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具有免疫活性的功能蛋白——乳铁蛋白

2021-05-07 13:44:41  来源: PONY谱尼测试集团杭州有限公司

 乳铁蛋白(Lactoferrin,LF),是一种天然、无害、具有多种生物活性功能的铁结合糖蛋白,由哺乳动物体内腺上皮细胞和中性粒细胞产生,广泛分布于具有分泌功能的组织及其分泌物。最早由 Blanc 等从人乳中分离获得该蛋白,并正式命名为乳铁蛋白,被认为是铁转运和储存相关的蛋白,氨基酸序列比对分析发现该蛋白属于更广泛的乳转铁蛋白家族。

 

  现已知乳铁蛋白是相对分子质量为(76~81)×103 的单体蛋白。它是该转家族中铁结合能力最强的蛋白质。它大约含有700 个氨基酸残基的铁结合性糖蛋白。自然界中牛初乳铁蛋白含量最高,约为0.8~1.0 g/L,随着奶牛泌乳时间增长,其浓度迅速下降。乳铁蛋白有缺铁型、半饱和型和饱和型三种形式。有研究表明,乳铁蛋白的变性温度为73.1 ℃,酸性条件下稳定性好。乳铁蛋白它是一种具有特殊的保健功能,如抑菌,免疫调解,抗病毒感染等,是目前比较热门的高附加值食品配料。

 

  随着研究的深入,人们发现水解后的乳铁蛋白会产生一些具有特殊生理功能的小肽—乳铁蛋白活性多肽 (LFcin B),它是牛乳铁蛋白在消化道正常生理条件下释放出的一种含25个氨基酸残基的抗菌肽,包括5个Trp、3个Lys和多个芳香族氨基酸残基,具有强碱性,p H>8.15,其水溶液中呈亲水脂的两个反向β折叠结构,具有耐热、在消化道中不易降解、免疫调节作用、广谱抑菌等特性。

 

  正因为乳铁蛋白具有抑菌、抗病毒、抗癌、促进肠道铁的转运和吸收、抗炎症、免疫调控、促骨生长等多种生物学功能,其已被广泛应用于食品、医药、化工、农业等领域,作为微生物侵入的第一道防线,其内部结构高度保守,与铁结合的专一性,使铁被隔离在两个几乎相同的位置,分别位于分子的每个叶中。铁结合和释放的这种特性,既是通过清除铁,也是因为其铁的状态改变了乳铁蛋白的结构和动力学。其三维结构可以很好地理解这种能力。该分子被折叠成两个同源小叶(N-和 C-小叶),每个小叶在两个结构域之间的深裂隙中结合一个单独的Fe3+离子。近些年来,乳铁蛋白的研究开发与应用一直是科学研究的热点,可广泛应用在疾病预防、辅助治疗等方向上。

 

  乳铁蛋白抑制细菌增殖病原菌的作用,主要是通过在细胞膜上形成孔道吸收外界环境或寄主细胞的铁。乳铁蛋白通过与受体结合,将细胞膜表面的受体解离下来,阻断铁的吸收, 抑制细菌繁殖代谢。乳铁蛋白水解物的抗菌作用比乳铁蛋白强20~400 倍。乳铁蛋白不仅能抑制巨细胞病毒导致的成纤维细胞和中性粒细胞病变,对人体免疫缺陷病毒(HIV)也有一定的抑制作用,此外对丙型肝炎病毒、胃肠炎病毒、流感病毒、猫科疱疹、脊髓灰质炎病毒、以及新冠病毒等也有抑制作用。已有的研究表明,乳铁蛋白对消化道肿瘤,如肝癌、胰腺癌、结肠癌、胃癌,具有预防作用,并具有调节机体免疫、抗辐射的功能。

 

  我国乳铁蛋白一直依赖进口,乳铁蛋白供应链的告急,让国内许多乳品企业面临着成本增加和原料短缺的双重困境。那么,为何我国不能自给自足乳铁蛋白呢?这里主要有技术和原料两个方面的问题存在。

 

  先说一下技术问题。超滤膜分离技术是提取乳铁蛋白比较成熟的技术,得到的样品中乳铁蛋白质纯度为36%,回收率为58%。日本学者岛崎敬一于1989年提出通过超滤方法从制作干酪排出的乳清中分离乳铁蛋白,乳铁蛋白回收率为69%,但纯度很低。超滤结合离子交换色谱法采用酶凝乳方法分离酪蛋白,分离后的乳清液通过色谱吸附和超滤膜脱盐浓缩相结合的方法,从牛初乳中分离到了纯度90%以上的乳铁蛋白精制品。盐析和凝胶层析法结合法采用离心法脱去牛初乳的脂肪和酪蛋白,通过盐析法除去杂蛋白,再通过凝胶层析方法提取乳铁蛋白,所获得的乳铁蛋白分子质量约为90  KDa,纯度约为92%。后两种方法是我国目前已经掌握的实验室技术,但是还未应用于产业化。

 

  再说一下原料问题,目前我国自己的年产生乳量不高,还达不到自给自足的供应量。同时,制备乳铁蛋白需要大量的生乳只提取出少量乳铁蛋白,其他国家一般将制作干酪后的副产物用来提取乳铁蛋白,但我国人群没有食用干酪的习惯,干酪加工副产物极低,也不利于发展乳铁蛋白的产业化生产。

 

  目前,我国从牛乳中提取乳铁蛋白的工业化生产企业仍为空白,这也使得这个发展方向充满了挑战和机遇。如何从依赖进口,到自给自足,实现实验室到产业化的转变,充分应用好乳铁蛋白的功能活性,需要不断地探索和努力。



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