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乳铁蛋白的开发利用及其研究进展

2022-03-10 来源:好走旅游网
维普资讯 http://www.cqvip.com 垦l飘晶 垒CHINA DAlRY lNDUSTRY 乳铁蛋臼的开发 Ij用及其研究进展 凌雪萍 ,庞广昌 ,邢伟 (1.天津商学院生物工程系,天津300134;2.黑龙江乳业集团,黑龙江哈尔滨150086) 摘要:综述了乳铁蛋白的基本性质、功能特性及其一些最新的研究进展,并对牛初乳中乳铁蛋白的开发利用进行了 展望 关键词:乳铁蛋白;功能特性;研究进展;开发利用 中图分类号:TS252.1 文献标识码:A 文章编号:1001—2230(2002)04—0018—04 Recent development and progress of lactoferrin LING Xue—ping ,PANG Guang—chang ,XING Wei (Bioengineering Department,Tianjin University of Commerce,Tianjin 300 1 34,China; 2.Heilongjiang Dairy Industry Group,Harbin 1 50086,China) Abstract:Basic properties and functions of Lactoferrin and some recent researches of it were reviewed in this paper.In addi’ tion,this paper prospected the development of Laetoferrin existing in bovine eolostrums. Key words:Lactoferrin(IX);biological activity;research;development O 引 言 牛的初乳中含有极为丰富的生物活性物质,是 提取和利用生物活性物质的最适来源之一。其中乳 铁蛋白(Lactoferrin,IX)的含量约为1 g/L,比常乳高 近50倍。研究表明,I』是一种多功能蛋白质,具有 子的主体是一个大约有700个氨基酸残基构成的、 分子量约为80 ku的单体蛋白,每个分子中有2个金 属结合位点,每个位点可结合一个Fe 和一个 HCO 一或CO 一_2_ I。X射线研究表明,I』主体呈无 柄银杏叶并列球形结构,铁结合部位在两叶的切入 部分 。 人乳中的乳铁蛋白(HI』)和牛乳中的乳铁蛋白 广谱抗菌、抗病毒感染作用;能调节体内铁的平 衡;调节骨髓细胞的生成,促进细胞的生长;调节 (BIX)是目前研究最多的L』,其全部氨基酸序列已经 清楚。牛乳I』的等电点pH值为8.2左右,较之人 I』高2个pH值单位,这使之易于同具酸性特征的组 分结合。根据u结合Fe 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 型乳铁蛋白(Holoix)三种形式 。不同形式的Lf具有 机体免疫功能,增强机体抗病能力;抑制人体肿瘤 细胞的生长,具有预防及治疗肿瘤的作用;能同多 种抗生素及抗真菌制剂协同作用,更有效地治疗疾 病。 l U的基本结构与理化性质 乳铁蛋白(Lactoferrin,Lf)又称“乳转铁蛋白”, 不同的抗变性能力,其抗巴氏杀菌热变性能力依次 为:Holoix>铁半饱和型乳铁蛋白>apoix 。‘。I』的 是一种糖蛋白,属于转铁蛋白家族。尽管有“乳铁 抑菌效果与pH值密切相关。研究表明, 在中性 蛋白”的称谓,它并非乳汁所特有,在哺乳动物的 很多外分泌物中都存在,如:眼泪、唾液和精液等 ¨I。DH值下具备较强活力。体系的pH值为7.4时,效 果明显强于pH值为6.8,当pH<6时,则基本无抑 菌作用。Hiroaki等人(1991)研究过I』的稳定性与 pH值、温度之间的关系,质量浓度50 g/L的铁不 饱和u溶液在中性、碱性pH值条件下高于80℃即 开始发生胶凝。但 在酸性条件下则非常稳定;pH 值为4.0、90℃条件下加热5 rain,IX的铁结合能力、 抑菌特性几乎无变化;pH值为2~3、100~120℃ 只是除乳中外,其他分泌物中I』含量甚微。