乳铁蛋白的研究现状与进展

陈立平，赵 平，任广旭，王 靖，覃 瑞，刘 虹

（1.中南民族大学生命科学学院，湖北武汉 430074；2.农业部食品与营养发展研究所，北京 100081）

乳铁蛋白是一种铁糖结合蛋白，主要存在于动物的初乳中，在分类上属于转铁蛋白家族[1]。乳铁蛋白在动物非特异性免疫系统中发挥重要作用，因此乳铁蛋白的研究和开发利用已成为科学研究的热点。乳铁蛋白不但在自然免疫中发挥着重要作用，而且具有促进骨骼生长、抗微生物活性、抗炎症、抗癌症等功能，根据乳铁蛋白的功能可以看出其应用前景广阔。对乳铁蛋白的应用进行了充分论述，以期为实际应用乳铁蛋白提供一些理论基础。

1 乳铁蛋白的生物学特征

1.1 乳铁蛋白的结构

乳铁蛋白是一种具有多种生理功能的铁糖结合蛋白，结构和性质非常复杂，其分子体是约700个氨基酸的多肽链，它可折叠成2个球形叶片，其中一端是氨基末端叶片，另一端是羧基末端叶片。每个叶片结构都含有铁离子和碳酸氢根结构，并可以高度亲和且可逆地与铁结合[2]。乳铁蛋白中的铁元素存在于由氨基酸组成的结构域中，并且裂缝可以通过叶子的结构变化而处于打开或关闭的状态，并且当铁离子与多肽链结合时，裂缝会闭合。

1.2 乳铁蛋白的来源

哺乳动物的乳汁含有很多乳铁蛋白，还有少量存在于体液分泌物中，如唾液、眼泪和鼻腔分泌物、胆汁或者血浆[3]。骨髓、子宫内膜及胎盘、血液中的中性白细胞也含有少量乳铁蛋白[4]。目前的研究中主要是从乳汁中提取乳铁蛋白，工艺流程为牛乳→脱脂牛乳→乳清→粗蛋白→乳铁蛋白，或者用重组表达系统获得乳铁蛋白。据报道，乳铁蛋白的重组表达系统有细菌表达系统、真菌表达系统，以及转基因动物、转基因植物和动物细胞系的表达系统[5]。例如，大肠杆菌表达系统、巴斯德毕赤酵母表达系统、CHO细胞系表达系统，转基因羊都可以获取不同浓度的乳铁蛋白，但总体来说乳铁蛋白的表达量较少[6]。因此，更高效重组表达系统的开发具有重要意义，以满足乳铁蛋白的潜在市场需求。

2 乳铁蛋白的生物学功能

乳铁蛋白的生物学功能可归纳为以下几个方面。

2.1 参与铁代谢，促进铁吸收

乳铁蛋白可以稳定还原态的铁离子，提高肠道细胞对铁的利用率，减少铁离子对肠道的刺激[7]。乳铁蛋白可调节肠黏膜细胞对铁元素的吸收，平衡人体内铁的稳定态。

（1）乳铁蛋白可以减缓铁离子对肠道的刺激作用。一方面乳铁蛋白对铁离子进行螯合，另一方面食用乳铁蛋白后可以减少机体对铁离子的进食量，从而减少铁离子对机体产生的不良反应[8]。

（2）运输及促进铁离子吸收。在中性条件下的铁离子不溶于水，几乎不被生物体吸收利用，乳铁蛋白可以结合铁离子，改变铁离子的化学结构，促进机体细胞对铁离子的吸收，补充机体内的铁元素。因此，乳铁蛋白是一种非常好的补铁剂。

