原研究的局限性所在。
就红细胞表面标志而言，表达于红细胞膜上的糖蛋白、糖脂质等有机大分子具有分化群（cluster of differentiation，CD）特性，如红细胞可表达CD239、CD234、CD35、CD44等多种CD分子。CD这一概念是在研究白细胞、淋巴细胞等免疫细胞标志物及其功能时提出的，近年来研究发现CD分子不仅表达于免疫细胞，而且在红细胞上也有大量表达。CD分子具有受体、黏附分子等生物学功能，所以红细胞同样具有这些生物学功能。20世纪80年代“红细胞免疫系统”概念的提出就是建立在对红细胞CD分子功能的认识基础之上的。由此可以看出，在细胞、分子水平上，人体复杂的生理代谢、免疫应答等生命活动过程是由分工不同的多系统、多细胞、多因素共同参与而构成的一个有机整体。
从细胞生理学来讲，红细胞和其他细胞一样，其膜上的糖蛋白、糖脂质是维持细胞结构正常的重要组成成分，具有维持红细胞膜结构的完整性和稳定性的功能，而结构的完整和稳定与功能的发挥紧密相连，结构异常通常可引起相应的病理改变。另外，有些构成红细胞膜的蛋白质成分具有膜转运蛋白（membrane transport protein）及生物催化剂——酶（Enzyme）的功能。
从人类进化过程来讲，红细胞表面表达的多种多样的血型抗原是人类漫长的进化过程的见证。理论上，如果选择压力不存在，那么物种的基因将保持稳定。自然选择压力会打破这种平衡，导致基因变异，子代通过遗传的方式积累着这种变异，通过漫长的进化过程就表现为今天所见的血型抗原的多样性。血型抗原的多样性是基因进化的表现，基因与抗原多样性的信息承载了人类进化的全部秘密，是研究人类进化的活化石。自然环境的巨大改变意味着某些基因或抗原已经消失，或其功能已失去了其原有的存在价值，现在想了解这些基因或抗原的功能已变得非常困难。
对血型抗原功能的研究主要是通过与其他物种相同或相似的基因或抗原对比、与血型抗原结构类似的功能结构对比或通过基因敲除等分子生物学方法建立相应血型裸型（null type）的动物模型等方法推导而来。总之，对红细胞血型抗原功能的认识是从多学科、多角度出发而形成的综合认识。目前对红细胞血型抗原功能的了解仅是冰山一角，尚待进一步深入研究。已知的红细胞血型抗原功能主要有以下几个方面。
红细胞膜是由磷脂分子及蛋白质组成，蛋白质成分对维持正常的红细胞形态及功能起着重要作用。红细胞膜蛋白质的存在形式有两种，一种位于磷脂双分子层内部，与脂质层共同构成细胞膜骨架，如血影蛋白（spectrin）。另外一种蛋白质镶嵌于脂质双分子层中，可通过两种连接方式与脂质双分子层紧密连接。一种连接方式是连接于蛋白质上的寡糖链与脂质双分子层中的糖基磷脂酰肌醇（glycosylphophatidylionositol，GPI）相连，从而将蛋白质固定于细胞膜上，这类蛋白质称为脂锚定蛋白（Lipid-anchored protein）或脂连接蛋白（lipidlinked protein），具有膜受体、酶、黏附分子等生物学功能。例如，P血型抗原就是通过此种方式与细胞膜骨架成分连接在一起，若P血型抗原缺失则细胞膜结构的稳定性就会受到影响，可引起阵发性冷性血红蛋白尿（paroxysmal cold hemoglobinuria，PCH）。PCH患者血清中可检出针对P抗原的IgG抗体。另外一种蛋白质与脂质双分子层紧密连接的方式是以跨膜的带3蛋白为中介与血影蛋白相连，从而将蛋白质固定于细胞膜骨架结构上，这类蛋白被称为锚定蛋白（ankyrin），如Digo、Rh等血型抗原。Digo、Rh等抗原的缺失同样会影响红细胞膜结构的稳定性，造成球形红细胞增多并引起溶血。例如，Rh蛋白缺失的个体（Rh null ），红细胞脆性明显增加。
