乳铁蛋白生物学功能及其作用机理.doc

乳铁蛋白生物学功能及其作用机理 近十几年来，世界各地的实验室对乳铁蛋白功能，特别是生物学功能进行了广泛研究，许多新的功能正不断被发现，许多体内、外试验证明，乳铁蛋白确实具有抗微生物、免疫调节、抗感染和抑制肿瘤生长等功能，乳铁蛋白可能具有的生物学功能见下图。生物活性作用机制铁离子代谢增加铁离子的可溶性，并通过受体介导铁离子的吸收抗微生物功能通过螯合铁离子抑制微生物生长，或者通过裂解细胞膜杀死细菌抗病毒活性阻止病毒对靶细胞的吸附抗感染活性和免疫调节通过结合LPS、刺激NK细胞、T细胞成熟和减少促炎细胞因子的产生和释放抗肿瘤阻碍癌细胞由G1向S期转化，诱导细胞凋亡抗氧化功能清除铁离子目前已被证实的生物学功能可归纳为以下几方面：一、参与铁代谢，促进铁吸收乳铁蛋白可提高肠细胞对铁的生物利用率，并稳定还原状态的铁离子，减少铁离子对胃肠道的刺激作用。乳铁蛋白能根据机体对铁的需求，通过调节肠黏膜细胞对铁的吸收，保持体内铁的平衡状态。1 运载及促进铁离子吸收。在生理pH条件下形成的三价铁离子(Fe3+)不溶于水，很难被动物和其他生物体利用，乳铁蛋白通过结合Fe3+，改变其化学形式 促进机体细胞对Fe3+吸收，乳铁蛋白促进Fe3+吸收的作用，主要与其结合铁的高溶解性和肠绒毛细胞对Fe-LF中铁的特殊吸收机制有关。2 提高铁的生物利用率，减轻补铁负面效应。在补充铁时，结合使用乳铁蛋白可明显减缓铁离子对动物肠道的刺激作用。这是因为乳铁蛋白螯合了铁，避免了铁离子对 肠道的直接刺激作用；同时，进食乳铁蛋白可以减少无机铁离子的摄人量，从而增强铁的实际吸收量和生物利用率，有效降低铁的使用量，减少铁离子对机体造成的 不利影响。因此，乳铁蛋白可作为一种很好的补铁剂。 二、抗微生物功能在乳铁蛋白的诸多生物学功能中，抗微生物活性最引人注目，乳铁蛋白对许多微生物，包括G+和G-需氧菌和厌氧菌及一些真菌，都具有不同程度的抑制和杀伤作用。其作用机制主要有以下几点：(1) 不饱和乳铁蛋白极强的铁结合性，通过夺去微生物生长环境中的铁离子，使细菌因失去生长所需的基本元素铁而停止生长甚至死亡，或使微生物由于缺乏铁离子而不 能形成致病性生物膜，降低细菌浓度，减少发病率。乳铁蛋白属于广谱抑菌剂，既抑制革兰氏阴性菌如大肠菌群、克雷白氏杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌等，也抑制革 兰氏阳性菌，如金黄色葡萄球菌、杆菌和产单细胞李斯特菌，对引起胃炎或胃溃疡等上消化道疾病的幽门螺旋杆菌也具有抗菌作用。(2)乳铁蛋白通过N端强阳离子结合区域与细菌表面一些特异性分子结合，破坏微生物细胞膜的正常生理功能，使细菌脂多糖渗出，增加细胞膜通透性，引起微生物死亡。(3)乳铁蛋白通过其蛋白酶活性降解一些细菌毒力因子或黏附蛋白，降低某些微生物的致病性。(4)除了乳铁蛋白的抑菌和杀菌作用之外，乳铁蛋白还能通过调节机体全身免疫应答，激发巨噬细胞和单核细胞吞噬功能，并抑制巨噬细胞TNF-a的分泌，发挥出抗微生物活性。(5) 抗真菌、寄生虫及其他抗微生物作用。乳铁蛋白通过直接与细胞结合，以“致命”的方式杀死白色假丝酵母和丝状真菌，起到杀真菌作用，也确认对肠道出血性大肠 菌、耐甲氧苯毒霉素金黄色葡萄球菌MRSA以及引起消化道疾患的幽门螺旋杆菌等都有抗菌作用。另外，乳铁蛋白还有抗寄生虫活性，其分子机制更复杂。(6) 促进双歧杆菌生长，调节肠道菌群。乳铁蛋白通过抑菌和杀菌作用，限制特定微生物生长，间接起到筛选或调节哺乳动物肠道菌群的作用。肠道菌群是机体健康的主 要防御系统，乳酸杆菌和双歧杆菌属是肠道菌群中较为突出的有益菌。有实验证实，乳铁蛋白不仅可以抑制多种细菌和病毒，同时还可以刺激嗜酸乳杆菌和四种双歧 杆菌的生长。因此，乳铁蛋白一方面通过其抗菌作用，限制特定微生物生长，另一方面通过促进益生菌生长，具有筛选或调节新生儿肠道菌群，使之趋于正常的作 用。