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乳鐵蛋白的抗菌機(jī)制

瀏覽次數(shù):1343 發(fā)布日期:2023-12-28  來源:禾元生物
乳鐵蛋白( Lactoferrin, LF)是一種非血紅素鐵結(jié)合蛋白,屬于轉(zhuǎn)鐵蛋白家族。乳鐵蛋白大量存在于哺乳動(dòng)物生物體液中,由黏膜上皮細(xì)胞產(chǎn)生,也是人體體液免疫重要的組成部分,連接先天和適應(yīng)性免疫功能。

乳鐵蛋白的保護(hù)作用有抗癌、抗炎和免疫調(diào)節(jié)活性和抗菌,這些廣泛的保護(hù)作用是通過各種生物作用機(jī)制實(shí)現(xiàn)的,例如乳鐵蛋白結(jié)合鐵的能力,還有乳鐵蛋白與分子和細(xì)胞組分的相互作用,使得乳鐵蛋白具有多種獨(dú)特的抗微生物活性。

隨著生命科學(xué)的不斷發(fā)展,乳鐵蛋白的抗菌機(jī)制被廣泛地運(yùn)用到生物制藥、美容美妝、保健食品、醫(yī)療醫(yī)美等各個(gè)產(chǎn)業(yè)。本次小編將匯總多篇文獻(xiàn)證據(jù)為大家盤點(diǎn)乳鐵蛋白抗菌機(jī)制。

 

1.乳鐵蛋白的結(jié)構(gòu)

乳鐵蛋白是一個(gè)由約700個(gè)氨基酸組成的80kDa糖基化蛋白,在物種間具有高度同源性。乳鐵蛋白擁有兩個(gè)對(duì)稱的同源球狀域:N-環(huán)和C-環(huán);N-環(huán)對(duì)應(yīng)于肽鏈中的第1-333個(gè)氨基酸殘基,而C-環(huán)與第345-692個(gè)氨基酸殘基對(duì)應(yīng),這兩個(gè)域的兩端由一段短鏈α-螺旋相連接。每個(gè)環(huán)有兩個(gè)子域(亞域):N1、N2和C1、C2 組成,并分別包含一個(gè)鐵結(jié)合位點(diǎn)和一個(gè)糖基化位點(diǎn) [1]

 

乳鐵蛋白三維結(jié)構(gòu)[2]

乳鐵蛋白能結(jié)合多種金屬離子:Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+和Mn2+等,它主要以兩種形式存在:富含鐵形式的holo-lactoferrin和不含鐵形式的apo-lactoferrin。兩者有不同的三級(jí)結(jié)構(gòu):apo-lactoferrin的特點(diǎn)是有一個(gè)“開放式”的N-環(huán)和一個(gè)“封閉式”的C-環(huán),而holo-lactoferrin兩個(gè)環(huán)都是“封閉式”的[3]

正是由于乳鐵蛋白可以可逆結(jié)合鐵離子的特性,奠定了其抗菌作用機(jī)制的基礎(chǔ)。

 

2.乳鐵蛋白抗細(xì)菌機(jī)制

大量研究者研究了乳鐵蛋白對(duì)于革蘭氏陽性菌(G+)和革蘭氏陰性菌(G-)在體內(nèi)和體外的抑菌性能和機(jī)制,簡(jiǎn)單匯總?cè)缦拢?/p>

表1 乳鐵蛋白對(duì)常見菌株的抑菌機(jī)制[2]

 

乳鐵蛋白發(fā)揮抗菌活性的作用機(jī)制可以概括如下:

2.1 鐵隔離或鐵剝奪作用:

鐵離子是大多數(shù)細(xì)菌生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),參與了許多重要的生物學(xué)過程。乳鐵蛋白具有較高的鐵離子親和性,可以通過螯合鐵離子與需要鐵離子的細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合鐵,將鐵離子從細(xì)菌病原體中隔離出來,限制細(xì)菌在感染部位對(duì)這種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的使用,抑制細(xì)菌的生長(zhǎng),并下調(diào)其毒力因子的表達(dá)。

2.2 改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性:

乳鐵蛋白能夠與細(xì)菌表面分子非特異性結(jié)合,封閉細(xì)菌細(xì)胞膜上的通道位點(diǎn),阻斷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)菌蛋白的運(yùn)送,從而抑制細(xì)菌的合成、代謝。脂多糖(LPS)為革蘭氏陰性菌細(xì)胞外膜的主要成分,乳鐵蛋白通過與脂多糖的相互作用破壞革蘭氏陰性菌的外膜,改變細(xì)胞膜的通透性[29],達(dá)到直接殺菌作用;乳鐵蛋白N-端帶正電荷也可以通過阻止LPS與細(xì)菌陽離子(Ca2+和Mg2+)之間的相互作用,有效干擾大腸桿菌的聚集性增殖[30]。

2.3 抑制細(xì)菌粘附或定植:

乳鐵蛋白的N-末端具有絲氨酸蛋白酶活性,能有效地從流感嗜血桿菌(G-)外膜中提取IgA1蛋白酶前蛋白,還能特異性地降解Hap黏附素并阻斷Hap介導(dǎo)的黏附,從而防止流感嗜血桿菌的定植[31]。乳鐵蛋白具有阻止某些細(xì)菌附著在宿主細(xì)胞上的能力,粘附抑制的機(jī)制尚不清楚,但有研究認(rèn)為,乳鐵蛋白的寡甘露聚糖結(jié)合細(xì)菌粘附素,阻止它們與宿主細(xì)胞受體的相互作用。

