乳铁蛋白及其在养猪生产上的应用研究进展

司马博锋

（四川农业大学动物营养研究所，四川省 雅安市 625014）

乳铁蛋白是能与铁结合的糖蛋白，它广泛分布于动物的外分泌物中，由一条多肽链组成（氨基酸组成见表 1），分子量大概为80000 Da。有研究表明，乳铁蛋白有三种异构形式：即α型、β型和γ型，虽然构型不同，但都具有相同的物理、化学和抗原性质。一分子乳铁蛋白具有两个铁结合位点，乳铁蛋白通常的存在形式为无铁形态。β型和γ型乳铁蛋白的活性发挥不依赖于铁离子，而且不与铁离子结合，α型无活力，可与铁离子结合，亚铁离子与乳铁蛋白铁结合位点的结合依赖于pH值和碳酸氢盐。乳铁蛋白在机体防御系统中起着非常重要的作用[1]。正常情况下，动物血浆中乳铁蛋白的含量很低，其主要存在于各种外分泌液和嗜中性粒细胞的次级颗粒[2]，当机体发生炎症情况时，嗜中性粒细胞便将大量的乳铁蛋白释放进入血液从而发挥其生物学功能。

1 乳铁蛋白在猪乳中的含量

猪乳铁蛋白的研究是在二十世纪70年代左右开始，Roberts[3]从泌乳母猪奶和公猪精液中分离出猪乳铁蛋白；Elliot[4]研究了约克夏母猪围产期和泌乳期乳中乳铁蛋白的含量，发现临近分娩时母猪乳中乳铁蛋白含量最高（1100～1300μg/mL）， 分娩后第一周乳铁蛋白含量急剧下降；不同个体之间乳中乳铁蛋白含量差异很大，但是一头母猪不同奶头之间差异不大。林成招[5]在二花脸母猪上得到了类似的结论，刚分娩时乳中乳铁蛋白含量最高（1266.59μg/mL） 随后下降， 分娩后48小时乳铁蛋白含量下降到分娩时的53%。

2 猪对乳铁蛋白消化、吸收及代谢的研究

乳铁蛋白与猪小肠的肠上皮细胞表面受体结合进入肠上皮细胞并随后进入血液，然后经过血液循环进入胆汁，进入胆汁的一部分乳铁蛋白可以被血液重吸收，说明乳铁蛋白参与了肠－肝循环。在兔子上的研究与在猪上有所不同，乳铁蛋白通过淋巴途径进入血液循环而不是通过门脉循环途径[6]。猪乳铁蛋白在猪小肠的受体数量和亲和力从仔猪出生到断奶均未发生改变[7]，活化的T细胞、血小板、肝细胞和乳腺细胞上都有乳铁蛋白受体，但是它们的结构不一样，目前对于乳铁蛋白受体的功能尚缺乏了解。有人比较过仔猪对乳铁蛋白中铁和硫酸铁中铁的吸收能力，结果说明哺乳仔猪对这两种来源的铁吸收能力相同[8]。

3 乳铁蛋白的生物学功能及其影响因素

3.1 调节机体铁代谢

乳铁蛋白与转铁蛋白是生物体内铁转运的主要蛋白质，乳铁蛋白主要在肠道铁的吸收方面起重要作用。张英华[10]在体外的研究表明，乳铁蛋白对二价铁离子和三价铁离子均有增溶作用，可以提高其溶解度。初生牛的造血功能在补充硫酸亚铁和乳铁蛋白后也有所提高[11]。乳铁蛋白作为铁转运家族的一员，Ward等[12]对它的基本铁转运功能做过详细论述，乳铁蛋白通过增加肠道中铁的溶解性促进铁吸收，降低过量铁导致的肠道损伤[13]。

表1 牛奶和人奶中铁蛋白氨基酸残基组成 [9]

3.2 乳铁蛋白的抗微生物及免疫调节功能

在人和多种动物上的研究表明乳铁蛋白具有一定调节免疫功能的作用。25 ppm的重组猪乳铁蛋白氮端多肽能拮抗环磷酰胺对小鼠脾淋巴细胞增殖反应的抑制作用且可以提高血清中IL-2、IFN-γ和TNF-α含量，可见乳铁蛋白对免疫抑制小鼠的免疫功能有一定的恢复和增强作用[1]。体内和体外试验证明，日粮中给予乳铁蛋白或乳铁蛋白肽可以促进真菌感染豚鼠的康复[14]。反复呼吸道感染的患儿每天给予200mg的乳铁蛋白同时给予抗生素常规治疗可以提高患儿的免疫力[15]。转乳铁蛋白基因的斑马鱼卵饲喂鱼可以提高其疾病抵抗能力[16]。

