陳立平，趙 平，任廣旭，王 靖，覃 瑞，劉 虹

（1.中南民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074；2.農(nóng)業(yè)部食品與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展研究所，北京 100081）

乳鐵蛋白是一種鐵糖結(jié)合蛋白，主要存在于動(dòng)物的初乳中，在分類(lèi)上屬于轉(zhuǎn)鐵蛋白家族[1]。乳鐵蛋白在動(dòng)物非特異性免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，因此乳鐵蛋白的研究和開(kāi)發(fā)利用已成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。乳鐵蛋白不但在自然免疫中發(fā)揮著重要作用，而且具有促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)、抗微生物活性、抗炎癥、抗癌癥等功能，根據(jù)乳鐵蛋白的功能可以看出其應(yīng)用前景廣闊。對(duì)乳鐵蛋白的應(yīng)用進(jìn)行了充分論述，以期為實(shí)際應(yīng)用乳鐵蛋白提供一些理論基礎(chǔ)。

1 乳鐵蛋白的生物學(xué)特征

1.1 乳鐵蛋白的結(jié)構(gòu)

乳鐵蛋白是一種具有多種生理功能的鐵糖結(jié)合蛋白，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)非常復(fù)雜，其分子體是約700個(gè)氨基酸的多肽鏈，它可折疊成2個(gè)球形葉片，其中一端是氨基末端葉片，另一端是羧基末端葉片。每個(gè)葉片結(jié)構(gòu)都含有鐵離子和碳酸氫根結(jié)構(gòu)，并可以高度親和且可逆地與鐵結(jié)合[2]。乳鐵蛋白中的鐵元素存在于由氨基酸組成的結(jié)構(gòu)域中，并且裂縫可以通過(guò)葉子的結(jié)構(gòu)變化而處于打開(kāi)或關(guān)閉的狀態(tài)，并且當(dāng)鐵離子與多肽鏈結(jié)合時(shí)，裂縫會(huì)閉合。

1.2 乳鐵蛋白的來(lái)源

哺乳動(dòng)物的乳汁含有很多乳鐵蛋白，還有少量存在于體液分泌物中，如唾液、眼淚和鼻腔分泌物、膽汁或者血漿[3]。骨髓、子宮內(nèi)膜及胎盤(pán)、血液中的中性白細(xì)胞也含有少量乳鐵蛋白[4]。目前的研究中主要是從乳汁中提取乳鐵蛋白，工藝流程為牛乳→脫脂牛乳→乳清→粗蛋白→乳鐵蛋白，或者用重組表達(dá)系統(tǒng)獲得乳鐵蛋白。據(jù)報(bào)道，乳鐵蛋白的重組表達(dá)系統(tǒng)有細(xì)菌表達(dá)系統(tǒng)、真菌表達(dá)系統(tǒng)，以及轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、轉(zhuǎn)基因植物和動(dòng)物細(xì)胞系的表達(dá)系統(tǒng)[5]。例如，大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)、巴斯德畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)、CHO細(xì)胞系表達(dá)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)基因羊都可以獲取不同濃度的乳鐵蛋白，但總體來(lái)說(shuō)乳鐵蛋白的表達(dá)量較少[6]。因此，更高效重組表達(dá)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有重要意義，以滿(mǎn)足乳鐵蛋白的潛在市場(chǎng)需求。

2 乳鐵蛋白的生物學(xué)功能

乳鐵蛋白的生物學(xué)功能可歸納為以下幾個(gè)方面。

2.1 參與鐵代謝，促進(jìn)鐵吸收

乳鐵蛋白可以穩(wěn)定還原態(tài)的鐵離子，提高腸道細(xì)胞對(duì)鐵的利用率，減少鐵離子對(duì)腸道的刺激[7]。乳鐵蛋白可調(diào)節(jié)腸黏膜細(xì)胞對(duì)鐵元素的吸收，平衡人體內(nèi)鐵的穩(wěn)定態(tài)。

