乳铁蛋白的 研究进展和应用

乳铁蛋白的 研究进展和应用

李凯锋 杨晓波 王青云 梁超

（黑龙江省完达山乳业股份有限公司 黑龙江哈尔滨 150078）

摘要 乳铁蛋白是一种具有多种生理功能的铁结合糖蛋白，具有抗菌、抗病毒、免疫调节等生理功能。本文对LF的基本特性、生理功能的研究进展和与其他牛乳蛋白质的相互作用等方面进行了综述。

关键词：乳铁蛋白；生理功能；免疫调节

前言

一场肆虐全球的新型冠状病毒肺炎疫情，让更多的人意识到身体健康的重要性，同时，也让人们更加重视身心健康和自身免疫力的提升。乳铁蛋白(Lactoferrin，简称LF)是哺乳动物体内天然存在的一种结合铁的具有免疫功能的非血源性糖蛋白^[1,2]。1939年Sorensen M和So-rensen SPL从牛乳乳清蛋白中分离出来，因其晶体呈红色，也有人称其为“红蛋白”，主要存在于母乳和牛乳中^[1,3]。目前LF的研究和利用已成为科研的热点，研究正向着保健品、药品和医疗诊疗剂方向发展^[2]。近年的研究表明，LF不仅在非特异性免疫系统中发挥作用，同时还具有抗微生物活性、抗炎症、抗癌症等功能，通过LF的不同功能可以看出其应用前景的广阔。本文对LF的基本特性、生物功能活性的研究进展和与其他牛乳蛋白质的相互作用等方面作一综述。

1 LF的基本概述

1.1 LF的结构

LF是一种具有多种生理功能的铁结合糖蛋白，其分子质量约为70-80千道尔顿^[4]。人LF和牛LF的三级结构经对比后发现，氨基酸序列的同源性达到69 %。人LF和牛LF的一级结构为单链糖蛋白结构，分别由691和689个氨基酸构成^[5,6]。LF的二级结构主要由α-螺旋和β-折叠交替排列而成，中间由一段螺旋肽链链接，呈“二枚银杏叶型”结构^[7]。LF的三级结构由多肽链折叠成两个极相似的、对称的球状叶结构，称之为N叶和C叶，每一个叶片又分为两个结构域，即N-1、N-2、C-1、C-2^[7]，每一个叶片的结构域间形成一个裂缝，是铁离子的结合位点^[8,9]。不同来源的LF氨基酸序列都含有一个双重内部重复序列，如N末端序列与C末端序列有40%的一致性。此外，这些LF都能紧密可逆地结合两个Fe³⁺和两个CO₃^2－[10]。

1.2 LF在人体中的分布及含量

LF在人体中广泛分布，除乳汁外，在人体外分泌物中都存在少量的LF，如唾液、泪液、鼻分泌物、胃肠液、尿液和精液等，其中以母乳中的LF含量最高^[2,11,12]。另外，血液中的中性白细胞、骨髓、子宫内膜及胎盘也有检出少量LF的相关报道^[13]。国外的很多研究^[14-17]对早产儿和足月儿成熟母乳中的LF含量进行了大量的定量分析，结果显示，足月儿成熟母乳的LF含量范围从(1.25～4.59)mg/mL，早产儿成熟母乳的LF含量范围从(1.6～6.59)mg/mL。Rai等^[18]的研究表明，初乳中的LF含量约为(5～7)mg/mL，成熟的母乳中则为(1～2)mg/mL。血浆中的LF浓度较低，其来源主要由接受刺激的白细胞的中性粒细胞次级颗粒释放入血^[2]，其含量随着炎症过程而变化^[11]。正常人体内血浆中的LF浓度平均值为(0.5～1.5) µg/mL^[19]。Horiuchi Y等^[20]的研究表明，人体的内分泌活动会影响其LF水平，如孕期时LF的含量会升高，月经期也会对体内的LF含量产生一定程度的影响。