镶嵌于细胞膜的蛋白质之间并不是独立无关的，而是相互依存、相互影响的。有些血型抗原决定簇位于其他蛋白分子上。例如，带3蛋白（band 3protein）是一种红细胞跨膜糖蛋白，由于在对红细胞膜蛋白进行聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis，PAGE）时带3蛋白位于第三条带故而得名，带3蛋白可在细胞膜中穿越12次，是红细胞膜含量很高的糖蛋白，约占红细胞膜蛋白的25%～30%。带3蛋白的存在是多种血型抗原表达的基础。例如，带3蛋白是Diego血型抗原的载体，Diego血型抗原决定簇位于带3蛋白上。糖蛋白A和糖蛋白B是红细胞上重要的唾液酸糖蛋白（sialoglycoprotein，SGP），MNS血型系统中MN抗原决定簇位于糖蛋白A结构上，而Ss抗原决定簇位于糖蛋白B结构上。Gerbich抗原决定簇位于糖蛋白C和D结构上。有些血型抗原的表达依赖其他蛋白质成分的存在。例如，Rh抗原的表达依赖Rh相关糖蛋白（Rh-associated glycoprotein，RhAG）的存在。另外，跨膜蛋白之间的表达是相互影响的。例如，低频率血型抗原系列Miltenberger血型Ⅲ型抗原个体（Mi.Ⅲ），由于糖蛋白A和Mur糖蛋白的共同表达可引起带3蛋白的高水平表达。完整的Rh抗原是与多种其他血型抗原物质以共分子的形式形成的抗原复合体。Rh抗原核心复合体是由RhD、RhCE和2个RhAG亚单位形成的四聚体，核心复合体通过非共价键与LW糖蛋白（ICAM-4）、Duffy糖蛋白、糖蛋白B及整合素相关蛋白（integrin-associated protein，IAP，CD47）相连而形成由多个亚单位构成的Rh抗原复合体。
若镶嵌于红细胞膜的蛋白质出现缺失，则会不同程度地影响细胞膜结构的稳定及其生物学功能，并表现出相应的病理改变。有些蛋白的缺失不会明显影响红细胞膜结构的稳定及正常的生物学功能，而有些缺失则会明显影响红细胞膜结构的稳定及正常的生物学功能，甚至会带来致命的影响。例如，糖蛋白A、Kell、Duffy、Kidd等抗原的缺失不会明显影响红细胞的形态及寿命，但Rh、Gerbich等抗原的缺失会影响红细胞膜结构及稳定性，表现为球形、椭圆形红细胞增多，并可引起红细胞溶血的发生。而带3蛋白的缺失则会明显降低血影蛋白、锚定蛋白、糖蛋白A等在红细胞膜上的表达，导致异形红细胞血症，并引起严重的贫血。带3蛋白缺失型个体死亡率极高，一般情况下无法生存。
磷脂、蛋白质等细胞膜结构成分经糖基化后即可形成细胞衣（cell coat），细胞衣也称糖衣，是结合到磷脂、蛋白质上的糖分子在细胞表面形成的一层绒毛状结构。细胞衣与细胞膜固有成分相比，其区别在于是否糖基化。糖基化过程使红细胞表面膜分子具备了完成其生物学功能的完整结构，同时糖分子就像“衣服”一样对红细胞膜结构的稳定起到保护作用，也是红细胞完成其正常生物学功能的物质基础。例如，细胞膜糖基化后可使其结构更加稳定，不易被水解破坏，可使红细胞膜具有良好的变形能力。否则红细胞膜结构的稳定性及变形能力就会降低，在流动的血液中易受损破坏而引起溶血。再如，MN血型系统抗原富含N-乙酰神经氨酸（唾液酸），唾液酸是一种含有羧基的单糖分子，带有负电荷。根据同性相斥的原则，可使流动的红细胞之间及红细胞与血管内皮细胞（血管内皮细胞也带有负电荷）之间保持一定的距离，对降低细胞之间由于摩擦引起的物理损伤及细胞活化起着重要作用。