（1）乳鐵蛋白可以減緩鐵離子對(duì)腸道的刺激作用。一方面乳鐵蛋白對(duì)鐵離子進(jìn)行螯合，另一方面食用乳鐵蛋白后可以減少機(jī)體對(duì)鐵離子的進(jìn)食量，從而減少鐵離子對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的不良反應(yīng)[8]。

（2）運(yùn)輸及促進(jìn)鐵離子吸收。在中性條件下的鐵離子不溶于水，幾乎不被生物體吸收利用，乳鐵蛋白可以結(jié)合鐵離子，改變鐵離子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)機(jī)體細(xì)胞對(duì)鐵離子的吸收，補(bǔ)充機(jī)體內(nèi)的鐵元素。因此，乳鐵蛋白是一種非常好的補(bǔ)鐵劑。

2.2 抗微生物功能

抗菌活性是乳鐵蛋白最重要的作用，乳鐵蛋白對(duì)許多細(xì)菌都具有不同程度的抑制和殺傷作用[6]。它的作用機(jī)制有以下幾點(diǎn)：

（1）乳鐵蛋白是一種廣譜抑菌劑，因?yàn)槠渚哂泻芨叩蔫F結(jié)合能力，通過(guò)搶奪細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中的重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)鐵元素，使細(xì)菌停止生長(zhǎng)或死亡，從而降低細(xì)菌的濃度[9]。

（2）乳鐵蛋白破壞了細(xì)菌細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，引起微生物死亡。其作用機(jī)理是乳鐵蛋白N端可以與細(xì)菌細(xì)胞膜上的特異性區(qū)域結(jié)合，使細(xì)胞膜的脂多糖流出，增加細(xì)胞膜的通透性。

（3）乳鐵蛋白在非特異性免疫中發(fā)揮重要作用。通過(guò)激活巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞的吞噬功能，抑制巨噬細(xì)胞的表達(dá)，發(fā)揮抗微生物活性的作用。

（4）抗真菌作用。乳鐵蛋白直接與真菌細(xì)胞結(jié)合，以特殊的方式殺死真菌，許多文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)腸道耐甲氧苯毒霉素金黃色葡萄球菌，以及引起消化道疾患的幽門(mén)螺旋桿菌等都有抗菌作用[5]，但這種殺菌的作用機(jī)制還有待研究。

（5） 乳鐵蛋白調(diào)節(jié)腸道菌群，保護(hù)機(jī)體健康。腸道菌群是機(jī)體健康的主要防御系統(tǒng)，乳鐵蛋白一方面抑制有害細(xì)菌的生長(zhǎng)，另一方面刺激嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌的生長(zhǎng)，從而提高腸道有益菌的濃度[10]。乳鐵蛋白具有篩選或調(diào)節(jié)新生兒腸道菌群、保護(hù)新生兒腸道的作用。

全體人員集中觀看了反腐倡廉警示教育電視專(zhuān)題片，聽(tīng)取了服刑人員現(xiàn)身說(shuō)法，“零距離”了解觸目驚心的案例。現(xiàn)場(chǎng)每位黨員干部在鮮活的案例與深刻的教訓(xùn)面前反思和警醒，接受靈魂洗禮和心靈凈化，思想受到強(qiáng)烈沖擊。

2.3 抗病毒作用

乳鐵蛋白不僅具有抗微生物功能，也有抗病毒作用。研究表明，乳鐵蛋白是一種廣譜抗病毒劑，抗病毒活性主要作用于病毒感染的早期階段，并通過(guò)不同方法干擾靶細(xì)胞的吸附和侵襲。乳鐵蛋白抗病毒作用的主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）乳鐵蛋白直接結(jié)合病毒顆粒，抑制其對(duì)靶細(xì)胞的入侵。

（2） 乳鐵蛋白結(jié)合靶細(xì)胞表面的病毒受體結(jié)構(gòu)，從而切斷病毒與靶細(xì)胞的結(jié)合途徑。

（3）乳鐵蛋白通過(guò)抑制病毒進(jìn)入靶細(xì)胞后的病毒自我復(fù)制過(guò)程，發(fā)揮抗病毒作用。

（4） 乳鐵蛋白屬于非特異性免疫分子的激活劑，可以增強(qiáng)免疫細(xì)胞的殺傷作用，提高機(jī)體的抗病毒作用，抵抗病毒對(duì)人體引起的不良反應(yīng)[11]。