囚 其晶体呈红色,故也有学者称之为收稿日期:2002—01—18 “红蛋白”。分 基本项目:国家自然科学基金资助项目(30170685) 作者简介:凌雪萍(1977一),女,硕士,从事生物技术方面 的研究。 2002年第3。卷第4期(总第l49期) 维普资讯 http://www.cqvip.com 加热5 min,Lf分子虽有降解反应,但抑菌作用则明 显增强I I。 体肝细胞的损害,这一结论被H本国立癌症中心研 究所和京都大学病毒研究所的科研人员经过动物实 验和临床试验在1998年研究成果报告中所证实。 2.3 乳铁蛋白具有抗氧化作用 2 U的生物学功能 近年来,随着生物工程技术的不断发展和成 研究结果显示,乳铁蛋白能抑制铁诱导的脂质 过氧化过程所产生的硫代巴比妥酸和丙二醛的生 熟,许多国家开始注意到乳铁蛋白的实用价值。科 学家们利用分子生物学原理,在实验室完成了对乳 铁蛋白功能的研究,并进行了临床试验,确定了它 对人体所具有的7大功能。 2.1 乳铁蛋白具有广谱抗菌作用 成。另外,牛乳铁蛋白能降解酵母中的tRNA,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I ・“I。 1972年,Bullen等人首先提出了u的抑菌作 用。u属于广谱抑菌剂,既抑制需铁的革兰氏阴性 菌,也抑制革兰氏阳性菌,但基本不抑制对铁需求 不高的菌,如乳酸菌。另外,Lf对链球菌的变异菌 2.4 乳铁蛋白具有抗癌作用 乳铁蛋白对消化道肿瘤,如结肠癌、胃癌、肝 癌、胰腺癌,具有化学预防作用,并可抑制由此引 发的肿瘤转移。另外,乳铁蛋白在启动宿主防御系 株和霍乱弧菌等有直接的致死效果,这种作用与铁无 关 1。随后的一些研究也都证明了u抑菌效果均与Lf 结合铁的能力有关。Lf抑制E.Coli的效果见图1。 统的初始活化反应,调控不同类型淋巴细胞比例的 改变对机体免疫反应的影响,提高免疫力等方面都 起到了促进作用。 2.5 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,在机体受感染时可以将乳铁蛋白释放出 来,释放出的乳铁蛋白夺取致病菌的铁离子致使后 者死亡。另外,经研究显示,乳铁蛋白对抗体生 按种时间/h +添加l g/L Lf(20%饱和度) +添加l g/I Lf(1 00%饱和度) 一窄 1组 图l 乳铁蛋白对E.Coli的抑制作用 所以u抑菌效果取决于微生物对铁的需求程 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I I。 2.6 乳铁蛋白调节胃肠道铁的吸收 乳铁蛋白通过它的氨基和羧基末端两个铁结合 区域能高亲和性地,可逆地与铁结合,并维持铁元 素在一个较广的pH值范围内完成铁在十二指肠细胞 的吸收和利用。 度、外源铁的生物利用率、Lf的铁饱和度、盐类、 pH值、抗体或其他免疫物质、介质等。 目前认为IJf的抗菌机理可能有以下3个方面: 首先,Lf对革兰氏阴性菌和阳性菌的抑菌作用是由 于乳铁蛋白高度结合铁,使细菌失去生长所需的基 本元素铁;其次,Lf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 2.7 乳铁蛋白同药物的协同作用 研究显示,乳铁蛋白能同多种抗生素和抗病毒 药物协同作用,减少药物用量,降低抗生素或抗真 菌制剂对人肝、。肾功能的损害。同时,增强体内微 生物对药物的敏感性。 随着乳铁蛋白功能和作用机制的不断阐明和开 外膜渗出,达到直接杀菌作用I ;另外,u可通过 发应用范围的不断扩大,相信乳铁蛋白将在治疗、 营养补充、保健食品等方面有着广阔的应用前途。 水解得到的抗菌肽来实现抗菌作用I 一oI。将Lf通过 蛋白酶水解获得一些低分子量的肽,这些肽的抗菌 活性大幅度增强,可抑制G和G 菌生长,其中包 括一些对u具有抵抗性的菌株。 2.2 乳铁蛋白具有抗病毒作用 3 U的分离纯化方法 Montreuil J和Johanson B等于1960年从母乳乳 汁分离得到了Lf。随后,Baselolini等科学家在一 些生物体的体液和各种细胞中亦发现了这种蛋白质 并进行了大量的研究I 1。目前鉴定乳铁蛋白的方法 主要有:免疫双扩散法、酶联免疫检测法(ELISA) 等 。 