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塔里木大学结课论文浅析牛乳中乳铁蛋白活性多肽的研究进展摘要：乳铁蛋白是一种具有多种生理功能的铁结合糖蛋白，是当今乳品界和食品界最为关注的“热点”之一。本文综述了乳铁蛋白的分布及含量、分子结构、抗热变能力、生物学功能、等方面的研究进展，以及乳铁蛋白在食品、医药和化妆品领域的应用前景。关键词：乳铁蛋白；生物学功能；应用The development of lactoferrin in milk of active peptides ProgressAbstract：Lactoferrin is a kind of iron combine glycoprotein which has many physiological function,andit is one of hot topic in now milk and food industry world. In the article,the development of distributing,content,molecule structure. At the same time,the application promising of lactoferrin in food,feedingstuff,medication and cosmetic domain were discussed here.Key words：lactoferrin；biology funtion；application前言：乳铁蛋白(Lactoferrin，简称LF)是一种天然的、具有免疫功能的糖蛋白，由转铁蛋白转变而来，1938年Sorensen M和Sorensen SPL首次从牛乳中分离出来，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。1953年Polis等在制备乳过氧化物酶时得到了它的粗制品。1960年Johansson和Montreuil等从人乳中首次分离出LF。随着对乳铁蛋白的研究的进一步发展，近年来，乳铁蛋白的开发研究已引起国际广泛关注。自1992年以来有关乳铁蛋白的国际研讨会已召开多次，前几次主要探讨了乳铁蛋白的结构、性质以及生理活性功能等；后来就它的一些最新研究以及在临床上的应用进行了探讨；2001年第五次会议讨论了关于乳铁蛋白性质、结构、体内外的表达、临床数据等方面的最新进展。总之，已有大量研究表明，乳铁蛋白具有许多特殊的生理活性，可用于开发新型的保健食品。随着对乳铁蛋白的研究的进一步发展，近年来，乳铁蛋白的开发研究已引起国际广泛关注1。自1992年以来有关乳铁蛋白的国际研讨会已召开多次，前几次主要探讨了乳铁蛋白的结构、性质以及生理活性功能等；后来就它的一些最新研究以及在临床上的应用进行了探讨；2001年第五次会议讨论了关于乳铁蛋白性质、结构、体内外的表达、临床数据等方面的最新进展。总之，已有大量研究表明，乳铁蛋白具有许多特殊的生理活性，可用于开发新型的保健食品。1分子结构乳铁蛋白是一种相对分子质量约为80 000 Da的天然活性糖蛋白2。LF的结构与血清转铁蛋白、血浆或乳浆中的转铁蛋白很相似，但LF的铁亲和能力是它们的260倍。LF为单一多肽链其多肽链上附有两条碳水化合物侧链，碳水化合物含量约为7.2%，含有1516个甘露糖、56个半乳糖、1011个N-乙酰半乳糖胺、1个唾液酸、1个岩藻糖3。Belamy等人分析了LF的氨基酸序列，明确了牛乳中的LF是由689个氨基酸组成的。在其氨基酸组成中，含有较多的精氨酸和赖氨酸，LF是一种碱性蛋白质。Stanley通过X射线衍射发现，LF的晶体结构主要呈“两枚银杏叶型”分别在分子的N-端和C-端形成2个相同的叶状结构N-叶和C-叶。这两叶有很好的同源性。N-叶大约有40%的氨基酸组成与C-叶部分的氨基酸组成相似。N-叶和C-叶在内部缝隙处都有一个铁结合位点。每叶的两个区域通过铁离子连接起来，铁离子与4个氨基酸残基相连，两叶的铁配位体相同。