乳铁蛋白与新生儿感染

李娜，刘洋，张芳

(天津市儿童医院新生儿内科，天津300134)

新生儿的免疫功能不健全，肠道黏膜屏障易遭到破坏。肠道通透性的增加导致异常抗原侵入，并产生全身免疫反应，使新生儿对感染的易感性增加。2010年，全世界约有760万名5岁以下的儿童死亡，其中新生儿占总数的40%，主要的死亡原因是感染[1]。尽管新生儿医学取得了长足的发展，但在发达国家，每10例败血症患儿中仍有4例死亡或者出现严重残疾，包括严重的永久性神经发育障碍[2]。在美国，出生28周以内早产儿血流感染的发病率为36%，病死率高达50%[3]。弥补新生儿免疫力和宿主防御能力的早期机制是获得母体通过胎盘被动转运的抗体，但这种机制主要发生在孕晚期，早产儿因失去这一重要保护而处于感染、炎症、氧化应激的高风险中，更易罹患败血症、支气管肺发育不良、坏死性小肠结肠炎(necrotizing enterocolitis，NEC)以及脑室周围白质软化症等严重疾病，遗留神经发育障碍[4]。母乳包含多种生物活性蛋白及生长因子，可促进器官发育和免疫系统成熟，并为新生儿提供针对感染性疾病的保护[5]。乳铁蛋白(lactoferrin，LF)是人乳中占主导地位的乳清蛋白，具有抗微生物、免疫调节、抗氧化、维持铁稳态等多种生物学功能，已成为执行广泛功能以直接或间接保护新生儿免受感染的关键物质[6]。现就LF与新生儿感染的最新研究进展予以综述。

1 LF概述

1.1LF的结构和分布 LF是来自转铁蛋白家族的糖蛋白，1939年首次在牛乳中发现，1960年从牛乳和人乳中分离出来[6]。LF是含有692个氨基酸、分子量为80 000的铁结合糖蛋白[7]。人LF的晶体结构于1987年被首次解析，它包含两个同源裂片，每个裂片均以高亲和力结合一个三价铁离子，是强力的铁清除剂[6]。LF可以采用铁结合的封闭构象或无金属的开放构象，两种状态均可在宿主防御中发挥作用[6]。LF是人乳清中含量最高的蛋白之一，有文献报道，在人初乳中LF的浓度可高达6～14 g/L，在眼泪、唾液、精液和中性粒细胞的次级颗粒中则浓度较低[8-9]。人乳中LF的含量随哺乳期而变化，最近的一项综合研究测定了妊娠24周至足月新生儿的母乳样品，结果发现，出生体重<1 400 g的新生儿母乳样品中的LF含量最高，且随产后天数的增加而降低[10]。Turin等[11]通过测定秘鲁3个新生儿中心的695份母乳样品中的LF浓度，发现低出生体重新生儿的母乳中LF的浓度最高，并且在产后2个月仍保持较高水平；经济条件好和多胎妊娠母体初乳中LF的浓度较高，而发生围生期感染母体初乳中LF的浓度偏低。此外，母乳中的LF水平也对温度敏感。有研究发现，母乳样品在4 ℃冷藏条件下，LF水平在5 d内不会显著降低，但冷冻(-18～-20 ℃)6个月后，LF水平会降低至35%，巴氏杀菌亦可显著降低母乳中的LF水平[6,12]。