2.2 抗微生物功能

抗菌活性是乳铁蛋白最重要的作用，乳铁蛋白对许多细菌都具有不同程度的抑制和杀伤作用[6]。它的作用机制有以下几点：

（1）乳铁蛋白是一种广谱抑菌剂，因为其具有很高的铁结合能力，通过抢夺细菌生长过程中的重要的营养物质铁元素，使细菌停止生长或死亡，从而降低细菌的浓度[9]。

（2）乳铁蛋白破坏了细菌细胞膜的结构，引起微生物死亡。其作用机理是乳铁蛋白N端可以与细菌细胞膜上的特异性区域结合，使细胞膜的脂多糖流出，增加细胞膜的通透性。

（3）乳铁蛋白在非特异性免疫中发挥重要作用。通过激活巨噬细胞和单核细胞的吞噬功能，抑制巨噬细胞的表达，发挥抗微生物活性的作用。

（4）抗真菌作用。乳铁蛋白直接与真菌细胞结合，以特殊的方式杀死真菌，许多文献报道对肠道耐甲氧苯毒霉素金黄色葡萄球菌，以及引起消化道疾患的幽门螺旋杆菌等都有抗菌作用[5]，但这种杀菌的作用机制还有待研究。

（5） 乳铁蛋白调节肠道菌群，保护机体健康。肠道菌群是机体健康的主要防御系统，乳铁蛋白一方面抑制有害细菌的生长，另一方面刺激嗜酸乳杆菌和双歧杆菌的生长，从而提高肠道有益菌的浓度[10]。乳铁蛋白具有筛选或调节新生儿肠道菌群、保护新生儿肠道的作用。

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2.3 抗病毒作用

乳铁蛋白不仅具有抗微生物功能，也有抗病毒作用。研究表明，乳铁蛋白是一种广谱抗病毒剂，抗病毒活性主要作用于病毒感染的早期阶段，并通过不同方法干扰靶细胞的吸附和侵袭。乳铁蛋白抗病毒作用的主要包括以下几个方面：

（1）乳铁蛋白直接结合病毒颗粒，抑制其对靶细胞的入侵。

（2） 乳铁蛋白结合靶细胞表面的病毒受体结构，从而切断病毒与靶细胞的结合途径。

（3）乳铁蛋白通过抑制病毒进入靶细胞后的病毒自我复制过程，发挥抗病毒作用。

（4） 乳铁蛋白属于非特异性免疫分子的激活剂，可以增强免疫细胞的杀伤作用，提高机体的抗病毒作用，抵抗病毒对人体引起的不良反应[11]。

乳铁蛋白抗病毒活性的主要作用特点有：①乳铁蛋白结合铁离子的特性与抗病毒作用没有关系；②乳铁蛋白抗病毒活性主要作用于病毒感染的早期阶段；③乳铁蛋白的浓度越强，抑制病毒活性的作用也就越强；④乳铁蛋白是一种广谱抗病毒剂，对各种病毒都有不同程度的抑制作用。

3 乳铁蛋白的多重应用

乳铁蛋白的广泛生物学功能决定了其在化妆品、食品、动物生产、医疗等领域中的应用，可作为抗氧化剂、免疫促进剂、补铁剂、药物载体等。

3.1 乳铁蛋白在化妆品中的应用

乳铁蛋白是人体内一种天然物质，具有广泛的抗菌、抗炎、抑制黑色素和促进胶原蛋白形成等作用，因此可作为有效成分用于化妆品制剂的开发利用[12]。美白化妆品的开发利用中，原料在加工过程中具有一定稳定性，而乳铁蛋白具有极高的稳定性，可用作原料进行加工制成美白剂。有研究表明，用乳铁蛋白在动物皮肤模型上做美白功能的鉴定，乳铁蛋白可以减少黑色素的形成，并且抑制黑色素的能力和乳铁蛋白的含量成正比例关系，这表明乳铁蛋白可以被皮肤吸收，从而起到美白的作用。乳铁蛋白可以促进人体内成骨细胞的胶原蛋白合成，弥补机体由于年龄因素、环境因素而造成的胶原蛋白的流失，对人体皮肤起到美白的效果[13]。乳铁蛋白的美白效果显著，应用化妆品前景广阔，但是其分子作用机制还有待进一步研究。