三、抗病毒作用乳铁蛋白（/rutiedanbai.php）属于非特异性免疫系统成员，具有与众不同的抗病毒活性，主要通过与病毒或宿主细胞或 者两者的表面蛋白结合，在病毒吸附和入侵过程中发挥抗病毒作用。许多研究结果表明，铁蛋白属于广谱抗病毒剂，对有包膜和无包膜的病毒均有效果。大部分研究 表明，乳铁蛋白抗病毒活性主要作用于病毒感染早期，通过不同方式干扰病毒对靶细胞的吸附和入侵(见下图)。A乳铁蛋白直接结合病毒颗粒阻止病毒感染宿主细胞；B乳铁蛋白与乙酰型硫酸肝素蛋白聚糖(HSPGS)结合干扰病毒黏附宿主细胞；C乳铁蛋白直接结合病毒受体阻碍病毒入侵；D细胞内乳铁蛋白的抗病毒活性乳 铁蛋白抗病毒作用的发生机制主要包括：(1)通过直接与病毒或病毒粒子结合，抑制病毒吸附和入侵靶细胞。(2)乳铁蛋白与靶细胞表面的病毒受体结合，阻断 病毒和靶细胞结合，阻止病毒对宿主细胞的感染。(3)乳铁蛋白通过抑制部分病毒，如轮状病毒和脊髓灰质炎病毒感染细胞后的病毒复制，发挥抗病毒作用。 (4)通过调节病毒等病原体引起的炎症反应和上调机体免疫系统，通过增强自然杀伤细胞和淋巴因子激活的杀伤细胞(LAK cell)的细胞毒作用提高机体抗病毒反应，间接达到抗病毒目的。 近年来，乳铁蛋白的抗病毒作用日益受到人们的关注和重视，众多研究表明，乳铁蛋白具有广谱的抗病毒功能，主要包括以下类型病毒： (1)丙型肝炎病毒。丙型肝炎病毒(HCV)是一种有包膜的单链RNA病毒，它可以引起慢性肝炎、进行性肝硬化，甚至肝癌。目前除干扰素外，尚无HCV疫 苗和抗HCV药物，而干扰素对慢性HCV患者的有效率只有30左右，且有严重的副作用。据文献报道，乳铁蛋白在一定程度上具有抗HCV（丙型肝炎病毒） 和HBV（乙型肝炎病毒）作用。人或牛乳铁蛋白也能抑制HBV感染，临床试验证明乳铁蛋白能有效地治疗慢性乙肝。 (2)人免疫缺陷病毒（艾滋病毒）。人免疫缺陷病毒(HIV)属于慢病毒科，是一种有包膜的逆转录病毒， HIV感染可引发人类艾滋病(AIDS)。HIV临床试验证明，人乳铁蛋白具有体内防御HIV传递的功能，据Viani等发现，人和牛乳铁蛋白都具有抑制 HIV体外复制的功能，乳铁蛋白还可能通过抑制羟自由基的形成，发挥抗HIV感染作用。 (3)疱疹病毒。单纯疱疹病毒(HSV)分为1型和2型，属于DNA病毒，是疱疹病毒科成员。HSV-1和HSV-2在免疫功能低下的病人中，如艾滋病 人、器官移植病人和未成年婴、幼儿中可能会产生严重问题，甚至危及生命。乳铁蛋白抗HSV作用主要通过与宿主细胞和病毒颗粒结合，抑制病毒对靶细胞的吸 附。 (4)轮转病毒。轮转病毒轮状病毒是引起世界婴幼儿非细菌性肠炎的最主要原因，每年导致约1亿儿童的死亡，研究表明，乳铁蛋白具有体外抑制轮状病毒的作用。 (5)脊髓灰质炎病毒。脊髓灰质炎病毒是一种肠道病毒，主要引发小儿麻痹症。Marchetti等证明乳铁蛋白具有体外抗脊髓灰质炎病毒活性。 (6)其他病毒。乳铁蛋白对其他许多病毒，包括腺病毒、人乳头瘤病毒(HPV)、呼吸道合胞病毒(RSV)及披膜病毒科的阿尔法病毒和一些动物病毒(如鼠类FVC病毒)均有不同程度的作用。 综上所述，乳铁蛋白抗病毒活性的主要作用特点有：乳铁蛋白主要作用于感染早期或是病毒黏附阶段，通过干扰病毒与细胞接触，阻止病毒感染细胞；天然完整 的、折叠正确的乳铁蛋白具有较好的抑制病毒作用；乳铁蛋白的抗病毒作用与其结合铁等金属离子的能力无关；病毒抑制作用随乳铁蛋白浓度的增加而增强； 乳铁蛋白具有广谱的抗病毒特性，对各种病毒均有不同程度的抑制效果。四、免疫调节和抗感染研究表明，乳铁蛋白属 于人体先天性非特异性免疫系统成分，在分泌液和上皮细胞表面，通过抑制微生物繁殖、吸附或(和)杀死微生物发挥抗微生物作用，参与机体抗炎症过程。乳铁蛋 白由乳腺细胞、中性粒细胞产生后进人组织中，参与血液凝固调节、NK细胞激活、白细胞介素及肿瘤坏死因子产生等过程，发挥其免疫调节和抗炎症作用。