汪强

关键词: 乳铁蛋白 分子结构 理化性质 功能特性 应用进展

乳铁蛋白（1actoferrin，LF），是一种主要存 在于大多数哺乳动物乳汁中的铁结合糖蛋白[1]，属于转 铁蛋白家族[2]。 1960 年首先由 Groves 从牛乳当中分离 获得，因与铁结合呈红色，故又被称为 “红蛋白”[3]。 大量研究表明，LF 具有促进铁吸收、广谱抗菌、增强 免疫、抗病毒、抗 癌[4~8] 等生物 学功能 ；还具 有 DNA 酶、RNA 酶、低聚寡糖水解酶、ATP 酶以及磷酸酯酶 等多种酶的活性[9]。LF 多种功能的发现，使其研究非 常活跃，已成为食品界和乳品行业关心的热点问题。

1 .乳铁蛋白的分子结构 1.1氨基酸组成

乳铁蛋白多肽链约由 700 个氨基酸组成，一般含 2 － 4 条多聚糖侧链。多肽链氨基酸组成中 Arg 和 Lys 含量较高，除含有少量 Cys，几乎不含其它含 硫氨基酸［4］。不同物种来源乳铁蛋白氨基酸序列 同源性高，分析 9 个物种( 人、牛、野牛、骆驼、山羊、 绵羊、马、小鼠和猪) LF 氨基酸序列［5］发现，人、小 鼠和牛的同源性较高。其中，人和小鼠同源性达70% ，人和牛的达 69% ，小鼠和牛的达 63% 。

1.2结构域

LF 二级结构主要由 α-螺旋和 β-折叠交替排 列组成，α-螺旋多于 β-折叠［6］。X 射线所测人 LF 溶液和晶体三维结构［4］显示，在二级结构基础上 折叠形成的高级结构是两个极其相似且对称的球 状叶，即 N-叶( 1 － 333 ) 和 C-叶( 345 － 691 ) ; 两叶 序列同源性约 40 % ，这可能是生物进化中基因重 复复制所致［7］。N-叶和 C-叶均由两个 α / β 亚结构域组 成，称 为 N1 、N2 、C1 、C2 亚 结 构 域，N1 与

N2 、C1 与 C2 亚结构域之间深裂隙为 Fe3 + 结合位 点。N-叶和 C-叶之间由一条约含 10 － 15 个氨基 酸残基且对蛋白酶敏感的 α-螺旋连接。人乳铁蛋 白( hLF) 连接区( 334 － 344 ) 对 N-叶和 C-叶铁结 合结构域的开闭起重要作用，具稳定铁结合结构 的作用。N-叶和 C-叶间无共价键连接，主要依赖 两叶间疏水作用维持空间结构稳定性。这种由两 个球状叶，4 个结构域构成的分子结构是转铁蛋白 家族成员分子动力学特点的结构基础［4］。

1.3铁结合结构域

LF 位于 N-叶和 C-叶的 Fe3 + 结合配基是高度 保守的，均由 2 个酪氨酸、1 个精氨酸和 1 个组氨 构象细微差异引起的能量变化所造成，这种能量变

化帮助实现铁结合结构域的开或闭。同时 LF 分子 构象的变化仅是亚结构域相互移动，并不影响分子 表面特性，不会破坏其表面的一些大分子结合位点。

2. 乳铁蛋白的基本简介 2.1乳铁蛋白的理化性质

牛乳 LF 的等电点 pH 为 8.2 左右， 较之人 LF 高 2 个 pH 单位，这使之易于同具酸性特征的组分 结合。 根据 LF 结合 Fe3+的多寡，可将其分为缺铁型 乳铁蛋白（apoLF）、铁 半饱和型乳 铁蛋白 和 铁 饱 和高温处理对牛乳铁蛋白是不利的 。