2乳铁蛋白的生物学功能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4。Lf不但可以结合铁离子，而且可与许多过渡金属离子如Cu2+，Ca2+，A13+等结合；Lf可以与许多蛋白质和DNA结合，已报道的可与Lf结合的蛋白质有酪蛋白、白蛋白、免疫球蛋白A和溶菌酶以及-乳球蛋白。Lf还可与细胞结合从而发挥其抗癌、抗微生物的作用。研究发现，机体对铁的吸收有负反馈调节机制，当细胞缺铁时，细胞就会在其表面合成特异的铁受体，如血液中的转铁蛋白和肠道中的Lf。在摄入铁时若结合摄入Lf则可明显减缓铁对肠道的刺激作用。2.2乳铁蛋白的免疫调节功能Lf属于广谱抑菌剂，既抑制需铁的革兰氏阴性菌（如大肠菌群、E.coli、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、杆菌和单细胞李斯特菌），但对铁需求不高的微生物（如乳酸菌），则基本不抑制5。Lf具有调节巨噬细胞活性和刺激淋巴细胞合成的能力。Lf还能促进多形核白血球（PMN）巨噬细胞对细菌的吞噬作用，促进自然杀伤（NK）细胞的活化及淋巴球的增殖作用。乳铁蛋白对抗体生成T细胞成熟、淋巴细胞中自然杀伤细胞比例都具有调节作用。另外，Lf还具有抗癌细胞、抑制胆固醇积累抑制脂质过氧化及同药物的协同作用的功能。Lf具有促进骨骼生长的功能。最近的研究还发现，Lf还可作为基因转移的活化剂和动物细胞促生长因子6。3乳铁蛋白的生理功能3.1抑菌作用乳铁蛋白属于广谱抑菌剂，既抑制需铁的革兰氏阴性菌(如大肠菌群、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、杆菌和单细胞李斯特菌;但对铁需求不高的微生物(如乳酸菌)，则基本不抑制。另外，乳铁蛋白对链球菌的变异菌株和霍乱弧菌等有直接的致死效果,这种作用与铁无关7。乳铁蛋白的抑菌效果取决于微生物对铁的需求程度、外源铁的生物利用率、乳铁蛋白的饱和度、盐类、pH值、抗体或其他免疫物质、介质等因素。乳铁蛋白抑菌作用的机制主要有以下3点。(1)乳铁蛋白夺去了微生物生长所需的铁，使后者因失铁而停止生长甚至死亡；(2)乳铁蛋白通过氨基末端强阳离子结合区域，增加细菌细胞膜的通透性，使细菌的脂多糖从外膜渗出，达到直接杀菌的作用；(3)乳铁蛋白通过水解得到的抗菌肽来实现抗菌作用。3.2抗病毒乳铁蛋白在宿主体内对抵抗病毒有很大作用，可以抑制人体免疫缺陷性病毒(HIV)、细胞巨化病毒、疱疹病毒1和2型、丙型肝炎病毒(HCV)、流感病毒等。关于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。乳铁蛋白可以抑制流感病毒的活性主要是因为其碳水化合物残基上含涎酸，它干扰病毒对靶细胞的结合和侵染8。另外有证据表明乳铁蛋白可以抑制、杀死多种真菌。3.3调节免疫乳铁蛋白具有调节巨噬细胞活性和刺激淋巴细胞合成的能力；而且嗜中性粒细胞是含乳铁蛋白最多的细胞，当机体受感染时就可将乳铁蛋白释放出来,释放出的乳铁蛋白夺取致病菌的铁离子致使后者死亡。机体感染时会产生620倍以上的乳铁蛋白参与抗菌过程。乳铁蛋白还具有促进中性白细胞对受伤部分的吸附和聚集、增加粒细胞粘性、促进细胞间相互作用、调节免疫球蛋白分泌、参与调节机体免疫耐受能力、抑制补体系统激活或激活已有的补体途径等功能9。另外,研究显示乳铁蛋白对抗体生成、T细胞成熟、淋巴细胞中自然杀伤细胞比例都有调节作用。3.4促铁吸收乳铁蛋白通过它的氨基和羧基末端两个铁结合区域能高亲和性可逆地与铁结合,并维持铁元素在一个较广的pH范围内而完成铁在十二指肠细胞的吸收和利用。KAWAKAMI证实,给贫血的小鼠进食结合了铁的乳铁蛋白和普通硫酸亚铁，为了达到同样治疗效果,后者的摄入量需是前者的4倍10。实验发现，机体对铁的吸收有负反馈调节机制,当细胞缺铁时，细胞就会在其表面合成特异的铁受体，如血液中的转铁蛋白和肠道中的乳铁蛋白。