乳铁蛋白的分子结构与生物活性

乳铁蛋白又称乳运铁蛋白（Lactotransferrin，LTF），属于运铁蛋白的一种，为多功能球状糖蛋白，其分子量介于 76～80 kDa不等，广泛存在于各种分泌液中如牛奶、唾液、眼泪和鼻涕。乳铁蛋白也存在于中期的嗜中性粒细胞中，并由一些腺泡细胞分泌。乳铁蛋白是人体免疫系统的组分之一，它具有抗菌活性（抗细菌剂，抗真菌剂），是先天防御的一部分。

图1 乳铁蛋白的性状图

发现历程

早在1939年就已经出现牛奶中含铁红蛋白发现的报道，然而由于当时没有具备有效纯化该蛋白质的方法，对于此蛋白性质的研究受到的限制。直到1960年左右才有比较详细的研究出现。研究中测定获取了乳铁蛋白的分子量，等电点，吸收光谱值，并且发现了每个蛋白质分子中有铁原子的存在。该物质从牛奶获得，含有铁元素，并具有类似与血清中运铁蛋白的结构和化学性质。尽管在一些早期的出版物使用过lactotransferrin这个名称，但在1961年被正式命名为乳铁蛋白。后来的研究还发现，蛋白质不仅限于牛奶。此外，在1961年，发现乳铁蛋白的抗菌作用与其结合铁的特性有关。

分子结构

乳铁蛋白是一种运铁蛋白，它参与铁元素的跨膜转运，控制血液中铁离子的平衡和分泌。它存在于人类和其他哺乳动物的奶汁、血浆和嗜中性粒细胞中，是哺乳动物的分泌物：如唾液、胆、泪水和胰腺，成分中主要蛋白质。乳汁的乳铁蛋白的浓度不同，从人的初乳中的7g/L到成熟乳中的1g/L。X -射线衍射表明，乳铁蛋白是一个多肽链，此肽链包含约700个氨基酸和两个同源球状域：N-环和C-环。N-环对应于肽链中的第1-333个氨基酸残基，而C-环与第345-692个氨基酸残基对应，这两个域的两端由一段短链α-螺旋相连接。每个环由两个子域（亚域）：N1、N2和C1、C2 组成，并包含一个铁结合位点和一个糖基化位点 。乳铁蛋白糖基化程度可能会有所不同，因此，该物质的分子量介于 76～80 kDa不等。乳铁蛋白的稳定性与其糖基化程度成成相关关系。乳铁蛋白属于碱性蛋白质，其等电点为8.7。它以两种形式存在：富含铁形式的holo-lactoferrin和不含铁形式的apo-lactoferrin。两者有不同的三级结构：apo-lactoferrin的特点是有一个“开放式”的N-环和一个“封闭式”的C-环，而holo-lactoferrin两个环都是“封闭式”的。每个乳铁蛋白分子能可逆地结合两个铁，锌，铜或其它金属离子。两个结合位点分别位于两个蛋白球状域中。每个离子结合六个配体：四个来自肽链中的配体（2个酪氨酸残基、1个组氨酸残基和1个天冬氨酸残基）和2个碳酸根或碳酸氢根离子。[1-2]

聚合形式

乳铁蛋白在血浆和分泌液中存在不同的聚合物的形式：单体形式到四聚体形式。乳铁蛋白更倾向于以聚合物的形式存在于体内外，特别是当浓度很高时。研究发现，在生理条件下是四聚体是该物质的主要存在形式。 该物质的低聚合形态主要取决于蛋白质的浓度，而多聚合形态的形成则强烈受到 Ca2+的影响。Ca2+存在时， 当浓度为 10−10~10−11M 时，乳铁蛋白主要以单体形式存在；而但浓度提高到 10−9~−10M 后，单体会转化成为四聚体形式。一般血液中该物质的浓度都处于单体和四聚体过渡浓度之间，因此乳铁蛋白在血液中存在单体和四聚体的聚合态。该物质的许多功能特性取决于其寡聚态形式。比如，乳铁蛋白单体可以紧密地结合DNA,而四聚体形态却没有这样的特性。[2]

生物活性

乳铁蛋白属于先天免疫系统的成分物质。除了能够结合和运输铁离子的主要功能外，乳铁蛋白还具有抗菌，抗病毒，抗寄生虫，催化，防癌抗癌，抗过敏和辐射防护的功能和属性。[3]

抗菌活性

目前对乳铁蛋白抗菌活性的研究最深入：它能够结合铁元素，从而能够减少了细菌对铁这种必需元素的吸收，影响细菌的生长。对抗菌作用的另一种作用机制与微生物细胞表面受体有关。该物质结合到细菌壁的脂多糖上，其氧化型铁离子能够通过形成过氧化物将细菌氧化，这会影响细胞膜的通透性并导致细胞（ 裂解 ）。

抗病毒活性

乳铁蛋白是一种基于DNA/RNA的人类和动物病毒的体外型广谱抗病毒物质，可抵抗：I型和II型单纯疱疹病毒，巨细胞病毒，人类免疫性缺陷病毒，丙肝炎病毒，汉坦病毒 , 轮状病毒, I型脊髓灰质炎病毒，人类呼吸道合胞病毒和鼠白血病病毒 。乳铁蛋白的抗病毒活性研究得最多的机制是它能够阻挡病毒粒子进入靶细胞。许多病毒往往结合到靶细胞膜的脂蛋白上，然后再侵入细胞内，乳铁蛋白结合从而击退病毒粒子相同脂蛋白。无铁型乳铁蛋白 apo-lactoferrin 在这方面的效力高于富铁型 holo-lactoferrin。另外具有抗(细)菌活力的乳铁蛋白肽并没有抗病毒的特性。

抗真菌活性

乳铁蛋白与乳铁蛋白肽能够抑制须癣毛癣菌，而须癣毛癣菌是多种皮肤病，如皮肤癣的病原真菌。乳铁蛋白还能够杀灭 白色念珠菌candida albicans –– 一种引起人类条件性口腔、生殖道感染的二倍体 型 真菌 (酵母的一种形态)。多年来氟康唑 一直用于杀灭 白色念珠菌 , 由此此真菌也对氟康唑产生了 抗药性。

参考文献

[1] Shongwe MS. Biochemistry.1992,31:4451–4458.

[2] Mantel C, Adv.Exp.Med.Biol.1994,357:121-132.

[3] McCormick JJ,Nature.1974,251:737–740.