1.2LF的生物学功能 LF通过多种机制参与针对微生物的防御，帮助宿主控制细菌、病毒、真菌和寄生虫的感染[13]。在细菌病原体中，LF已显示出对链球菌、沙门菌、志贺菌、葡萄球菌和肠杆菌属的有效抗菌活性[7]。LF可以直接杀灭细菌病原体，也可以通过作用于细菌的生物膜提供对宿主的保护，其机制主要包括通过铁螯合抑制病原体生物膜的形成以及非铁依赖性的生物膜活性抑制[7,14]。革兰阴性和阳性菌均具有LF的靶向分子(如脂多糖、绒毛酸等)，LF可通过破坏细菌膜的通透性导致细菌死亡[15]。有研究表明，LF具有分解肺炎球菌生物膜的能力，并能抑制肺炎球菌对抗生素的耐药性[16]。除了起杀菌剂和破坏生物膜的作用外，LF还可参与先天免疫系统辅助清除细菌，代替抗体有效激活经典的补体途径并诱导免疫调理作用；此外，LF还能结合病毒和细菌的宿主细胞受体，降低病原体黏附或侵袭宿主细胞的能力，同时结合或降解特异性毒力蛋白，促进肠道细胞增殖、分化和成熟，调节胃肠道菌群[6]。LF可通过调节新生儿对感染的先天性和适应性免疫反应在新生儿宿主防御中起关键作用。髓样细胞、多形核中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞等免疫细胞构成了宿主抵御大多数病原体的第一道防线。体外研究表明，LF通过调节免疫细胞和细胞因子的表达，具有直接的肠道免疫调节和抗炎作用[17]。LF受体广泛存在于免疫细胞表面，LF通过与糖胺聚糖、凝集素、核仁素等多种靶标的结合来调节免疫细胞的活性；LF还能促进未成熟的B淋巴细胞成熟，诱导CD4+T淋巴细胞的表达，提高免疫球蛋白水平[6]。LF还可通过与细菌细胞表面脂多糖结合，减少炎症细胞因子的上调，有研究表明，人和牛LF均可以下调脂多糖诱导的肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1、白细胞介素-8以及白细胞介素-6的水平[18]。LF的另一个重要的特性是刺激肠道细胞的增殖和分化，最近的动物模型实验探讨了LF对脓毒症所致急性肺损伤大鼠的保护作用，结果显示，LF的治疗使肠道微绒毛恢复到正常范围，减少了炎症细胞的侵袭[19]。由于LF是一种免疫衍生肽，因此它与多种感染性疾病相关，可作为许多疾病诊断的敏感的生物标志物，在口腔健康研究中，唾液中LF水平的升高与慢性牙周炎呈正相关[20]。

2 LF与新生儿感染

2.1LF与新生儿败血症 新生儿败血症是一个全球性的公共卫生问题，据报告，每年约有400万新生儿在出生后的前4周内死亡，其中1/4源于严重感染，包括新生儿败血症和肺炎[7]。为了降低新生儿感染的发病率、提高救治水平、减少神经系统后遗症的发生，多种干预措施正在紧张的研究中。目前已经评估了包括静脉免疫球蛋白、谷氨酰胺、抗葡萄球菌单克隆抗体和粒细胞/粒细胞巨噬细胞集落刺激因子在内的若干防御措施，尚未显示出治疗效果。LF对新生儿败血症的保护作用主要归因于LF的3个主要功能特性，即抗微生物、抗炎和免疫调节。目前，世界各地的多项临床试验正在研究补充牛或重组人LF对新生儿感染的预防作用，但结果并不完全一致。例如，Kaur和Gathwala[21]在印度对130例出生体重<2 000 g、罹患晚发型败血症的新生儿进行双盲随机对照试验，结果发现，LF对新生儿败血症有预防作用，且LF组新生儿凝血功能异常、血小板减少症、喂养不耐受、脑膜炎等疾病的发生率均显著降低。He等[22]通过对1 834例早产儿进行的9项临床试验的荟萃分析表明，早产儿补充LF是安全的，预防性补充LF可显著降低早产儿NEC、早产儿迟发性败血症以及医院获得性感染的发病率，降低早产儿与感染相关的病死率，缩短住院时间。然而，最近，英国一项针对2 203例早产儿的随机对照试验结果显示，LF干预组迟发性感染的发生率为29%，对照组为31%，两组差异无统计学意义，提示肠内补充LF不能降低早产儿迟发性感染的风险[23]。Ochoa等[24]对414例出生体重<2 000 g的新生儿进行了随机对照试验，结果显示，补充牛LF对晚发型新生儿败血症及病死率均无显著影响，对于这种不一致的结果，需考虑的因素主要包括：人乳中较高的LF水平和较高的母乳消耗量可能会稀释牛LF的作用；牛LF可能存在质量和纯度的差别，有许多商品化的牛LF制剂具有不同程度的变性和纯度，而且在目前的临床研究中并没有产品质量的标准指南。Manzoni等[25]的研究显示，在未接受母乳喂养的婴儿中补充LF可能会有好处，而对已经接受大量母乳喂养的婴儿给予更多的LF可能没有好处。Ochoa等[24]也指出，补充牛LF虽然并不能降低体重<2 000 g婴儿败血症的发生率，但使用牛LF作为广谱抗菌保护蛋白可能对体重<1 000 g的新生儿具有潜在的影响。