乳鐵蛋白抗病毒活性的主要作用特點(diǎn)有：①乳鐵蛋白結(jié)合鐵離子的特性與抗病毒作用沒(méi)有關(guān)系；②乳鐵蛋白抗病毒活性主要作用于病毒感染的早期階段；③乳鐵蛋白的濃度越強(qiáng)，抑制病毒活性的作用也就越強(qiáng)；④乳鐵蛋白是一種廣譜抗病毒劑，對(duì)各種病毒都有不同程度的抑制作用。

3 乳鐵蛋白的多重應(yīng)用

乳鐵蛋白的廣泛生物學(xué)功能決定了其在化妝品、食品、動(dòng)物生產(chǎn)、醫(yī)療等領(lǐng)域中的應(yīng)用，可作為抗氧化劑、免疫促進(jìn)劑、補(bǔ)鐵劑、藥物載體等。

3.1 乳鐵蛋白在化妝品中的應(yīng)用

乳鐵蛋白是人體內(nèi)一種天然物質(zhì)，具有廣泛的抗菌、抗炎、抑制黑色素和促進(jìn)膠原蛋白形成等作用，因此可作為有效成分用于化妝品制劑的開(kāi)發(fā)利用[12]。美白化妝品的開(kāi)發(fā)利用中，原料在加工過(guò)程中具有一定穩(wěn)定性，而乳鐵蛋白具有極高的穩(wěn)定性，可用作原料進(jìn)行加工制成美白劑。有研究表明，用乳鐵蛋白在動(dòng)物皮膚模型上做美白功能的鑒定，乳鐵蛋白可以減少黑色素的形成，并且抑制黑色素的能力和乳鐵蛋白的含量成正比例關(guān)系，這表明乳鐵蛋白可以被皮膚吸收，從而起到美白的作用。乳鐵蛋白可以促進(jìn)人體內(nèi)成骨細(xì)胞的膠原蛋白合成，彌補(bǔ)機(jī)體由于年齡因素、環(huán)境因素而造成的膠原蛋白的流失，對(duì)人體皮膚起到美白的效果[13]。乳鐵蛋白的美白效果顯著，應(yīng)用化妝品前景廣闊，但是其分子作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3.2 乳鐵蛋白在食品中的應(yīng)用

目前，市場(chǎng)上含有乳鐵蛋白的產(chǎn)品豐富多樣，包括酸奶、脫脂乳、保健食品和發(fā)酵乳制品等眾多產(chǎn)品。在20世紀(jì)末期，日本的乳制品公司就開(kāi)始生產(chǎn)并銷(xiāo)售含乳鐵蛋白的嬰幼兒配方奶粉，乳鐵蛋白添加到嬰幼兒奶粉中的益處很多，包括促進(jìn)對(duì)鐵的吸收、改善腸道菌群等作用[14]。在臨床和動(dòng)物試驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí)這些含有乳鐵蛋白的產(chǎn)品對(duì)健康十分有益。日本、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)流行在發(fā)酵乳制品、嬰幼兒食品、大豆蛋白制品、肉品中添加乳鐵蛋白，補(bǔ)充乳鐵蛋白，增強(qiáng)機(jī)體的免疫力，預(yù)防機(jī)體患病毒性感冒、腸道感染等疾病。

3.3 乳鐵蛋白在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

乳鐵蛋白添加到母豬的飼料中，母豬可以獲得大量的內(nèi)源性乳鐵蛋白，可減少仔豬發(fā)生缺鐵性貧血的概率，提高仔豬的免疫力，促進(jìn)仔豬的生長(zhǎng)。在仔豬的日糧中加入乳鐵蛋白，能夠改善仔豬腸道微生物菌群、防止腸道腹瀉、增強(qiáng)仔豬腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力。添加乳鐵蛋白的飼料可以防止飼料被氧化分解，同時(shí)增強(qiáng)飼料的營(yíng)養(yǎng)成分[15]。乳鐵蛋白還具有在飼料高溫加工過(guò)程中較好地保持其生理功能的作用，因此能夠用作綠色飼料添加劑應(yīng)用于動(dòng)物的飼養(yǎng)。

