乳铁蛋白─天然的保护性蛋白

一、前言

        溶菌酵素、乳铁蛋白和乳过氧化物酵素这类蛋白质的生物学意义，在於它们在各种身体分泌物中，尤其是奶中的保护作用。这些具有保护功能的蛋白质并非抗体，但能对免疫体系生产抗体起促进和协助作用。这些蛋白质在奶中的浓度视物种而异。据认为，这些营养素的浓度随後代的需要而变化，而这又与出生时的成熟度、生长率、消化系统和後代的出生环境有关。因此，牛奶是专门为满足犊牛需要而"设计"的，当做婴儿食品或用来喂饲它种动物的幼畜时，必须对其成份进行调整，此外，奶中这些保护性蛋白对热敏感，一般在奶的加工过程中会遭到破坏。

        乳铁蛋白是一种与铁结合的蛋白质，存在於人奶及一切哺乳动物的奶中，也存在於唾液、泪液、气管、鼻腔分泌物、胰液以及其他的身体分泌物中，它有杀菌和抑菌的作用。乳铁蛋白的杀菌作用并不与其和细菌争夺铁的能力有关，而抑菌作用则与和铁结合有关。

        奶的总体抗菌作用无疑是由於非免疫球蛋的蛋白质和免疫球蛋白的协同保护作用，它大於个别起作用的总和。奶中保护性蛋白的功能在於：1)保护乳腺免受感染；2)保护新生的哺乳动物。後面一点似乎更为重要，因为对这种体内活性有更多的证据。

二、乳铁蛋白

        铁占地壳的5％，因此它在各种生命过程中具有关键作用是不足为奇的，在整个自然界，铁参与广泛的生物学过程并为其所必需。这些过程包括电子转移、氧的运输、贮存和活化以及固氮作用。铁也是很多种酵素的必需辅助因子，包括DNA合成过程中的酵素。

        铁是过渡性元素，具有从二价到六价的氧化状态，以二价和三价之间的平衡最能代表其在自然界中用途的特点。在生理pH下形成的三价铁(Fe³⁺)不溶於水，很难为动物和其他生物体利用，为了利用和运输这种金属，大自然中形成了复杂的结合和运输铁的方法。

        有些生物可利用称为含铁细胞(siderophores)的微小的非蛋白质分子，而较高等的有机体则可利用一系列的蛋白质分子。乳腺系统具有两种与铁螫合的蛋白质：运铁蛋白(transferrin)和乳铁蛋白(lactoferrin)。运铁蛋白主要是血液蛋白质，而乳铁蛋白是奶中的一种分泌蛋白质。乳铁蛋白有三个主要的生物学功能：

        1. 提高铁对於肠细胞的生物可利用性

        2. 抑菌和杀菌特性

        3. 促进肠细胞生长

        乳铁蛋白不仅合成於乳腺，而且也由中性白血球和颗粒上皮细胞产生，在浸润黏膜表面的多数主要分泌液中都可检验到这种蛋白(Masson等，1966)。由蛋白分解实验(Le Grand等，1984)显示，这单条的多鷇链可分成相同的两半，各有一个结合铁的位点。因此，这种蛋白可结合两个三价铁(Fe³⁺)和两碳酸氢盐阴离子(Aisen和Listowsky，1980)。每个一半有一个通过N-糖鷈键而结合的糖分子(Metz-Boutique等，1984)。

        乳铁蛋白有三种存在形式，位其分子上是否有铁或所结合三价铁的数量而定。每种形式都具有生理学重要性。

        进化过程中形成的结合并运输铁的蛋白质根据其结合铁的位点而分类，其中包括一组运输蛋白。运输蛋白中既有贮藏蛋白，也有运铁蛋白(表1)。铁蛋白(ferritin)是一种贮铁白，而子宫铁蛋白(uteroferrin)、运铁蛋白和乳铁蛋白则是运输铁的蛋白质(Baker等，1987)。