2.2LF与NEC 在生命的早期，特别是出生后的最初几周，极易受到感染和炎症介导的组织损伤。炎症反应失调和宿主与微生物之间的相互作用是导致包括NEC、支气管肺发育不良和败血症在内的高病死率疾病的核心因素，而这些疾病占极早产儿死亡原因的一半以上，导致美国每年的医疗费用超过40亿美元[26]。NEC是早产儿最常见的胃肠道急症，NEC的特点主要包括肠黏膜缺血性坏死、严重的肠道及全身炎症、肠产气微生物侵入周围器官和全身血液以及气体进入肠壁和门静脉系统等[27]。在出生体重<1 500 g的婴儿中，NEC的发病率为7%～11%[26]。据统计，NEC导致的病死率接近30%，在全肠NEC中接近100%[28]。伴随NEC急性肠损伤的全身性炎症反应对多个器官产生不利影响，使幸存者面临肺和肾功能慢性损害以及终身神经功能损害的高风险。尽管使用了有效的抗菌药物，但因耐药菌株的不断出现，NEC的病死率仍然较高。越来越多抗菌药物的使用导致了耐药菌菌株的出现。LF的另一个重要特性是刺激增殖和分化，高LF浓度会促进剂量依赖性的肠道细胞的增殖，而低LF浓度则会刺激肠道细胞分化[6]。LF可对肠道酶的成熟产生积极的调节作用，因此可能主动调节体内肠细胞的生长和发育。LF在肠道成熟中的另一个可能功能是调节肠道的通透性。LF的全身效应是间接的，可能通过与肠上皮细胞和肠相关淋巴组接触而引起，首先LF调节肠相关淋巴组织细胞产生细胞因子和(或)趋化因子，随后进入体循环并影响循环中的白细胞[29]。LF的肠道受体及其调节肠道细胞分化和增殖的能力使LF成为一种有前途的NEC预防或治疗药物。LF在肠道生长和成熟中执行的功能对于肠道感染屏障的形成和维持至关重要。有研究表明，LF可与益生菌菌株协同作用，促进益生菌株生长，抑制肠道病原体[30]。

2.3LF在新生儿感染中的应用 早产儿和低出生体重儿具有最大的感染风险。目前大多数试验针对出生体重<1 500 g的新生儿。而使用LF的一个重要问题就是潜在的不良事件，特别是过敏反应，因为所使用的LF是从牛乳中提纯的。有研究表明，牛奶蛋白过敏主要由酪蛋白、α-乳白蛋白和β-乳白蛋白引起，而不是LF引起[31]。在秘鲁，研究人员对414例出生体重<2 000 g的新生儿进行了随机对照试验并进行了长期随访，结果显示，LF组婴儿的神经发育迟缓和整体神经发育障碍的结局与安慰剂组相似，证实了LF的安全性[24]。目前行业内可生产高纯度的牛LF及重组人LF，意大利、日本、韩国、德国等国家已经允许将牛LF加入婴儿配方食品中[32]。牛LF与人LF有约70%的氨基酸同源性，尽管在结构上有所不同，但两者均保留了LF的功能特性[33]。重组人LF可有多种来源(如水稻、奶牛、山羊和真菌等)，其糖基化模式因物种的来源而异，目前尚无足够的证据表明牛LF与重组人LF哪一种更好或更安全[34]。牛LF具有比重组人LF价格便宜的优势，可作为食品补充剂购得，如果有效，最可能用于儿科领域。目前正在进行的试验中，LF的剂量为150～200 mg/(kg·d)，但在实际临床工作中，每日剂量的计算需要根据生长情况进行频繁调整，并制定出简化方案，例如：对于体重<1 000 g的新生儿，应从200 mg/d开始，而对于体重>1 000 g的新生儿，体重每增加500 g，剂量相应增加100 mg/d[35]。欧洲食品安全局专家组得出的结论是，牛LF在标准补充浓度(每日最多210 mg/kg)下对婴儿是安全的[23]。

3 小 结

LF是人和哺乳动物乳中最具代表性的重要生物活性蛋白之一，主要通过细胞膜破坏、铁螯合、抑制微生物黏附于宿主细胞以及防止生物膜形成等机制而具有广泛的抗感染活性。LF还能促进益生菌生长、刺激肠细胞的分化和增殖、促进肠道消化酶的表达以及抑制自由基活性等，具有调节肠道免疫和抗炎的作用。LF对新生儿感染的保护作用可能取决于LF的形式、剂量、用药时间、引起感染的病原微生物、患儿的年龄以及治疗中使用的其他辅助因子等。LF能否在新生儿感染中起到积极作用目前尚无定论，还需要在今后的工作中进行规模更大、研究方法更优化的试验来证实。