2 LF的生理功能

LF具有很多生理和生物学功能，尤其是在提高免疫力方面的功效已经得到各国科研人员的共识，很多研究已表明其与机体的抗菌活性、抗病毒功能和免疫调节功能等有关。

2.1 LF的抗菌活性

LF对许多细菌都有不同程度的抗菌作用，具有广谱抑菌性。LF的抑菌效果与LF自身的铁饱和度、靶细菌的铁需求量、体系内的盐类等很多因素有关。有研究证明，细菌生存环境的pH值也影响LF的抑菌效果。LF在中性pH条件下具有有较强的抗菌活力，当pH为7.4的时，LF的抑菌效果明显要比pH为6.8时明显；随着pH值的降低，抗菌活性逐渐减弱，而当pH低于6后，无抑菌效果^[21,22]。

很多研究对其作用机制进行了阐述。(1)LF的抗菌性得益于其较高的铁结合能力，而细菌的生长过程也需要大量的铁元素，LF能竞争和抑制细菌对铁源的利用，达到抗菌的目的^[23]。(2)对于革兰氏阴性菌来说，LF直接作用与细菌表面时，通过LF的阳性氨基酸基团与细菌外膜的阴离子物质脂多糖(LPS)结合，可以抑制LPS与环境中的其他阳离子(如Ca²⁺、Mg²⁺等)的结合，并导致LPS从细胞壁脱落，细菌细胞壁的通透性增加，造成细菌细胞发生凋亡，达到抑菌的效果，研究也证明了LF与LPS的交互作用也可增强天然抗菌剂(如溶菌酶)的抗菌性^[9,11,21,24]。而对于革兰氏阳性菌来说，LF的阳性基团可以细菌表面阴离子物质脂磷壁酸所带的负电荷发生反应，从而减少细胞壁所带的负电荷，导致溶菌酶与底层肽聚糖发生反应，发挥溶菌酶的抑菌作用

^[9,11,22]。

2.2 LF的抗病毒活性

近年来，国内外发表了大量的关于LF抗病毒特性的研究成果。研究表明，LF对裸的和包被的DNA和RNA病毒具有有效的抗病毒活性^[25]。LF主要作用于病毒感染的急性期，甚至细胞内阶段^[25]，通过多种途径干扰病毒细胞的吸附和侵袭^[4,13]。LF的抗病毒活性的途径主要表现为：(1)LF可干扰病毒的复制和合胞过程来抑制病毒的活性。VIANI^[26]等体外研究表明，在人血浆和牛奶中，LF可抑制宿主细胞中的病毒复制，从而抑制艾滋病(AIDS)病毒活性。Puddu^[27]等研究表明，LF具有具有高度选择性的抗病毒效应，并在病毒感染的早期阶段抗病毒过程中起着十分重要的作用。(2)LF可通过直接附着在病毒颗粒上或阻断其细胞受体来抑制病毒颗粒进入宿主细胞。Laetitia^[28]等研究表明，LF可干扰人类免疫缺陷病毒(HIV-1)的传播，通过阻断病毒与上皮细胞的结合，阻断其从树突状细胞向TCD4细胞的传递。Murphy^[29]等实验证明，在37℃温度条件下，病灶感染前用400μg/mL的LF处理1h后，48h后形成的汉坦病毒病灶为对照组的15%。

2.3 LF的免疫调节功能。

随着对LF研究的越发深入，大量的研究成果证实LF具有免疫调节功能，其通过作用于免疫细胞和细胞因子，发挥免疫调节作用。

LF的特异性免疫调节作用，与免疫细胞表面的特异性LF受体(LFRs)有关。Artym^[30]等研究表明，采用重组人乳铁蛋白(rhLF) vin-120治疗肠炎小鼠，小鼠体内调节T细胞的数量增加，同时激活调节性T细胞(Tregs)分泌IL-17缓解炎症，在体外对rhLF对CD4⁺细胞的作用进行检测，也证实了rhLF可诱导CD4⁺T细胞分化为Tregs，导致Tregs的数量增加。Shau^[31]等研究表明，LF可增强NK细胞和淋巴因子激活杀伤（LAK）细胞的细胞毒性功能；在NK或LAK细胞毒性试验开始时添加LF可显著增强NK和LAK活性；LF在低至0.75μg/mL的浓度下能有效地增强细胞毒性活性，高浓度的LF可诱导NK和LAK的增强。

