乳铁蛋白

取自 食品百科全书

乳铁蛋白（Lactoferrin，LF）1939年Sorensen等人在分离乳清蛋白时得到一种红色蛋白，Polis等人在分离Lp时也得到部分纯化的红色蛋白，但至1959年Groves用色谱得到纯的红色物质后,才确认这种红色物质是一种含铁蛋白质,称之为乳铁蛋白，因与铁结合而呈红色，又称红蛋白。

在发现之初， LF被认为是一种与铁的转运和存储有关的蛋白质，所以又称乳转铁蛋白。进一步研究表明，LF是一种分子量为70－80kD的糖蛋白，广泛存在于乳汁、唾液、泪液等外分泌液或血浆、中性粒细胞中。它在人类初乳中含量最高，可达6g／L，在常乳中浓度为1－2g／L，牛乳中的含量比人乳中少得多，泌乳中期的含量仅为0．7g／L，狗乳中则不含LF。

1 乳铁蛋白的分子结构

人和牛LF的一级结构具有高度的相似性，二者同源性高达69％。人的LF一级结构是由703个氨基酸残基组成的。由已确定的人LF的完整高级结构和牛LF的部分高级结构相比可见，LF的二级结构是由α一螺旋和β一折叠交替排列组成的。Anderson等用X射线分析法测定了结晶状态下的人 LF二级结构的组成，徐跃用傅氏转换红外线光谱仪测定了重水溶液和粉剂状态下的脱辅基牛LF的二级结构组成，两个结果显示，人和牛的 LF二级结构以α一螺旋和β一折叠结构为主（70％以上），同时，α一螺旋多于β－折叠。Baker等用X射线分析法建立了人LF的完整立体结构，发现人LF的立体结构包括两个结构基本相同的叶，N端的叶叫N叶，由l－332个氨基酸残基组成；C端的叶叫 C叶，由 334－703个残基组成。每个叶又包括两个结构域和一条裂隙，裂隙是结合Fe3＋的部位，每个LF可以结合两个Fe3＋和两个碳酸根离子。LF是糖蛋白，所有的LF分子都含有基本结构为双杈状的多聚糖，该多聚糖与肽链上的天冬氨酸残基相连，不同来源的LF多聚糖在结构和组成上仅有细微的差别。

2 乳铁蛋白的功能和作用机理

2．1 乳铁蛋白的结合功能

LF可以与许多物质结合的属性是其多种生物学功能的基础。LF不但可以结合铁离子，而且可与许多过渡金属如 Cu2＋、 Ca2＋、 AI3＋“等结合，只是结合的不如铁那样牢固；LF可以与许多蛋白质和DNA结合，已报道的有酪蛋白、白蛋白、免疫球蛋白A和溶菌酶以及β一乳球蛋白。最新的研究表明，LF可从血清中进入细胞，再进入细胞核结合在DNA、RNA的特定序列上活化转录，并且有铁LF比无铁LF的结合力更强。LF还可与细胞结合从而发挥其抗癌。抗微生物的作用。许多细胞如肠细胞、淋巴细胞、血小板及乳房上皮癌细胞和许多微生物细胞外膜中都含有人LF受体。却the等（1988研究发现，LF与受体结合的部位是其N一叶上的4－52氨基酸序列，而人和牛的LF中4－52这部分氨基酸的构象是重叠的，二者可竞争性结合同一受体。