有研究表明，随着乳铁蛋白浓度增加，其对大肠杆菌和沙门氏菌两种肠道致病菌的抑菌效果明显增强，且pH值对乳铁蛋白的抑菌效果也有影响；乳铁蛋白的抗病毒作用已经有很多论述[17]，其抗病毒作用似乎和乳铁蛋白与铁离子结合有关，体外的研究也证实了乳铁蛋白可以延迟微生物的生长速度，但是这种现象在添加高浓度铁后就消失了[13，18]。Arnold等[19]研究了乳铁蛋白对一系列细菌的抗菌活性，包括革兰氏阳性菌和阴性菌，发现同一个种的细菌甚至同一细菌菌株对乳铁蛋白的耐受能力均不同，推测可能与乳铁蛋白进入其作用位点难易程度及不同细菌的毒力差异有关。付丽[20]也研究了乳铁蛋白对荧光假单孢菌、大肠杆菌、微球菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用[21]，发现其对微球菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制效果，但对革兰氏阴性菌的抑制效果不明显。关于乳铁蛋白抗菌机制主要有两种解释：一种是乳铁蛋白可以与病原微生物竞争性结合铁离子，造成病原微生物失去赖以生存的铁离子，从而抑制或杀死病原微生物[22]；另一种是由于带正电荷的乳铁蛋白因为与细胞壁或细胞膜上的磷脂和脂多糖具有很强的亲和性，可以牢固地与细胞壁或细胞膜进行结合，增强细胞膜或细胞壁的通透性[23]。乳铁蛋白的抗病毒作用主要是作用于病毒感染早期或是粘附阶段[24]，另外完整结构的乳铁蛋白才具有较好的抑制病毒作用，乳铁蛋白的抗病毒作用与其浓度也有关系，浓度越高抗病毒作用越强[17]。

3.3 乳铁蛋白的抗氧化功能

乳铁蛋白能结合铁离子，可以抑制铁离子导致的脂质氧化，阻断氧自由基的生成[25]，同时乳铁蛋白能够抑制铁诱导的脂质过氧化过程中硫代巴比妥酸和丙二醛的产生。以上这些都可以降低动物机体内自由基对动脉血管壁弹性蛋白的破坏，从而可以预防和治疗动脉粥样硬化和冠心病。

3.4 乳铁蛋白调节基因表达

大量研究表明，乳铁蛋白能够作为第二信使启动信号转导通路，调控基因表达。乳铁蛋白能够与蛋白激酶（CK2）结合，然后CK2磷酸化一些调控因子，影响细胞的生物学功能。同时，乳铁蛋白可以直接作为转录因子，调控基因表达。

3.5 乳铁蛋白的其它生物学功能

乳铁蛋白对消化道的肿瘤具有预防作用，并可抑制由此引发的肿瘤转移。另据一些报道指出乳铁蛋白可以防止胃炎发生和抑制丙型肝炎病毒繁殖。随着研究水平的逐步深入，乳铁蛋白的其它生物学功能将进一步被发现。

3.6 影响乳铁蛋白生物活性的因素

乳铁蛋白发挥其生物学功能受到许多因素的限制，其中主要有铁含量、盐类含量、pH值和介质的影响。有研究表明乳铁蛋白的抑菌作用与其铁离子饱和程度有关。碳酸盐可以明显增强乳铁蛋白的抑菌能力。在环境pH低于6时乳铁蛋白基本无抑菌作用，乳铁蛋白的抑菌效果与环境pH值存在密切的关系[10]。

4 乳铁蛋白在动物生产上应用的可能性

4.1 乳铁蛋白的大规模制备

乳铁蛋白产品的开发，首先应解决是否能进行大规模商品化生产。目前生产乳铁蛋白的方法主要有两种，一种是以牛奶等为原料，利用色谱、超滤和盐析等方法从中进行提取；另一种方法是利用基因工程的技术[9]大规模生产乳铁蛋白和乳铁蛋白活性肽。黄海青[26]从泌乳15天的大约克母猪乳腺组织中克隆了猪乳铁蛋白N-叶基因，随后在大肠杆菌和毕赤嗜甲醇酵母中进行了表达，其表达产物对大肠杆菌ATCC25922标准菌株有一定的抑制作用，虽然有待进一步改进，但乳铁蛋白有望在微生物中进行表达从而进行大规模的商业生产。

4.2 乳铁蛋白的稳定性评估

乳铁蛋白作为一种添加剂要应用于动物生产必须要耐受饲料加工过程中的高温和动物胃内强酸环境的苛刻条件。张红等研究了在 65、70、75、80、85、90和95℃条件下，90%牛乳铁蛋白变性所需要的时间分别为32.68、26.81、23.98、8.18、6.07、2.9 和 2.21 分钟[27]。Abe等发现乳铁蛋白在pH值为4，温度为90℃时加热5分钟，其铁结合能力、抗原活性和抗菌活性均未发生变化，但在pH值为2或3，温度为100℃或120℃条件下加热 5分钟被降解，但其抗菌活性与未降解前相当或更高，提示在酸性条件下加热产生的乳铁蛋白片段可能具有抗菌活性[28]。以上研究结果说明乳铁蛋白具有一定的抵抗高温和抵抗酸性环境的能力，至少能够部分耐受在饲料加工过程中的高温及动物胃内酸性环境。