3.4 乳鐵蛋白與阿爾茨海默癥

乳鐵蛋白不僅調(diào)節(jié)機(jī)體鐵代謝，對(duì)機(jī)體的抗炎和抗氧化也具有重要作用。乳鐵蛋白受體存在于細(xì)胞膜表面，分子量在105 kDa左右，常見(jiàn)的靶細(xì)胞包括黏膜上皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等，金黃色葡萄球菌和假單胞菌等細(xì)菌。乳鐵蛋白與細(xì)菌細(xì)胞表面受體結(jié)合，可激活胞內(nèi)相關(guān)信號(hào)通路或通過(guò)內(nèi)吞作用入核，參與機(jī)體免疫和抑菌等功能。有研究證實(shí)，乳鐵蛋白受體在帕金森病患者腦的神經(jīng)元和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)量大，乳鐵蛋白與其結(jié)合抑制朊蛋白的傳播；乳鐵蛋白這種作用提示其對(duì)神經(jīng)退行性疾病防治的潛在應(yīng)用價(jià)值[16]。

4 乳鐵蛋白的安全性評(píng)價(jià)

基于乳鐵蛋白的多種生物學(xué)活性，開(kāi)發(fā)乳鐵蛋白的多重應(yīng)用最關(guān)鍵的是乳鐵蛋白的安全性，因此許多研究者對(duì)乳鐵蛋白的安全性評(píng)價(jià)進(jìn)行了一系列研究。這些研究表明，對(duì)乳鐵蛋白的物理毒性進(jìn)行鑒定，乳鐵蛋白對(duì)細(xì)胞沒(méi)有明顯的毒性作用；重組人乳鐵蛋白皮膚變態(tài)反應(yīng)試驗(yàn)和皮膚光變態(tài)反應(yīng)試驗(yàn)的研究成果表明，受試物未見(jiàn)引起皮膚紅斑、水腫等過(guò)敏癥狀反應(yīng)；重組人乳蛋白對(duì)大鼠的致畸效應(yīng)中，檢查其對(duì)胚胎發(fā)育和胎鼠外觀畸形的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照組差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，重組人乳蛋白無(wú)致畸形。綜上所述，乳鐵蛋白是一種功能多樣、安全性高、對(duì)人體有較大益處的鐵糖結(jié)合蛋白。

5 乳鐵蛋白應(yīng)用前景展望

綜上所述，乳鐵蛋白的抗菌、抗病毒、與鐵結(jié)合能力強(qiáng)等諸多活性受到了社會(huì)的廣泛認(rèn)可，其應(yīng)用在食品、化妝品、動(dòng)物生產(chǎn)、醫(yī)療等領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代生活水平的提高，人們將目光更多地集中在保健食品，這使乳鐵蛋白的開(kāi)發(fā)利用成為研究熱點(diǎn)。但目前乳鐵蛋白的提取量較少，需要開(kāi)發(fā)更高效的工業(yè)生產(chǎn)方法，以獲取乳鐵蛋白。

乳鐵蛋白的氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)及其抗菌、抗病毒的分子機(jī)制已被許多研究者報(bào)道，其為基因重組系統(tǒng)表達(dá)乳鐵蛋白提供了基礎(chǔ)。對(duì)乳鐵蛋白安全性的進(jìn)一步研究，是將乳鐵蛋白應(yīng)用于其他領(lǐng)域的關(guān)鍵一步。利用基因工程技術(shù)改造乳鐵蛋白，提高乳鐵蛋白的抗氧化、抗菌、抗病毒能力，將其應(yīng)用在生活中的各個(gè)方面，以滿(mǎn)足人們提高生活品質(zhì)的需求，這是應(yīng)該深入研究的內(nèi)容。