表1. 各种运输铁蛋白质

        乳腺中可发现两种主要的运铁蛋白：运铁蛋白和乳铁蛋白。运铁蛋白的分子量约50kDa，是在身体内部运送铁的载体。乳铁蛋白对於哺乳仔畜从肠道中吸收铁起相似的作用。各种哺乳动物都能产生乳铁蛋白，但其浓度因物种而异。人奶中的乳铁蛋白浓度最高，每毫升含量达1,700μg，而每毫升牛奶乳清中的含量仅2μg。山羊、马、猪、小鼠和天竺鼠奶中的狗奶中则不含乳铁蛋白(Hombraeus，1982)。

        据认为，人奶中高浓度的乳铁蛋白能增加铁对母乳喂养的婴儿的生物有效性。有报导说，母奶中铁的吸收率比以牛奶为基础的婴儿配方食品中的铁要高50~70％(Saarine等，1977)。究其原因，据设想是在於此种蛋白结合并运送铁的方式。乳铁蛋白与运铁蛋白不同之处是它能在pH仅2.2的情况下保留住铁，因此能不受损伤的载铁通过胃部(Reiter，1985)。当乳铁蛋白到达肠道後，即和细胞表面的特异性受体起反应，然後，这些受体进入细胞内部(Octave，1993)。由於乳铁蛋白的铁有较高的生物特性，因此一个直接的结果是母乳哺养的婴儿似乎较少患贫血症(Woodruff，1987)。

三、乳铁蛋白的抑菌和杀菌特性

        乳铁蛋白存在三种不同形式，取决於与其相结合的铁的数量。人奶中原本形式的乳铁蛋白仅是部分的被铁饱和(8~30％)。由於除乳酸杆菌外所有的细菌都需要铁来维持生长，所以乳铁蛋白在争夺可利用铁的同时也就抑制了需铁细菌的生长(Bullen等，1972)。

        这一特性的两个直接结果是：(1)母乳哺育的儿童少患由大肠杆菌引起的传染性胃肠炎(Leci，1941)和(2)肠中需铁细菌减少，使乳酸杆菌能在其中集群(图)。肠中乳酸杆菌的集群引起肠道pH下降，由此阻止了大肠杆菌的生长，因而进一步减少了传染性胃肠炎的发生率。

        有人认为，当乳铁蛋白与特定免疫球蛋白起协同作用时，其杀菌特性即可得到发挥，有些研究证明，乳铁蛋白对某些菌有直接杀菌作用(Arnold等，1982)。在人体中，乳铁蛋白也可能与调节性白血球和巨噬细胞派生的菌落刺激因子的产生有关。

四、促进生长

        乳铁蛋白的第三个特性是促进生长，这是较新的发现。体外试验证明，乳铁蛋白可刺激胸腺并入大鼠窦细胞的DNA中(Nichols等，1987)。这一特性似乎与乳铁蛋白运送和结合铁的功能无关。在窦细胞中，乳铁蛋白与细胞表面的特异受体结合。受体和此种蛋白形成有包被的凹窝，并通过细胞摄粒作用而进入细胞内。此後，乳铁蛋白被送往细胞核，并与核膜结合。

五、乳铁蛋白cDNA的分子克隆

        为从功能和基因方面研究乳铁蛋白的特性，已克隆了它的基因，为此从人的单核细胞中筛选了一个λgt10cDNA文库。并且分离到了乳铁蛋白的完整cDNA，後者已被用来构建一个生产乳铁蛋白的表达载体。这已导致了用米曲霉生产乳铁蛋白(Ward等，1992)。这是通过发酵大量生产正确地转译後修饰的乳铁蛋白的极重大的突破。

六、结论

        毫无疑问，乳铁蛋白的生产和在畜牧工业中的应用已为期不远。这些天然分子将被用来保护新生动物免患各种疾病，使生长动物表现出更高的生产性能，如日增重和饲料利用率。

饲料营养杂志(p.82～87)─佑生公司．九五年第十一期

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