1、免疫调节研 究表明，乳铁蛋白具有调节先天免疫的能力，被认为是哺乳动物先天性免疫系统的一部分，构成了机体对外来病原菌的最初快速免疫防御系统。体外模拟试验表明， 乳铁蛋白具有促进抗体生成、T细胞成熟、淋巴细胞增殖、活化自然杀伤细胞及抑制混合淋巴细胞释放IL-1、IL-2和TNF-等多种免疫调节功能。Dhennin- Duthille等的研究结果表明，乳铁蛋白通过提高调控免疫细胞增殖与分化的关键酶-促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)活性，上调CD4抗原 表达，促使胸腺细胞(T细胞前体)成熟为辅助T细胞，刺激初次体液免疫应答。研究发现，脱铁乳铁蛋白由于能够克服“游离”铁离子对淋巴细胞增殖的抑制作 用，因而可促进淋巴细胞增殖。体内一些研究表明，乳铁蛋白能防止皮肤和肺部变态反应的发生。乳铁蛋白可作为蛋白信号分子参与免疫细胞的发育过程， 通过促进抗体生成、T细胞成熟、淋巴细胞增殖、活化NK细胞、抑制混合淋巴球的IL-1，IL-2以及肿瘤坏死因子(TNF)的释放等，参与机体免疫调节 过程。另外，乳铁蛋白可与特定的DNA序列结合，促进细胞分泌免疫球蛋白或细胞因子，达到提高机体免疫力的作用。2、抗感染及作用机制乳铁蛋白可通过N1结构域的氨基酸残基与病原体或宿主细胞表面的糖蛋白成分(如脂多糖、黏多糖、肝素等)和乳铁蛋白受体结合，发挥抗微生物活性和免疫调节作用，参与抗炎症反应。其抗感染作用主要与免疫调节和铁离子结合有关。五、抗肿瘤虽然铁饱和乳铁蛋白能促进正常细胞增殖，但对癌细胞却是起阻止而非刺激作用。一些研究结果表明，乳铁蛋白具有阻碍体外培养的癌细胞由G1向S期转化，达到抑 制肿瘤细胞增殖的作用，主要是因为乳铁蛋白能诱导改变细胞周期中一些重要调节蛋白的表达水平或活性，其他一些体内研究认为，乳铁蛋白抗肿瘤作用也可能通过 激活肿瘤细胞中FAS信号途径，或利用一些乳铁蛋白异构体所具有的DNA酶、RNA酶及ATP酶活性等，产生细胞毒性和诱导肿瘤细胞发生细胞凋亡。乳铁蛋 白及其降解产物不仅能减少实体肿瘤的生长，而且具有抑制肿瘤细胞转移的作用。乳铁蛋白的这种作用是由于乳铁蛋白能强烈抑制体内血管内皮因子和肿瘤介导的血 管生成，从而抑制由此引发的肿瘤转移。因此，乳铁蛋白可通过多种途径发挥抗肿瘤作用，达到预防和治疗肿瘤的目的。六、抗氧化作用正 常情况下，细胞内抗氧化防御系统使自由基的产生和清除保持一种动态平衡状态，不会引起机体组织细胞的损伤。但在某些特定条件下，自由基异常增多或机体组织 抗氧化能力下降，造成机体内氧自由基过剩，引发脂质过氧化反应，导致DNA损伤、癌发生及形成与老年病有关的羰基化合物，促进多种疾病发生和机体老化。正 常情况下，铁离子处于被大分子包围的稳定封闭状态中，一旦逃出这种封闭状态的铁离子与巯基结合后，具有很强的催化作用，产生活性很强的羟自由基和其他氧化 剂，启动脂质过氧化链式反应引发脂质过氧化链式反应，导致疾病的发生和发展。近年来，国外许多流行病学调查结果认为，机体铁储存水平升高是导致动脉粥样硬 化、冠心病的一种重要危险因子。乳铁蛋白主要通过螯合Fe3+，阻断氧自由基生成，抑制由铁引起的脂质氧化反应和其后的组织损伤，发挥抗氧化作用。另外， 乳铁蛋白具有的核糖核酸酶活性，能通过降解酵母tRNA抑制超氧离子形成，从而降低人体内自由基对动脉血管壁弹性蛋白的破坏，达到预防和治疗动脉粥样硬化 和冠心病的目的。七、作为细胞生长因子随着乳铁蛋白对成骨细胞作用的研究，人们发现乳铁蛋白在生理浓度下不仅能促进原始成骨细胞增殖和分化，同时还能减少成骨细胞的细胞凋亡，并具有抑制破骨细胞增殖的作用，促进成骨细胞幸存机会。八、其他生理功能1、抑制胆固醇的积累，参与脂质代谢：乳铁蛋白通过增加高密度脂蛋白(HDL)和减少低密度脂蛋白(LDL)浓度，降低肝脏和血液中胆固醇和三酰甘油，参与机体脂质代谢。2、调节基因转录：乳铁蛋白与一