乳铁蛋白

概述

乳铁蛋白是一铁结合的糖化球蛋白，人体重要的免疫蛋白之一，具有多样化的体内抑菌、免疫调节和各种生理功能，其免疫机理主要针对病原微生物的感染、炎症（如关节炎、过敏）以及神经退化性疾病等所作的应答，枢轴式调节先天和后天适应性免疫系统、双向调节促发炎和抗发炎以达到免疫稳态，具有广谱抗菌，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；调节机体免疫功能，增强机体抗病能力，抑制人体肿瘤细胞的作用;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^[1-3]。常见的LF来源可分为人乳铁蛋白(human lactoferrin, hLF)、牛乳铁蛋白(bLF)、猪乳铁蛋白(porcine lactoferrin, pLF)、羊乳铁蛋白(sheep lactoferrin, sLF)以及重组人乳铁蛋白(recombinant humanlactoferrin, rhLF)等。

乳铁蛋白来源和分子结构

乳铁蛋白广泛分布于人和哺乳动物乳汁和其他多种组织及其分泌液中（包括泪液、精液、胆汁、滑膜液等内、外分泌液和嗜中性粒细胞），但乳汁中含量较高，其中牛初乳中乳铁蛋白含量最高。血液中乳铁蛋白主要由多核细胞分泌，骨髓、唾液腺及子宫内膜等也能分泌少量乳铁蛋白。

以牛乳铁蛋白（bLF）为例，根据RCSB PDB 公共数据库LF的二维结构讯息，经PyMOL 软件处理所得bLF 的三维结构，可知bLF 主要由α-螺旋和β-折叠构成的三维结构，包括两个叶(C叶和N叶)，形状类似于两片银杏叶，每个叶中心都能结合一个铁离子。不同来源的牛乳铁蛋白的二级结构基本相似，但三级结构略微不同，bLF结构的差异使其具有不同的铁饱和度，铁饱和度会影响bLF的稳定性，如：铁饱和型LF(holo-lactoferrin, holo-LF)的热稳定性高于缺铁型LF(apo-lactoferrin, apo-LF)，故bLF 的活性和稳定性随牛奶的来源而异，主要与铁饱和度有关^[4]。

乳清蛋白分子结构

乳铁蛋白生产工艺

阶段调整工程的目的在去除酪蛋白和大颗粒杂质，单元操作包括：HCl 调pH 4.6 沉淀并离心去除酪蛋白、上清液pH 中和至6.5 并冷却至8℃、预过滤或微过滤除去杂质。其中，去除酪蛋白的操作条件可以0.1~1 mol/L 盐酸溶液酸化至pH 4.6（酪蛋白的等电点）使酪蛋白凝集后， 以4000~5000 g、15~20 min 的离心去除酪蛋白沉淀物。上清液进行层析前的预过滤，可使用1.2~1.4μm 的滤膜微过滤或先用5 μm 的滤膜初滤再用1 μm的滤膜微过滤，所得滤液含有乳清蛋白、bLF、乳过氧化物酶（LPOase）、牛血清白蛋白（BSA）、及免疫球蛋白（IgG）等。

第二阶段层析工程的目的在分离纯化上述各种功能性蛋白质，单元操作包括：强阳离子交换树脂吸附性色谱分离操作，将含各种功能性蛋白质的滤液加载色谱管柱中，依序以水洗出色谱柱中的缓冲液杂质和乳清蛋白等未吸附的物质、以低浓度盐溶液(1.6% w/v NaCl)洗脱出低正电荷的蛋白质(LPOase、BSA和IgG)、及以高浓度盐溶液(10% w/v NaCl)洗脱出高正电荷的bLF。工业上都采用磺酸化的强阳离子琼脂糖大孔树脂凝胶(SP Sepharose Big Bead，粒径100~300 μm)进行分离纯化操作，具有高效分离的优点，适用于大规模生产。

第三阶段配方粉末工程的目的在纯化bLF、巴氏杀菌和干燥粉末化，可同时进行食品配方操作以生产复配粉未食品，单元操作包括：bLF 溶液进行超滤浓缩、透析脱盐、巴氏杀菌、最后干燥成bLF干燥粉末。其中，超滤浓缩可以使用30k Da或50k Da的超滤膜；巴氏杀菌的条件为73.5℃ 18 s或75°C 15 s；干燥可采冷冻干燥或喷雾干燥。所得bLF干燥粉末纯度为80%~96%，蛋白质含量˃94%，bLF无明显变性、具有高生物活性^[5]。

乳铁蛋白生产工艺

乳铁蛋白的功能与相关应用

1.乳制品与机能饮料

乳铁蛋白最典型的应用方式是作为营养强化剂添加到婴幼儿配方奶粉、酸奶等乳制品中，以强化提升免疫力和调整肠道菌群稳态的功效，同时有助于婴幼儿神经发育与预防感染。临床研究发现，婴儿食用含0.6 g/L bLF 的配方奶粉约365 天后神经发育状况完善，545 天后腹泻和呼吸相关不良事件显着减少。奶粉配方中添加bLF (76 mg/100 g)可有效降低贫血婴儿腹泻和呼吸道感染的发病率。这些研究表明强化bLF 的婴儿配方奶粉可为婴幼儿提供功能性蛋白质和更快的能量，降低疾病发生率。由于国内bLF 相关的机能性饮料尚很少，可能受限于bLF 的生产成本和稳定性，亟待未来解决相关问题，以促进更多的相关产品研发，尤其是疾病患者所需的特医类饮料。

2.预防阿尔兹海默症

LF 具有缓解与衰老相关的认知衰退方面的潜力，口服bLF 可预防阿尔茨海默病(Alzheimerdisease, AD)。MOMAHED等^[6]阐明了LF 通过影响AD 病理中炎症和氧化应激的关键因子，减轻AD病理反应和认知能力下降。因此，含bLF口服液可发展为特医类食品饮料，具有预防AD的潜力。

总结

综上，LF 是机体内非常重要的多功能活性物质，兼具免疫活性与广谱的抑菌性。可应用于促进并平衡免疫系统、调整肠道功能的机能食品或饮料，也具有应用于特医食品以辅助治疗病源微生物源疾病的潜力，同时可作为抗菌药物的佐剂，应用领域广泛且深具商业价值

参考文献

[1] LEGRAND D P. Overview of Lactoferrin as a Natural Immune Modulator[J]. The Journal of Pediatrics, 2016, 173: S10 -S15.

[2] MORENO-EXPÓSITO L, ILLESCAS-MONTES R, MELGUIZO-RODRIGUEZ L, et al. Multifunctional capacity and therapeutic potential of lactoferrin[J]. Life Sciences, 2018, 195: 61 -64.

[3] IGLESIAS-FIGUEROA B F, ESPINOZA-SÁNCHEZ E A, SIQUEIROS-CENDÓN T S, et al. Lactoferrin as a nutraceutical protein from milk, an overview[J]. International Dairy Journal, 2019, 89, 37 -41.

[4] FRANCO I, PÉREZ M D, CONESA C, et al. Effect of technological treatments on bovine lactoferrin: An overview[J]. Food Research International, 2018, 106: 173-182.

[5] 纪颖，艾连中，邢明霞，谢凡，赖凤羲．基于牛乳铁蛋白的生产技术创新及应用研究进展[J]．食品与发酵工业, 2022 ,4, 26.

[6] MOMAHED W A, SALAMA R M, SCHAALAN M F. A pilot study on the effect of lactoferrin on Alzheimer's disease pathological sequela e:Impact of the p-Akt/PTEN pathway[J]. Biomedicine & Pharmaco therapy, 2019, 111: 714-723.