5 乳铁蛋白在猪上的应用研究现状

5.1 乳铁蛋白对猪生产性能和消化吸收功能的影响

伍喜林[29]发现在日粮中添加230 ppm的乳铁蛋白时其生产性能最好，可以使长梅二元杂交仔猪60日龄体重提高12%～20%，随着乳铁蛋白的添加量从50 ppm、100 ppm、200 ppm提高到400 ppm,日粮中粗蛋白、粗脂肪、钙、磷和微量元素铜、铁、锌、锰的消化率也得到改善并在200 ppm组达到最大值；日粮中添加1000 ppm从牛奶中提取的乳铁蛋白 （纯度90%，铁饱和度17%）也极显著提高了杜长大仔猪日增重、饲料转化率和小肠绒毛高度，并显著降低了小肠隐窝深度[30]。

5.2 乳铁蛋白对猪微量元素代谢的影响

乳铁蛋白可以耐受胃内较低的pH值到达肠道，然后与肠上皮细胞表面的乳铁蛋白受体结合，进而进入细胞内并释放铁离子，细胞对铁的吸收有负反馈机制，通过调控细胞表面乳铁蛋白受体的多少来调控细胞内铁的稳态。徐奇友等[31]在14±2日龄断奶的仔猪日粮中添加 2ppm、10ppm、20ppm的乳铁蛋白，发现添加乳铁蛋白可以提高仔猪血浆、脾脏、肝脏中铁含量，但肝脏和血浆中铜含量有降低的趋势；伍喜林[29]在长白、梅山杂交猪上得到了类似的结论，并发现仔猪血清中的铁含量、总铁结合力和血红蛋白值随着乳铁蛋白添加量的增加而升高，且添加200 ppm时上述指标达到最高；Shen等[32]在杜长大仔猪日粮中添加0.1%的乳铁蛋白也发现血清铁含量显著提高。

5.3 乳铁蛋白对猪免疫机能的影响

日粮中添加0.125%和0.25%的乳铁蛋白能显著提高杜长嘉断奶仔猪抗菌肽PMAP-37的基因表达[33]，体外的研究也表明，在猪骨髓细胞培养液中加入10μg/mL、 100μg/mL 和 1000μg/mL乳铁蛋白，其PMAP-37的基因表达也有提高的趋势；另有研究表明乳铁蛋白将降低长白、梅山二元杂交仔猪血清中IL-α、 IL-β、 IL-6 和 TNF-α 的含量[29]，而Wang等[30]发现仔猪日粮中添加乳铁蛋白可以提高内源性抗微生物多肽PR-39基因的表达；仔猪日粮中添加0.1%乳铁蛋白可以提高植物凝集素刺激产生的外周血和脾脏淋巴细胞增殖率及伴刀豆球蛋白A刺激产生的脾脏淋巴细胞增殖率，血清IgA、IgG、IgM、补体C4和IL-2含量也显著提高[32]。徐奇友等[34]在仔猪日粮中添加2mg/kg、10mg/kg和20mg/kg的乳铁蛋白，结果发现2mg/kg乳铁蛋白提高了血清球蛋白含量，降低了血浆白蛋白 （ALB）和球蛋白 （GLB）的比值，而且各处理组血清葡萄糖含量降低，谷丙转氨酶和碱性磷酸酶活性升高。以上结果表明乳铁蛋白可以做为一种免疫增强剂。

5.4 乳铁蛋白对猪蛋白质代谢的影响

Burrin等[35]采用大剂量灌注苯丙氨酸法研究了奶粉、奶粉＋1mg/mL牛乳铁蛋白和初乳饲喂新生仔猪24小时后对其肝脏、脾脏和小肠蛋白质合成的影响，结果表明，奶粉＋1mg/mL牛乳铁蛋白和初乳组可以显著提高肝脏蛋白质合成，但各处理组对小肠蛋白质合成的影响差异不显著。

5.5 乳铁蛋白对猪肉的保鲜效果

乳铁蛋白因为可以螯合易引起氧化的铁离子，因此可以减慢氧化过程。美国食品和药品管理局和美国农业部已经批准乳铁蛋白用于新鲜肉类防腐的辅助剂，将乳铁蛋白喷洒在分割肉表面抑制微生物的繁殖，延长肉类的货架期。张晓春[36]研究了乳铁蛋白、Vc和乳酸钠对预处理肉抑菌和抗氧化作用的影响，发现乳铁蛋白为2.2%、Vc为0.9%、乳酸钠为3.9%时预处理肉的保鲜效果最好。付丽[20]也研究了乳铁蛋白对肉质保鲜的影响，发现随着乳铁蛋白添加量增加，其对冷却猪肉的保鲜效果增加。

6 结语

乳铁蛋白具有多种生物活性，在猪业生产的实际应用结果表明，乳铁蛋白可以提高仔猪的消化吸收能力并有助于改善仔猪的生产性能，乳铁蛋白作为免疫调节剂可以增强猪只的抗病力，尤其是断奶仔猪由于其自身免疫系统尚未发育完善而体内的母源抗体逐渐减少。利用乳铁蛋白及其生物活性肽的抗菌功能开发安全的抗生素替代产品具有广阔的发展前景。

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