红细胞膜的物理特性是一种半透膜，脂溶性分子、不带电的极性小分子及一些气体分子易于通过细胞膜，而带电的分子、离子及大的不带电的极性分子却不能通过。完成红细胞代谢所需的许多带电分子、无机盐离子以及一些极性大分子通过细胞膜时，需要借助位于红细胞膜的转运蛋白来主动运输。红细胞膜转运蛋白主要有两类，载体蛋白（carrier protein，也称转运器，transporter）和通道蛋白（channel protein）。载体蛋白可与特异性溶质结合，通过改变自身构象将溶质转移到红细胞膜的另一侧。红细胞膜上的通道蛋白主要是水通道蛋白（aquaporin，AQP），是水分子进出红细胞的关键通道。膜转运蛋白本身具有抗原性，可形成红细胞血型。
目前已知的具有载体蛋白功能的红细胞血型抗原有Diego、Kidd及Rh等血型抗原。Diego血型抗原决定簇在带3蛋白上，带3蛋白是阴离子转移通道（anion transporter，AE1），可以转运
和Cl
-
离子。组织细胞代谢产生的CO
2
经水合后形成
，AE1可将
转移到红细胞内并置换出一个Cl
-
离子，到达肺部后再将CO
2
释放出来。Kidd抗原具有转运尿素的功能，红细胞通过高浓度尿素的肾髓质时，Kidd抗原可迅速转运尿素使红细胞内外尿素达到平衡，防止红细胞脱水。Kidd null型个体尿素转运速度比正常个体低1000倍，但红细胞的形态与寿命却未受到明显影响，这可能与其他的代偿机制有关。Rh抗原可能具有转运铵的功能，但对此争议较大。有研究认为，RhD蛋白的功能与Rh蛋白家族（rhesus family proteins）中的RhBG、RhCG相同，属于氨及铵盐转运蛋白超家族（methylammonium-ammonium permease/ammonia transporters superfamily），起着转移NH
3
、CH
2
NH
2
的作用。但也有研究认为，具有转运氨功能的蛋白是Rh同源蛋白，并且红细胞是通过多种机制来实现铵的转运，Rh同源蛋白只是众多铵转运蛋白中的一种。近年来，随着对Rh血型抗原三级结构研究的深入，对于Rh血型蛋白的功能有了新的认识。最新研究结果显示，与同家族蛋白Amt相比存在明显差异，RhD蛋白在胞外区存在多个短环状结构，胞质内C末端呈α螺旋状结构，具有较强的游动性，游动幅度可达76Å
2
。从C末端至跨膜螺旋区脯氨酸残基含量逐渐增加，在跨膜区内存在6个脯氨酸结构（Pro-82，Pro-140，Pro-216，Pro-229，Pro-306，Pro-327），而Amt仅观察到2个脯氨酸结构，该结构具有调节通道开关的作用。另外，RhD蛋白膜外区域缺乏Amt所具有的π离子结合部位。RhD蛋白的生物学功能可能是CO
2
的转运通道，该通道可能由Leu-58，Phe-61，Asp-201，Ser-204，Met-205，Ile-260，Ala-264和Asn-265组成。
具有通道蛋白功能的红细胞血型抗原主要是Colton抗原。Colton血型抗原位于红细胞水通道蛋白结构上，是红细胞重要的水通道。红细胞通过呈高渗环境的肾髓质时，红细胞会脱水变皱，而水通道可使水分子迅速转移至细胞内，起到维持红细胞形态及功能正常的作用。AQP1还表达在肾、肺、血管内皮、脑等组织中，若水通道缺失会引起尿浓缩及肺血管通透性障碍。