2.2乳铁蛋白的生物学功能 2.2.1抗菌作用

1972 年，Bullen 等首先提出 LF 的抑菌作用。 LF 属广谱抑菌剂，既抑制需铁革兰氏阴性菌，也抑制 需铁革兰氏阳性菌，但基本不抑制对铁需求不高的 细菌，如乳酸菌等[15~17]。 2.2.2结合作用

乳铁蛋白可以结合铁、铜、钙离子等，而且可与 许多蛋白质和 DNA 结合，如酪蛋白、白蛋白、免 疫 球蛋白和溶菌酶等。 很多细胞的表面都有乳铁蛋白 的受体，乳铁蛋白和这些细胞结合后能够发挥抗癌、 抗微生物的作用[18，19]。

2.2.3乳铁蛋白调节机体免疫反应

乳铁蛋白具 有调节巨噬 细胞活性和 刺激淋巴型乳铁蛋白（HoloLF）三种形式[11]。 不同形式的 LF 具 细胞合成的能力，而且嗜中性粒细胞是含乳铁蛋白有不同的抗变性能力，其抗巴氏杀菌热变性能力依

次为 HoloLF＞铁半饱和型乳铁蛋白＞apoLF[12]。 LF 的 抑菌效果与 pH 值密切相关，研究表明，LF 在中性 pH 下具备较强活力。 体系的 pH 为 7.4 时，效果明显强 于 pH6.8，当 pH＜6 时，则基本无抑菌作用。 热稳定 性的结果表明，随着温度的提高，牛乳铁蛋白的稳 定性有所下降。 虽然在 65℃处理 15min、72℃处理15s、82℃处理 15s，牛乳铁蛋白没有发生显著的降解 2.2.4 抗病毒

乳铁蛋白可以抑制 HIV 和细胞巨化病毒、疱疹1 和 2 型病毒、肝炎病毒、流感病毒和旋病毒等。 乳 铁蛋白抑制病毒的机制不是很清楚，可能是其能与 病毒结合或与宿主细胞结合，从而阻断病毒与宿主细胞的结合。

2.2.5 抗氧化

脱铁 LF 结合 Fe3+，可抑制由铁引起的脂质氧化， 阻断氧自由基生成。 试验证实，在 pH7.4 的 NaCl 溶 液中，饱和度为 20% 的 LF 能抑制牛脑磷脂脂质体 的磷脂过氧化反应，而同样体系中，不同铁饱和度 的白蛋白均不能抑制该反应 2.2.6 同药物的协同作用

研究显示，LF 同多种抗生素和抗病毒药物协同 作用，减少药物用量，降低抗生素或抗病真菌制剂 对人体肝、肾功能的损害，同时增强体内微生物对 药物的敏感性[24]。 2.2.7 抗感染活性

LF 可增强单核细胞对微生物的吞噬和对细胞 内寄生菌的杀伤作用。LF 虽不能增强中性粒细胞对 微生物的吞噬，但可增强其胞内杀菌活性。 此外，LF 还可促进多形核白细胞的粘附作用，使其粘附在血 管内皮细胞上，有利于白细胞对血管外炎症部位的渗出。 2.2.8 乳铁蛋白在细胞繁殖中的作用

乳铁蛋白可调控细胞增殖，作为反馈因子参与 骨髓生成调控。在大鼠成纤维 L-M 细胞中表现出促 进神经生长因子和分泌的作用，另外也可促进细胞 内质增殖。 乳铁蛋白的胰蛋白酶水解物同样具有促 进细胞生长作用，该片段是由 15 个氨基酸残基组成的多肽，占水解物的 2%左右，对应于乳铁蛋白 79 93 位氨基酸残基，在牛、人及鼠中有较高的保守性。 2.2.9 抗癌作用

LF 对消化道肿瘤，如结肠癌、胃癌等，具有化学 预防作用，并可抑制由此引发的肿瘤转移[26，28]。 2.2.10 基因的转录调节功能

研究表明，乳铁蛋白本身可能是一种新的转录 调节因子，它能与一些特异 DNA 序列结合，上调其 受体的基因表达。 如乳铁蛋白能抑制炎症区在血管 内皮细胞内 IL-8（白细胞介素-8）的转录和表达，调 节白细胞在炎症区域的聚集，有利于抑制毒血症的发生 2.2.11 其他功能