此外，在摄入铁时若结合摄入乳铁蛋白则可明显减缓铁对肠道的刺激作用，一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；二是进食乳铁蛋白可以减少无机铁离子的摄入量。3.5促进肠道及肠道内双歧杆菌生长NICHOLS, BUFORD L发现乳铁蛋白有促进婴儿肠道生长的特殊作用11。在母乳喂养时,初生婴儿在13d内肠道会突然变长，在动物中也发现这种情况。如果喂普通的配方乳，无论是初生婴儿或初生动物都不会发生肠道在几天内突然变长的现象。当把配方乳中的乳铁蛋白加到母乳初乳的含量时，则和喂母乳的结果一样。肠道短的婴儿会发生短肠综合症，伴随着很难处理的腹泻，添加乳铁蛋白的婴儿配方乳或乳铁蛋白的营养补充剂可解决这一问题。另外，母乳喂养的婴儿较用配方奶粉喂养的婴儿体内的双歧杆菌和乳酸菌数要多，pH值也较低，而且溶菌酶活性和有机酸含量都有所增加，这是乳铁蛋白与母乳其它因子共同作用的结果。3.6阻断自由基由于乳铁蛋白能与铁离子结合，从而抑制铁诱导的脂质过氧化过程所产生的硫代巴比妥酸和丙二醛的生成，从而阻断氧自由基的生成。牛乳铁蛋白能降解酵母中的转运RNA，具有核糖核酸酶的活性，且能抑制超氧离子的形成。所有这些都可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。4乳铁蛋白研究的展望目前由于社会高龄化以及生活习惯变化造成的成人疾病已成为注目的社会问题。根据“医食同源”理论,人们希望通过饮食就可达到一定预防疾病的效果,于是功能性食品的开发成了目前食品行业的热门焦点。乳中含有很多生理活性物质,其中乳铁蛋白是目前研究最引人注目的一种。大量研究表明它具有许多非凡的生理活性功能,于是人们期待开发出含LF的新型保健食品。1999年在日本召开的第4次乳铁蛋白国际会议,就它的临床应用进行了探讨。其实,国外(特别是日本)早在60年代就开始对它进行基础研究,1986年最先开发出添加乳铁蛋白的婴儿乳粉商品,主要是利用它的调节免疫功能12。乳铁蛋白的多肽研究已取得较大的进展,其中研究最多的是抗菌活性多肽,现在已明确它具有非常强的抗菌效果,而且可以在工业上大规模制备,于是期待开发出一种安全有效的天然防腐剂,可广泛地应用于食品、生化以及化妆品领域。参考文献 1 高松柏.婴儿配方乳的发展趋势J.中国乳品工业,2003,31(1):45-49. 2 龚广予,巫庆华,吴正钧.乳铁蛋白的生理功能J.中国乳品工业,2001,29(1):20-223 曹劲松.初乳功能性食品M.北京:北京轻工业出版社,2000.61-63.4 曹阳,包永明,安利佳.乳铁蛋白研究现状J.食品科学,2002,23(12):132-138.5 曲练达,朴范泽,侯喜林,王术德.乳铁蛋白的国内外研究进展J.黑龙江八一农垦大学学报,2005,17(6) :50-54.6 花其译.补充硫酸亚铁和乳铁蛋白能提高初生牛造血功能J.国外畜牧技,1998,25(4):14-15.7 TOMITA M.Potent antibacterial peptides generated by pepsin digestion of bovine lactoferrin J. J Dairy Sci, 1991,74(12):4 137-142.8 Bloard J M.Deconinck.Iron binding fragments from the Nterminal and Cterminal regions of human lactoferrinJ.Biochem J,1978(70):321327. 9 HIROAKI A.Heat stability of bovine lactoferrin at acidi pHJ.J Dairy Sci,1991,74(1):65-71.10 KAWAKAMI H .Effect of iron-saturated lactoferrin on iron absorptionJ.Agric Biol Chem,1988,52(2):903-908.11 Pieree A D.Molecular cloning and s