酶（enzyme）是维持细胞正常新陈代谢不可或缺的物质，没有酶的参与，新陈代谢的速度将会变得极为缓慢，生命活动就无法维持。具有酶活性的红细胞血型抗原主要有Kell、Dombrock及Yt血型抗原。Kell抗原是一种金属内切酶（metalloendopeptidase），可将无生物活性的肽链裂解为有生物活性的血管收缩素。Dombrock抗原是二磷酸腺苷核糖基转移酶（ADP-ribosyltrasferase），可催化烟碱腺嘌呤二核苷酸结合到目标蛋白特异性氨基酸结构上，起到调节蛋白质功能的作用。Yt抗原位于糖基磷脂酰肌醇连接的乙酰胆碱酯酶上，乙酰胆碱酯酶可水解乙酰胆碱，终止神经信号的传递。
红细胞膜糖蛋白及糖脂质构成红细胞膜标志物，主要包括ABO抗原、Lewis抗原、Lutheran抗原（CD239）、Duffy抗原（CD234）、糖蛋白A（CD235A）、糖蛋白B（CD235B）、Xg抗原（CD99）、Landsteiner-Wiener抗原（CD242）、Gerbich抗原（CD236）、Kell抗原（CD238）、Diego抗原（CD233）、Indian抗原及AnWj低频率抗原（CD44）、Cromer抗原（衰变加速因子，decay accelerating factor，DAF。或CD55）、OK抗原（CD147）、JMH血型抗原（CD108）等。这些标志物不仅分布在红细胞上，有些还分布在其他组织细胞上，具有多种生物学功能，主要表现出受体及黏附分子的生物学功能。
1.病原微生物的受体
部分病原微生物感染细胞是通过细胞膜上的糖链介导的，血型抗原糖链结构是一些病毒、细菌、寄生虫的受体，在病原微生物感染过程中起着重要作用。例如，病原菌的糖蛋白，如外凝集素（lectins）及细胞表面配体（adhesins），可识别含有唾液酸及岩藻糖化的寡糖链结构，并与之结合引起相应的病理改变。幽门螺旋杆菌黏附素Baba是Lewis血型抗原的配体，可与Le b 抗原结合并引起慢性胃炎。糖蛋白A（富含唾液酸的糖蛋白A是Duffy血型抗原的主要结构成分）是恶性疟原虫（ Plasmodium falciparum ）红细胞结合抗原（erythrocyte binding antigen，EBA）的受体，糖蛋白C是EBA的变异体BAEBL的受体，结合后可破坏红细胞膜结构引起溶血。富含Galα1-4Gal糖链结构的P血型抗原是细小病毒B19的受体，结合后可引起机体出现贫血及免疫功能障碍等临床症状。大肠埃希菌可吸附在PI、PK、P和KE抗原阳性的细胞上，不能吸附于p表型的细胞上。近期研究显示，Pk抗原与HIV的感染有关，Pk抗原含量越高，感染HIV的风险越低。
2.细胞因子的受体
细胞因子（cytokine，CK）具有细胞间信号传递、免疫调节等功能。红细胞膜上存在细胞因子受体（cytokine receptor，CK-R），具有调节细胞因子的功能。例如，Duffy抗原能与CXC（包括IL-8、IP-10、MGSA等）及CC（包括MIP-1α，β、MCP-1、RANTES等）趋化性细胞因子结合，如IL-8与红细胞结合后即失去了对靶细胞的作用，红细胞可调节IL-8的浓度使其维持一个恰当的水平，保证中性粒细胞可向IL-8浓度高的部位移动。
3.补体的受体