2．2乳铁蛋白的抗病毒和微生物功能

肝细胞病毒C（HCV）是一种有囊膜的单链RNA病毒，它可以引起慢性肝炎、肝硬化。肝癌。LF可通过结合于肝病毒C的囊膜蛋白上阻止病毒与靶细胞结合。轮状病毒感染最容易引起初生婴儿和儿童的非细菌性胃肠炎，全世界每年平均有一百万儿童死于轮状病毒感染。轮状病毒（ Rotavirus）的基因组是包裹在3层衣壳内的10段不同的RNA片段。Superti等1997年研究发现，LF可阻止病毒吸附于靶细胞上从而防止感染，而且在病毒进入靶细胞后，LF仍然有抗病毒效果，但具体机理目前尚不清楚。LF在体外没有直接抗FCV（Friend virus comPlex）感染的效果，因此其作用机制可能是作为一个转录因子促进骨髓组织生成（Fleet，1995）。LF对HIV病毒也有抑制作用，Defer，Muller等发现爱滋病患者的血浆、唾液中LF水平明显下降，所以他们更容易感染其它疾病。Viani等1999年报道，LF与叠氮磷基结合后能够增加 LF抗 HIV效果。 LF对 HIV的作用主要发生在感染的早期，可能是在病毒吸附到靶细胞上时，如果在感染后给药，给药越晚LF的作用越弱，而且金属元素饱和的LF对HIV病毒的作用比空白LF的作用弱，其原因尚不清楚。除此之外，LF抑制 herpes simplex virus（HSV）、 cytomegalovlrus（CMV）等病毒。几乎所有的研究都表明，LF阻止病毒感染细胞不是在感染后阻止病毒复制，而是直接结合于 HCV， Polio和轮状病毒、HSV以及 HIV病毒粒子上而阻止其感染靶细胞。另～种作用机理是，LF结合于细胞表面的病毒受体上阻断病毒和靶细胞的结合。也有研究表明，IJF无直接的抗病毒效果，而是通过间接地调节免疫系统的抗病毒反应来达到抗病毒的月的。但是有趣的是LF的衍生肽段如 LFcin对大多数实验病毒无抑制活性。 铁离子是几乎所有细菌生长所必需的物质（是细菌生物氧化酶所必需的），而LF能够夺取细菌生长所需的Fe3+。嗜中性粒细胞是含LF最多的细胞，在未释放到血液中时LF未结合铁离子，当释放到血液中后便有较强的结合铁离子的能力，因而具有较强的抑菌作用。有研究表明当培养基中加入Fe3+时，随Fe3+浓度的加大抑菌作用减弱，当加入过量的Fe3+抑菌作用完全消失，这证明LF通过与细菌竞争铁离子达到抑菌的目的。也有研究者认为，LF通过与细菌竞争结合位点来抑制细菌。 LF还具有直接的杀菌能力，但具体的杀菌机理目前还不十分清楚。Ellison等报道，LF可粘附于细菌胞膜通过改变膜的通通性而使细菌死亡。Ellison等报道LF可以导致革兰氏阴性菌外膜中脂多糖的释放从而改变胞膜的通透性。Tomita等人和山内恒治等人发现，LF经酸性蛋白酶降解的产物，其抗菌活性要比LF高出20倍，从此降解物中可分离出比LF的抗菌活性高400倍的多肽，这说明LF可在胃肠道消化过程中继续发挥作用，而且作用更强。 Tomita等认为 LFcin B N端 17－41氨基酸残基之间的肽段是承担其抗菌活性的主要部分。这一多肽就是前文提到的乳铁多肽素（LFcin）。LFcin不螫合铁离子并且比天然的LF抗原性低，目前研究较多的是 LFcin B。据报道，LFcin B对革兰氏阴性和阳性病原菌都有作用，如大肠杆菌、肠炎沙门氏菌、肺炎克氏杆菌、普通变形菌、结肠炎耶氏森氏菌、绿脓杆菌、弯曲杆菌、金黄色葡萄球菌、白喉杆菌、单核细胞增生利斯特氏菌、产气荚膜梭菌等。但它对双歧杆菌这样的有益菌不但没有损害反而有益生作用。然而，研究发现， LF和LFcin的杀菌作用会因为Ca2＋、Mg2＋等阳离子的存在而降低或消失。Na＋、K＋对LFCin电荷的影响较大，会导致其活性减弱或丧失。LF还具有杀真菌的能力，对于假丝酵母属作用研究报导的较多。这些抗细菌和真菌活性不仅仅靠夺取病原体微环境中的铁离子，而且还通过以其N一端结合细菌和真菌的细胞壁破坏细胞膜，导致细胞内容物的泄露来杀死它们。

2．3乳铁蛋白的免疫调节功能

据报道，LF可以促进中性白细胞或巨噬细胞的杀菌作用和吞噬作用，对NK细胞的活性和淋巴细胞、中性白细胞的繁殖具有调节作用。在一般情况下，血清中含有 LF 0．30－0．5μg/mL，但一旦发生感染，LF将从活化的嗜中性粒细胞中释放到血液中，而且放出量可增加到平时的20倍，因此LF可被视为抗炎因子。据日本的角田研究小组报告，他们用鱼类试验LF的防御感染效果，将金鱼预先用添加 0． 4％ LF的饵料分别饲喂 3天和14天，再和患白斑病的金鱼一起用普通饵料饲喂10天，结果对照组的存活率为20％，而预先用添加LF饵料饲喂3天的组存活率为60％，预先饲喂14天的组存活率为80％。在口服LF对金鱼血液性状影响的试验中，发现淋巴球数随着饲喂天数的延长而增多。另据报道，试验组和对照组小白鼠分别用添加了 0． 08％ LFcin的饲料和普通饲料饲喂 10天以后，使之感染耐甲氧基苯青霉素金黄色葡萄球菌，再用同样饲料饲喂20无，比较它们的存活率，结果试验组存活率明显提高。

