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1、近年来抗菌肽由于自身的优点成为抗生素的替代品, 已成为学术界研究与开发的热点, 其中乳铁蛋白肽( L a c t o f e r r i c i n,L f c i n )因其强大的生物学功能而备受关注。最初是由B e l l a m y等从乳铁蛋白水解物中分离到一种乳铁蛋白多肽, 即牛乳铁蛋白肽( L f c i n B ), 此后相继在人、 小鼠、 山羊、 猪等动物乳铁蛋白中证明存在L f c i n的同源物。L f c i n是靠近乳铁蛋白N -端, 具有比乳铁蛋白(L F) 强4 0 0多倍的抗菌活性, 并具备L F的所有生物学活性, 如抗菌、 抗病毒、 抑制癌细胞生长、 消炎及参与免
2、疫反应等。研究发现,L f c i n与乳铁蛋白的功能密切相关, 除不能结合铁离子外, 不含稀有氨基酸和外源化学成分,是一种安全健康的产品。L f c i n由于具有强大生物学功能及安全性等优点, 显示出其替代抗生素的巨大潜在优势。因此, 本文就近年来关于L f c i n的结构、 功能、 作用机制的研究进展进行综述。1 L f c i n的结构乳铁蛋白肽( L f c i n )是L F在酸性环境下经胃蛋白酶作用N端释放的一段多肽。L f c i n B是从B L F的N端( 1 7 4 1 )被水解下来的2 5个氨基酸残基, 其顺序为:P h e - L y s - C y s - A r
3、 g - A r g - T r p - G l n - T r p - A r g - M e t - L y s -L y s - L e u - G l y - A l a - P r o - S e r - I l e - T h r - C y s - V a l - A r g -A r g - A l a - P h e, 其中的1 1个氨基酸残基具有与完整的L f c i n B相同的抗菌活性。1 1个氨基酸残基中的6个氨基酸残基( L f c i n B4 - 9)是L f c i n B的活性中心。 人的乳铁蛋白肽( L f e i n H )来源于人乳铁蛋白的1 4 5位
4、氨基酸; 公山羊乳铁蛋白肽( L f e i n C )为1 4 4 2片段。L f c i n B分子中1 8个氨基酸残基靠一个分子内二硫键结合而形成一个环,L f c i n H是1 1与1 2位氨基酸残基之间的肽键断裂,两个肽片段靠二者间的二硫键连接成为一个分子。但研究表明, 二硫键在抗菌过程中作用不大, 被破 坏 后L f c i n B的 抗 菌 活 性 并 不 减 弱 。L f c i n H和L f c i n B的单字码一级结构和二硫键形成的环状结构如图1所示。图1 L f c i n的一级结构和二硫键形成的环状结构L f c i n B的二级结构是在一级结构的肽链上折叠而成,
5、 天然状态下包含 -螺旋和 -折叠构象。L f c i n B在L F分子中呈 -螺旋结构,当解离下来后 -螺旋结构消失, 转变成以 -折叠为主的两亲性结构, 其中疏水的T r p残基和带正电荷的A r g和L y s残基是相互分开的, 这种结构上的改变导致其两性分子更易靠近细胞膜, 这是其抗菌功能所必须的, 也解释了L f c i n B抗菌活性明显强于L F的原因。然而,L f c i n B在溶液中的这种分子结构具有很大的可变性, 能够根据其所处的外部环境形成特定的构型,L f c i n B的这种分子动力学性质可能与其所具有的多种生理功能有关。L f c i n H在人乳铁蛋白分子中也
6、呈 -螺旋结构,但解离后L f c i n H的分子结构还不明确。B L F的立体结构是在二级结构的基础上折叠成两个基本相等的叶( N -叶和C -叶), 每一个叶状结构中含有一个与F e3 +结合的部位, 此部位存在于一个很深的裂隙中。L f c i n B的立体结构远比B L F简单。为了进一步了解L f c i n B的立体结构,S c h i b l i等( 1 9 9 9 )通过核磁共振技术对L f c i n B的活性中心L f c i n B4 - 9的三维结 构进行了研究, 结果见图2。高海燕,云南农业大学动物营养与饲料重点实验室,6 5 0 2 0 1, 云南昆明。郭荣富 (
