乳鐵蛋白( Lactoferrin, LF)是一種非血紅素鐵結合蛋白，屬于轉鐵蛋白家族。乳鐵蛋白大量存在于哺乳動物生物體液中，由黏膜上皮細胞產生，也是人體體液免疫重要的組成部分，連接先天和適應性免疫功能。
乳鐵蛋白的保護作用有抗癌、抗炎和免疫調節活性和抗菌，這些廣泛的保護作用是通過各種生物作用機制實現的，例如乳鐵蛋白結合鐵的能力，還有乳鐵蛋白與分子和細胞組分的相互作用,使得乳鐵蛋白具有多種獨特的抗微生物活性。
隨著生命科學的不斷發展，乳鐵蛋白的抗菌機制被廣泛地運用到生物制藥、美容美妝、保健食品、醫療醫美等各個產業。本次小編將匯總多篇文獻證據為大家盤點乳鐵蛋白抗菌機制。
1.乳鐵蛋白的結構
乳鐵蛋白是一個由約700個氨基酸組成的80kDa糖基化蛋白，在物種間具有高度同源性。乳鐵蛋白擁有兩個對稱的同源球狀域：N-環和C-環;N-環對應于肽鏈中的第1-333個氨基酸殘基，而C-環與第345-692個氨基酸殘基對應，這兩個域的兩端由一段短鏈α-螺旋相連接。每個環有兩個子域(亞域)：N1、N2和C1、C2 組成，并分別包含一個鐵結合位點和一個糖基化位點 [1]。
乳鐵蛋白三維結構[2]
乳鐵蛋白能結合多種金屬離子：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。兩者有不同的三級結構：apo-lactoferrin的特點是有一個“開放式”的N-環和一個“封閉式”的C-環，而holo-lactoferrin兩個環都是“封閉式”的[3]。
正是由于乳鐵蛋白可以可逆結合鐵離子的特性，奠定了其抗菌作用機制的基礎。
2.乳鐵蛋白抗細菌機制
大量研究者研究了乳鐵蛋白對于革蘭氏陽性菌(G+)和革蘭氏陰性菌(G-)在體內和體外的抑菌性能和機制，簡單匯總如下：
表1 乳鐵蛋白對常見菌株的抑菌機制[2]
乳鐵蛋白發揮抗菌活性的作用機制可以概括如下：
2.1 鐵隔離或鐵剝奪作用：
鐵離子是大多數細菌生長所必需的營養物質，參與了許多重要的生物學過程。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菌競爭性結合鐵，將鐵離子從細菌病原體中隔離出來，限制細菌在感染部位對這種營養物質的使用，抑制細菌的生長，并下調其毒力因子的表達。
2.2 改變細菌細胞膜的通透性：
乳鐵蛋白能夠與細菌表面分子非特異性結合，封閉細菌細胞膜上的通道位點，阻斷營養物質和細菌蛋白的運送，從而抑制細菌的合成、代謝。脂多糖(LPS)為革蘭氏陰性菌細胞外膜的主要成分，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，改變細胞膜的通透性[29]，達到直接殺菌作用;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菌附著在宿主細胞上的能力，粘附抑制的機制尚不清楚，但有研究認為，乳鐵蛋白的寡甘露聚糖結合細菌粘附素，阻止它們與宿主細胞受體的相互作用。
2.4 防止細菌生物膜形成：
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，細菌對宿主細胞的防御機制和抗生素的治療產生高度耐藥性，而一些細菌菌株需要高水平的鐵來形成生物膜，推測乳鐵蛋白通過鐵螯合來有效抑制生物膜的形成。
總體而言，乳鐵蛋白是人體內具有抗多種微生物活性的重要物質，是構成人體體液免疫的關鍵組成部分，同時也可以作為生物制劑生產中的生物防腐劑，醫美藥品中抑菌、抗菌成分的重要原料，具有很高的經濟價值。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平臺—— 水稻胚乳細胞生物反應器高效重組蛋白質表達平臺(OryzHiExp)和重組蛋白純化技術平臺(OryzPur)開發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物源、人源雜質的風險，也比微生物源重組蛋白擁有更優秀的折疊狀態，結構功能與生物活性，為乳鐵蛋白市場提供了更安全更高質的選擇。
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