3.2 乳铁蛋白在食品中的应用

目前，市场上含有乳铁蛋白的产品丰富多样，包括酸奶、脱脂乳、保健食品和发酵乳制品等众多产品。在20世纪末期，日本的乳制品公司就开始生产并销售含乳铁蛋白的婴幼儿配方奶粉，乳铁蛋白添加到婴幼儿奶粉中的益处很多，包括促进对铁的吸收、改善肠道菌群等作用[14]。在临床和动物试验中已经证实这些含有乳铁蛋白的产品对健康十分有益。日本、韩国等国家和地区流行在发酵乳制品、婴幼儿食品、大豆蛋白制品、肉品中添加乳铁蛋白，补充乳铁蛋白，增强机体的免疫力，预防机体患病毒性感冒、肠道感染等疾病。

3.3 乳铁蛋白在动物生产中的应用

乳铁蛋白添加到母猪的饲料中，母猪可以获得大量的内源性乳铁蛋白，可减少仔猪发生缺铁性贫血的概率，提高仔猪的免疫力，促进仔猪的生长。在仔猪的日粮中加入乳铁蛋白，能够改善仔猪肠道微生物菌群、防止肠道腹泻、增强仔猪肠道对营养物质的吸收能力。添加乳铁蛋白的饲料可以防止饲料被氧化分解，同时增强饲料的营养成分[15]。乳铁蛋白还具有在饲料高温加工过程中较好地保持其生理功能的作用，因此能够用作绿色饲料添加剂应用于动物的饲养。

3.4 乳铁蛋白与阿尔茨海默症

乳铁蛋白不仅调节机体铁代谢，对机体的抗炎和抗氧化也具有重要作用。乳铁蛋白受体存在于细胞膜表面，分子量在105 kDa左右，常见的靶细胞包括黏膜上皮细胞、肝细胞、单核细胞、巨噬细胞、淋巴细胞等，金黄色葡萄球菌和假单胞菌等细菌。乳铁蛋白与细菌细胞表面受体结合，可激活胞内相关信号通路或通过内吞作用入核，参与机体免疫和抑菌等功能。有研究证实，乳铁蛋白受体在帕金森病患者脑的神经元和毛细血管内皮细胞表达量大，乳铁蛋白与其结合抑制朊蛋白的传播；乳铁蛋白这种作用提示其对神经退行性疾病防治的潜在应用价值[16]。

4 乳铁蛋白的安全性评价

基于乳铁蛋白的多种生物学活性，开发乳铁蛋白的多重应用最关键的是乳铁蛋白的安全性，因此许多研究者对乳铁蛋白的安全性评价进行了一系列研究。这些研究表明，对乳铁蛋白的物理毒性进行鉴定，乳铁蛋白对细胞没有明显的毒性作用；重组人乳铁蛋白皮肤变态反应试验和皮肤光变态反应试验的研究成果表明，受试物未见引起皮肤红斑、水肿等过敏症状反应；重组人乳蛋白对大鼠的致畸效应中，检查其对胚胎发育和胎鼠外观畸形的影响。结果表明，与对照组差异并无统计学意义，重组人乳蛋白无致畸形。综上所述，乳铁蛋白是一种功能多样、安全性高、对人体有较大益处的铁糖结合蛋白。

5 乳铁蛋白应用前景展望

综上所述，乳铁蛋白的抗菌、抗病毒、与铁结合能力强等诸多活性受到了社会的广泛认可，其应用在食品、化妆品、动物生产、医疗等领域。随着现代生活水平的提高，人们将目光更多地集中在保健食品，这使乳铁蛋白的开发利用成为研究热点。但目前乳铁蛋白的提取量较少，需要开发更高效的工业生产方法，以获取乳铁蛋白。

乳铁蛋白的氨基酸序列、空间结构及其抗菌、抗病毒的分子机制已被许多研究者报道，其为基因重组系统表达乳铁蛋白提供了基础。对乳铁蛋白安全性的进一步研究，是将乳铁蛋白应用于其他领域的关键一步。利用基因工程技术改造乳铁蛋白，提高乳铁蛋白的抗氧化、抗菌、抗病毒能力，将其应用在生活中的各个方面，以满足人们提高生活品质的需求，这是应该深入研究的内容。