补体（complement）活化是免疫调节及早期感染的非特异性免疫等过程中的重要功能分子。红细胞表面可表达补体受体（complement receptor，CR），血循环中90%以上的C3b受体存在于红细胞表面，是红细胞免疫的重要物质基础，在免疫清除、免疫调理及抗感染过程中起着重要作用。例如，红细胞表面CR1（CD35）可与免疫复合物结合，提呈给巨噬细胞起到免疫清除的作用。红细胞携带的CR1降低可导致机体免疫防御功能下降，并引起相应的病理改变。红细胞膜上不仅有补体受体的存在，而且还有补体成分的存在。例如，Chido/Rodgers血型抗原结合于红细胞表面补体第4成分（C4）上。C4可与抗体分子结合激活C1成分，同时裂解为C4a和C4b并引起一系列复杂的后续免疫应答过程。若红细胞膜C4成分缺乏，如Ch/Rg-null型，会导致自身免疫性疾病的发生。另外，红细胞还表达具有补体调节活性的膜标志物，如CD55。缺乏CD55的阵发性睡眠性血红蛋白尿（paroxysmal nocturnal haemoglobinuria，PHN）患者会表现出膜补体调节功能缺陷的亚临床症状。
黏附分子（adhesion molecule，AM）是介导细胞间及细胞与胞外基质间相互结合的重要介质，是凝血及创伤愈合、免疫应答、炎症反应、肿瘤转移等一系列生理及病理过程的分子基础。红细胞可表达多种黏附分子，是红细胞完成其生物学功能的重要物质基础。例如，LU抗原（CD239）、整合素VLA-4（very late activation antigen-4）、CD44与CD47（整合素相关蛋白，integrin associated protein，IAP，是血小板反应素的受体）都是细胞外基质层黏连蛋白的受体，可在红细胞表面形成网络结构将其固定在基膜上，在凝血、创伤修复及血栓形成过程中起着重要作用。LW，CD36，CD58，CD99和CD147具有细胞间黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）的作用，如CD99可与淋巴细胞相互作用。肿瘤细胞可表达大量唾液酸化的Lewis抗原（sialylated derivatives of Lewis antigen）Sialay-Le x 和Sialay-Le a ，可与内皮细胞结合促进肿瘤细胞的扩散和转移。
红细胞膜存在人类白细胞抗原（human leucocyte antigen，HLA）Ⅰ类抗原。例如，红细胞表面可表达Bg（bennet-goodspeed）抗原。Bg抗原是一类与HAL相关的抗原，Bg a 、Bg b 和Bg c 分别与HLA-B7、HLA-B17和HLA-A28对应。通常情况下HLA-Ⅰ类抗原表达在有核细胞表面，成熟的红细胞表达较少，高灵敏度的检测方法可检测出红细胞HLA-Ⅰ类抗原的存在。而且体内红细胞HLA-Ⅰ类抗原的表达会随着时间的延长而减弱，所以通常认为Bg抗体不具有临床意义，但某些情况下Bg抗体也可引起溶血性输血反应。在某些免疫性疾病（如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎等）患者的红细胞上HLA-Ⅰ类分子表达量明显增加，说明红细胞在免疫过程中起着一定作用。HLA-Ⅰ类抗原可从多方面参与机体的免疫应答过程，如可约束免疫细胞间的相互作用、参与抗原的处理及免疫调节等。但红细胞表面表达的HLA-Ⅰ类分子是如何参与这些过程，以及如何完成其生物学功能目前尚不清楚。
总之，红细胞膜标志物的功能非常复杂，同一种标志物往往具有多种不同的生物学功能。例如，CD44不仅具有细胞黏附的作用，还与淋巴细胞归巢（lymphocyte homing）、调节免疫应答、胚胎发生、发育分化、肿瘤转移等有关。而且红细胞膜标志物之间也是相互影响的。红细胞膜标志物的各种生物学功能的正常发挥受诸多因素的影响，当各种制约因素处于非平衡状态时就会导致相应的病理改变。例如，纯合性血红蛋白S（homozygous for hemoglobin S）患者，红细胞黏附分子可引起血管内栓塞。