天然的u能够抑制人免疫缺陷病毒和巨细胞病 毒对MT4细胞和成纤维细胞的病变作用,此外,还 具有抑制流感病毒的活性,主要是因为其碳水化合 物残基上含唾液酸,它干扰病毒对靶细胞的结合和 侵染I I。乳铁蛋白通过抑制病毒进入细胞,减轻对人 最早获得的乳铁蛋白(u)粗制品是在乳过氧化物 Vo1.30,No.4 2002(total 149) ☆ I 维普资讯 http://www.cqvip.com 酶(LP)制备中获得的。u和LP的等电点较为接近, 分别为8.0~8.2和9.2~9.9,在pH=6.5时它们 均带正电荷,而其他乳清蛋白组分均带负电荷,阳 离子交换色谱法可以生产出u和LP混合型基料。 目前主要有以下几种分离方法 ’“・ J: (1)离子交换色谱法。Grove最早使用DEAE纤 中,每100 g质量可生成2.5~3.3 mg的u。目前人 们计划开发利用转基因奶牛生产人u。据美国卫生 部估计,美国人乳铁蛋白年市场为50亿美元,但目 前尚无产品上市。 5 乳铁蛋白的开发应用前景展望 人与牛初乳中的u含量均较高,随着泌乳过程 的进行,乳中的u含量开始迅速下降,到达常乳时 则趋于平稳。人初乳Lf含量约6~8 g/L,常乳为 2~4 g/L,而牛初乳u含量约1~5 g/L'常乳则 为0.02~0.35 g/L。对人类来说,初乳是母亲产后 维素阴离子交换树脂和磷酸纤维素交换色谱法分离 出较纯的Lf成分,得到的u的纯度为81%左右。 (2)亲合色谱法。亲合色谱是一种新兴的分离技 术,通过该方法获得的产品纯度极高。由于其操作 简单、分离效果好、纯度高,且没有生物活性损 失,是生产医药用高纯度u最有效的方法之一。 (3)固定化单克隆抗体法。载有单克隆抗体的免 疫色谱是一种亲和力色谱法,它较成功的实现了Lf 的一步分离。该方法的优点是分离效果好纯度高, 提供给新生儿的第一份礼物,新生儿摄入后可提高 免疫力,增强体质,但母乳毕竟有限,人类自然要 寻找其他的初乳资源。综合考虑伦理、宗教、消费 习惯以及工业基础等因素,人们转而开发牛初乳资 源,它是迄今为止最为现实的初乳资源。在功能食 品研究中,可以研究通过向婴儿食品中添加从牛初 抗体被固定可重复使用。其缺点是柱的制备工艺复 杂,抗体成本昂贵,难以工业化生产。 (4)超滤法。超滤法操作简便,费用相对低,易 乳中分离纯化获得的u功能性基料使之化”,使母乳化奶粉的研究上一个新台阶。 “母乳 于形成工业化规模,但纯度不如色谱法高。 x,-f分离得到的u可以通过SDS—PAGE、Native 我国约有420万头牛,除喂养牛犊外,富余牛 初乳应在8~10万t以上。因此,生产乳铁蛋白的原 料(初乳)廉价、丰富,在我国有生产利用乳铁蛋白 的基础,经过广泛和深入的研究,可望实现乳铁蛋 PAGE、HPLC等方法分离纯化 ・” 。 4 U的最新研究进展 近年来,对特殊Lf受体的研究引起人们广泛的 白的工业化生产。同时,u酶解得到的短肽,具有 广谱抗菌活性,它们有望作为一种天然抗菌组分获 得广泛应用I::~24 J。它们可以用作食品和化妆品的天 然防腐剂,也可作为新一代疗效性食品的功能组 份,防治感染性疾病。因此,牛初乳中乳铁蛋白的 开发利用具有重要意义和广阔的开发前景。 兴趣。Coxa等人I 叫的研究发现,人的肠道中存在Lf 受体,而且仅人u可将铁转移至人小肠活组织的粘 膜细胞中,而牛乳铁蛋白以及鸡卵转铁蛋白均无此 功能.这说明小肠粘膜细胞上存在u受体。Mazurie 等人(1985年)证实,兔小肠绒毛膜上也存在u受 体。Kawakam等人(1991年)发现人胎儿和婴儿的小 肠绒毛细胞上存在u受体。Gislason等人(1993年) 发现.小猪小肠上也存在u的特殊受体。进一步研 究发现乳铁蛋白具有受体特异性,人的u受体只能 结合人u,小猪的u受体只能结合猪Lfo另外,在 单核白细胞、嗜中性白细胞、B一淋巴细胞和巨细胞 参考文献: 【1】YAMAUCH1 K,TOM1TA M,G1EHL T,et a1.Antibacterial activity of lactoferrin and a pepsin—derived lactoferrin peptide fragment[J]. 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