2.4 防止細(xì)菌生物膜形成:

生物膜形成是銅綠假單胞菌的一種群聚組織粘附方法,在囊性纖維化患者中得到了充分的研究。通過生物膜的形成,細(xì)菌對(duì)宿主細(xì)胞的防御機(jī)制和抗生素的治療產(chǎn)生高度耐藥性,而一些細(xì)菌菌株需要高水平的鐵來形成生物膜,推測(cè)乳鐵蛋白通過鐵螯合來有效抑制生物膜的形成。

總體而言,乳鐵蛋白是人體內(nèi)具有抗多種微生物活性的重要物質(zhì),是構(gòu)成人體體液免疫的關(guān)鍵組成部分,同時(shí)也可以作為生物制劑生產(chǎn)中的生物防腐劑,醫(yī)美藥品中抑菌、抗菌成分的重要原料,具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前市面上的乳鐵蛋白主要從牛奶中提取,禾元生物依托自己的專利技術(shù)平臺(tái)—— 水稻胚乳細(xì)胞生物反應(yīng)器高效重組蛋白質(zhì)表達(dá)平臺(tái)(OryzHiExp)和重組蛋白純化技術(shù)平臺(tái)(OryzPur)開發(fā)了植物源重組人乳鐵蛋白,具有良好的生物活性。植物源重組乳鐵蛋白杜絕了天然乳鐵蛋白中動(dòng)物源、人源雜質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn),也比微生物源重組蛋白擁有更優(yōu)秀的折疊狀態(tài),結(jié)構(gòu)功能與生物活性,為乳鐵蛋白市場(chǎng)提供了更安全更高質(zhì)的選擇。

 

參考文獻(xiàn)

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[2]Lactoferrin a multiple bioactive protein: an overview.2012

[3]Lactoferrin: a multifunctional protein. 2005

[4]Effect of food components on growth of Basillius stearothermophilus. 1974

[5]Residues in colostrum following antibiotic dry cow therapy. 1984

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[7]Human milk lactoferrin inactivates two putative colonization factors expressed by Haemophilus inflfluenzae. 1998

[8]Potential antimicrobial effects of human lactoferrin against oral infection with Listeria monocytogenes in mice. 2005

[9]Identification of pneumococcal surface protein A as a lactoferrin-binding protein of Streptococcus pneumoniae. 1999

[10]Both lactoferrin and iron influence aggregation and biofilm formation in Streptococcus mutans . 2004

[11]Ultrastructural effects of antimicrobial peptides from bovine lactoferrin on the membranes of Candida albicans and Escherichia coli. 2005

[12]Antibacterial activity of lactoferrin and lactoferricin against oral Streptococci, Rom. 2010

[13]Effect of ovotransferrin and lactoferrins on Chlamydophila psittaci adhesion and invasion in HD11 chicken macrophages. 2007

[14]Lactoferrin impairs type III secretory system function in enteropathogenic Escherichia coli. 2003

[15]Human milk fractions inhibit the adherence of diffusely adherent Escherichia coli (DAEC) and enteroaggregative E. coli (EAEC) to HeLa cells. 2000

[16]Lichtenberger, Recombinant human lactoferrin is effective in the treatment of Helicobacter felis-infected mice. 2000

[17]Inhibition of Helicobacter pylori infection by bovine milk glycoconjugates in a BAlb/cA mouse model. 2001

[18]Iron acquisition by Helicobacter pylori: importance of human lactoferrin. 1993

[19]Metal complexes of lactoferrin and their effect on the intracellular multiplication of Legionella pneumophila. 2000

[20]Iron availability influences aggregation, biofilm, adhesion and invasion of Pseudomonas aeruginosa and Burkholderia cenocepacia. 2005

[21]Anti-bacterial activity of bovine milk lactoferrin against some mastitis causative pathogens with special regard to mycoplasma. 2010

[22]Loss of microbicidal activity and increased formation of biofilm due to decreased lactoferrin activity in patients with fibrosis cystic. 2004

[23]In vitro adhesion and invasion inhibition of Shigella dysentariae, Shigella flexneri and Shigella sonnei clinical strains by human milk proteins. 2004

[24]Human milk lactoferrin is a serine protease that cleaves Haemophilus surface proteins at arginine-rich sites. 2003

[25]Lactoferrin augments BCG vaccine efficacy to generate T helper response and subsequent protection against challenge with virulent Mycobacterium tuberculosis. 2005

[26]Anti-bacterial activity of bovine milk lactoferrin against some mastitis causative pathogens with special regard to mycoplasma. 2010

[27]Periodontitis, periodontopathic bacteria and lacto-ferrin. 2010

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[29]Farnaud S, Evans RW. Lactoferrin--a multifunctional protein with antimicrobial properties. Mol. Immunol.. 2003,

[30]Damage of the membrane of enteric Gramnegative bacteria by lactoferrin and transferrin, Infect. Immun. 56 (1988) 2774–2781.

[31]Human milk lactoferrin inactivates two putative colonization factors expressed by Haemophilus influenzae. 1998

來源:武漢禾元生物科技股份有限公司
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