2．4乳铁蛋白的抗氧化功能

人和牛的LF都已被发现有抑制脂质过氧化的作用（Shinmoto，等），因此用作食品和饲料添加剂可以起到抗氧化剂的作用。

2．5乳铁蛋白的其它功能

除了上文提及的功能以外，LF还有抗癌细胞功能；抑制胆固醇积累的功能；最近的研究还发现，LF可作为基因转移的活化剂和动物细胞促生长因子。3 展望由于LF固有的抗病毒活性，用作药物载体它们可以将药物直接运达靶细胞从而减少用药量，降低毒副作用。由上可见，乳铁蛋白具有广泛而独特的生物学功能和理化特性，在饲料工业中应用前景十分广阔，比如 LF可耐受较高温度，使之在饲料加工过程中不易变性失活；它促进铁的转运和吸收，可以治疗仔猪贫血；它具有广谱的抗菌、抗病毒作用，可用来预防和治疗仔猪腹泻；它具有调节免疫系统活性的作用，增强家畜对疾病的抵抗力；它具有抗真菌和抗脂质氧化作用，可用作防霉剂和抗氧化剂。但是由于乳铁蛋白价格昂贵，目前尚未见到有关乳铁蛋白用于畜禽试验的报告。可是我们有理由相信，随着工业化生产方法的成熟，乳铁蛋白及其水解产物应用于饲料添加剂亦为期不远了。

深入研究发现，LF是一种具有多种生物学功能的蛋白质，它不仅参与铁的转运，而且具有抗微生物、抗氧化、抗癌。调节免疫系统等功能，被认为是一种新型的抗菌抗癌药物和极具开发潜力的食品和饲料添加剂。

乳铁蛋白有多种生物活性，归纳起来有以下几方面： 　　１、抑菌作用 　　２、吞噬细胞功能效应 　　３、细胞生成调节功能 　　４、补体活性调整 　　５、影响NK和ADCC活性 　　６、调节发炎瓜，抑制感染部位炎症 　　７、还原溶菌酶再生的刺激效应 　　８、在肠道中铁吸收的刺激和回归 　　９、抗病毒效应 　　１０、生物活性单体 　　１１、对牛瘤胃中微生物的控制 　　１２、缺铁乳铁蛋白抗氧化作用 　　１３、淋巴细胞的生长刺激 　　１４、颗粒细胞、嗜中性粒细胞的调整 　　１５、双歧杆菌的生长刺激 　　１６、对补体溶血活性的阻碍作用 　　１７、对单核白血球的白血球迁移因子生成的促进作用

乳铁蛋白的生物活性受多种因素的制约，盐类、铁含量、pH、抗体或其它免疫物质、介质等影响其生物活性。

在各种Lfcin中，牛乳的Lfcin(LfcinB)抗菌活性最强，而人的Lfcin(LfcinH)来源特殊，因此成为主要的研究对象。LfcinB来源于牛乳铁蛋白的第17-41位氨基酸，由25个氨基酸残基组成，氨基酸顺序为：

Phe-Lys-Cys-Arg-Arg-Trp-Gln-Trp-Arg-Met-Lys-Lys-Leu-Gly-Ala-Pro-Ser-Ile-Thr-Cys-Val-Arg-Arg-Ala-PheH[4]，包括5个Trp、3个Lys和多个芳香族氨基酸残基，具有强碱性，pI>8.5，分子量3100Da，其中的2个Cys通过形成分子内二硫键使LfcinB一分子呈不完全的桶状，但研究表明，二硫键在抗菌过程中作用不大，被破坏后LfcinB的抗菌活性并不减弱[5]。LfcinH来源于人乳铁蛋白的1-45位氨基酸，11与12位氨基酸残基之间的肽键断裂，两个肽片段靠二者间的二硫键连接成为一个分子。

LfcinB具有广谱抗菌活性，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有效，同时具有抗真菌、抗病毒、刺激细胞生长、参与免疫调节等多种生物学功能。

相关的研究报告指出，乳铁蛋白具有多种生理功能，包括：

1.抗菌作用：乳铁蛋白螯合铁离子的能力为一般运铁蛋白的260倍，可抢走细菌的铁质，使细菌因缺铁而无法繁殖，但对于体内有益菌（如比菲得氏菌）反而可促进生长。

2.防止肠胃炎发生：乳铁蛋白可保护消化道黏膜，避免被破坏，减少肠胃之感染。

3.调节免疫功能：乳铁蛋白可促进其他免疫因子之产生，如IgM免疫球蛋白、T-淋巴球及B-淋巴球细胞。

4.促进铁质吸收：动物实验显示，乳铁蛋白可帮助铁质吸收，对于贫血有改善作用。

5.抑制脂肪过氧化作用：在脂肪过氧化作用中，需要含铁复合物或铁离子参与，乳铁蛋白此时扮演着一种强的抗氧化剂角色，可抢走与脂肪过氧化作用有关的铁质，抑制脂肪的过氧化作用发生。

乳铁蛋白的应用

宝宝出生3～6个月后，来自母体的免疫球蛋白已降至最低。 此后宝宝必须靠自体免疫系统来对抗外来病原，此时适当补充乳铁蛋白可帮助强化宝宝抵抗力、减少肠胃感染及促进铁质之利用，目前的食品科技已能安全地将乳铁蛋白添加于婴幼儿食品中来补充，且经证实具有多种生理功能，对于宝宝营养的补充提供了另一种选择。