LF 除了具有以上功能， 还具有调控细胞增长促进 DNA 合成、抑制血小板凝集、抗血栓、抵抗肿瘤生长和转移等多种功能

3 .国内外研究进展 近年来，人们开始利用生物技术来重组乳铁蛋 白 。 例如 Krimpenfon 将 人 乳 铁 蛋 白 cDNA 导 入 奶 牛，使牛乳中含有人乳铁蛋白。 在日本新开发出一 种基因重组番茄品种“秋玉”，其果实、叶、根均能生 成乳铁蛋白，每 100g 果实就含有 2.5～3.3mg 的乳铁 蛋白。 此外，由于 LF 具有抑菌的作用，人们试图将 它作为添加剂加入到可食用包装材料和香肠 的包 装中，以及与其他防腐措施协同作用，可能会起到 很好的抑菌效果。 LF 已被美国 FDA 和美国农业部 批准用于新鲜肉类防腐的辅助剂，将其喷洒到肉类 胴体或肉表面，可 以减少加工 中微生物 的污染 ，抑 制微生物生长，起到延长货架期的作用。 该方法在 欧盟、日本、韩国已被允许使用[49]。 在国内，李树芹等 通过 PCR 技术扩增人乳铁蛋白基因，重组后导入大 肠杆菌中并得到了高效融合表达，获得了特异表达 的乳铁蛋白[50]。 曹阳等通过克隆人乳铁蛋白 DNA 序 列，构建乳铁蛋白的基因表达载体，并导入小鼠细 胞中，经激素诱导表达出具有抗菌活性并结合铁离 子的重组乳铁蛋白[51]。

4. 乳铁蛋白食品领域应用进展

乳铁蛋白的诸多基础研究反映出它在乳中的重要性。由此可推想，在婴幼儿食品中添加乳铁蛋白 的潜在好处。日本森永乳业工业集团在 1986 首次年 推出含有乳铁蛋白的婴儿配方奶粉。此后关于乳铁 蛋白添加到婴儿配方奶粉中的益处研究的相关报道 不断涌现，包括改善肠道微生物菌群，促进铁吸收 及降低婴儿配方奶粉的脂质氧化反应等。目前含有 乳铁蛋白的产品包括酸奶、脱脂乳、乳饮料、营养 补充片剂、宠物食品和化妆品等。这些含有乳铁蛋 白的产品对健康的益处，已经在临床和动物实验中 得以证实。其中含乳铁蛋白酸奶对轮状病毒性胃肠 炎的作用，营养补充片剂对慢性丙型肝炎的作用， 以及对轮状病毒性胃肠炎和幽门螺旋杆菌引起的胃 肠感染的作用都有相关报道。含乳铁宠物食品对 猫、狗皮炎的治疗作用也有报道。 对牛乳铁蛋白功能特性研究得最多的是口服乳 铁蛋白对人体的影响，特别是对肠道菌群的影响。

之所以把肠道菌群作为目标，是因为已经证明了乳 铁蛋白的杀菌作用，因此认为乳铁蛋白可以改变肠 道中的微生物组成。有研究表明，服用添加了牛乳铁 蛋白的婴儿配方乳粉的婴儿，其肠道粪便菌群中双歧 杆菌占优势。并不是添加乳铁蛋白就会有上述现象， 而是要求牛乳铁蛋白的添加量要达到 1 mg/mL。在1990 年以前测定乳铁蛋白对肠道菌群的影响，是采用动物试验和对动物采活体组织取得的研究结果进行分析。但要测定乳铁蛋白对人体肠道菌群的影响， 受测试群体和检测方法的限制，有必要通过现代分子 生物学对其进行更全面、更准确的测定和评价

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