LF与免疫细胞表面的LFRs结合，可以发挥其免疫调节功能，同时还能够调节机体内免疫细胞产生的细胞因子的水平。而在LF的免疫调节过程中细胞因子也发挥重要的作用。Drago-Serrano^[32]等的研究表明，LF作为一种脂多糖结合蛋白，可直接与嵌在细菌表面的LPS的lipidA结合，并促其释放，破坏细菌外膜的稳定性和通透性；同时在细胞中，游离的LPS也可与细胞膜上的sCD14结合，从而激活Toll样受体(TLR)4信号通路增加促炎介质的生成信号；乳铁蛋白竞争性结合了LPS和/或sCD14后，从而降低了LPS-sCD14的结合，阻断了TLR-4信号通路的激活和信号传导，促炎因子的分泌降低；LF-LPS复合物可能激活TLR4信号，导致促炎成分的表达。Puddu^[33]等研究表明，LF能促进巨噬细胞中IL-2的合成，IL-2可以引导巨噬细胞迁移到炎症部位，激活CD4⁺T淋巴细胞。

3 LF与其他牛乳蛋白质的相互作用

LF的等电点为8.0～8.5，是一种碱性蛋白质，带正电荷，在牛乳体系中会与带负电荷的蛋白发生结合，通过静电力作用相互结合形成大的复合物存在于牛乳体系中，该过程是可逆的。牛乳中带负电荷的蛋白包括，β-乳球蛋白(β-Lg)、免疫球蛋白(Ig)等。

β-Lg的等电点约为5.2，带负电荷。牛乳中，β-Lg表现为非共价二聚体的形式存在。Ye^[34]等研究发现，向LF中添加β-Lg，整个过程通过测定电势跟踪电势的变化过程，初期电势为正，随着β-Lg的加入电势逐渐降低，当LF和β-Lg结合饱和时，电势为零，继续添加β-Lg，电势继续降低，并变为负。LF与β-Lg结合后，形成β-乳球蛋白-乳铁蛋白(BLG-LF)复合物。在牛乳中，BLG-LF复合物的存在形式主要为LF(BLG₂)₂，同时，BLG-LF复合物的形成需要适宜的条件，如pH值、离子强度、总蛋白质浓度、LF与β-Lg化学计量比等^[35]。可通过调整其环境因素，控制BLG-LF复合物的形成，促使LF与β-Lg发挥相应的功能性作用。

Ig是牛乳清蛋白中的一种，其等电点较高，为5.5～8.3。牛乳中Ig分为5钟类型，分别为IgG、IgM、IgA、IgE和IgD，其中IgG的含量最高。IgG又分为IgG₁、IgG₂、IgG₃和IgG₄4个亚类。Butler^[36]研究发现，在适宜的条件下，LF和IgG₂可逆地结合成LF-IgG₂复合物。通过改变相关条件，能调整LF-IgG₂复合物的稳定性，发挥LF和IgG₂相应的生理作用。

4 结语

随着研究的深入，LF的许多生理功能已被世界公认，在食品领域，特别是在婴幼儿配方食品和功能食品中得到了广泛的应用，极大限度的推动了LF的更深层次的研究，其在健康食品、药品等领域的应用也越来越受到各国学者的重视。随着这次全球范围的新冠疫情的爆发，及疫情防控常态化状态的持续，人们对健康产业，特别是免疫产品的关注也会越来越多。LF因其免疫调节、抗病毒抗菌的生理特性必将使其成为市场的宠儿，应用前景将更加广阔。

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