7、通讯作者) , 单位及通讯地址同第一作者。收稿日期:2 0 0 7 - 0 3 - 0 5!乳铁蛋白肽的研究现状及进展高海燕郭荣富肽营养饲料工业 2 0 0 7年第2 8卷第1 3期1 1G l nT r pA r gT r pA r gT r p图2 L f c i n B4 - 9的三维结构图2显示, 碱性的A r g残基和疏水的T r p残基充分分离,形成了两性分子结构,A r g残基在分子的一侧,T r p残基在分子的另一侧,G l n在分子的中间。对含有2 5个氨基酸残基的L f c i n B的结构分析也表明,L f c i n B也是两性分子结构;T r p残基和带正电荷的A r
8、 g和L y s残基是相互分开的。以上结构特征与L f c i n B4 - 9 和L f c i n B抗菌、 抗病毒功能是分不开的。2 L f c i n的生物学功能2 . 1抑菌、 杀菌L F的抗菌活性在其众多的生物学功能当中最显著, 而L f c i n的抗菌活性要高出L F4 0 0多倍, 故L f c i n的抗菌功效在其功能当中也占了很重要的地位, 同时预示了其替代抗生素的可能性。L f c i n的抗菌谱广, 包括许多G+、G-病原菌及真菌, 例如埃氏大肠杆菌、 奇异变形杆菌、 金黄色葡萄球菌、 肠炎沙门氏菌、 肺炎克雷伯氏菌、 普通变形杆菌、 结肠耶尔森氏菌、 铜绿假单胞菌、
9、 白喉棒状杆菌、 弯曲杆菌、 链球菌、 单核细胞增生李斯特氏菌和产气荚膜梭菌; 对引起消化道功能紊乱的白色念珠菌有强烈的抑杀作用。 在抑制细菌方面有研究发现,E . c o l i ( G-)的脂多糖和金黄色葡萄球菌( G+)的磷壁酸是L f c i n B的最初结合位点。L f c i n在细菌表面的结合对杀菌活性有重要作用。对于生长在1 %蛋白胨培养基或S a b o u r a u d葡萄糖培养基的真菌、G+菌和G-菌在较低L f c i n B浓度下(M I C为1 0 g / m l左右)除个别G+菌外均不能生长。B e l l a m y等(1 9 9 2) 研究了2 8个菌株对L
10、 f c i n B敏感性, 所选待测菌株包括G+菌、G-菌、 杆菌、 球菌、 专性需氧菌、 兼性厌氧菌、 专性厌氧菌等,测定了在蛋白胨基础培养基和Y P G培养基上L f c i n的有效抑菌浓度。结果表明, 随菌株和培养基变化其有效浓度在0 . 6 1 5 0 g / m l之间,并且得出G+菌比G-菌对L f c i n更敏感。除此之外,L f c i n对真核微生物如霉菌、 酵母也具有抑制作用。2 . 2抗病毒近年来的研究表明,L f c i n B可以抑制细胞巨化病毒和H I V、 疱疹1型和2型病毒、 肝炎病毒和流感病毒、 腺病毒和轮状病毒等, 并且降低对宿主的感染力,抑制病毒颗粒
11、复制。有研究表明,L f c i n B在病毒感染的第一个阶段吸附过程中起作用, 因此推断L f c i n B可能与病毒结合, 从而阻断病毒与宿主细胞的结合。 -螺旋结构的抗菌肽, 如M a g a i n i n s对H S V - 1和H S V - 2病毒没有作用; 而一些 -折叠结构的抗菌肽, 如D e -f e n s i n、T a c h y p l e s和L f c i n B则能够抑制这两种病毒和H I V对宿主细胞的感染。因此推断,L f c i n B作为一种阳离子型抗菌肽, 其 -折叠结构在抗病毒过程中起重要作用, 即L f c i n带正电荷、 疏水基团和环状结构
12、等因素都与其抗病毒( 吸附-封闭) 机制有关。2 . 3抗寄生虫L f c i n对于某些鞭毛虫、 鼠弓形体、 兔肝艾美虫等具有一定抑制作用。有研究表明,L f c i n能抑制贾第鞭毛虫的生长, 并将在培养基中生长的虫体杀死。因为F e3 +可减弱L F和L f c i n对其抑制效应,而L f c i n不含F e3 +结合中心恰好是其抑制贾第鞭毛虫的机制所在。T u r c h a n y等( 1 9 9 7 )也证实了F e3 +可降低L F或L f c i n与贾第鞭毛虫的结合能力,表明L f c i n对其抑制作用与贾第鞭毛虫对F e的利用有关。T a n a k a等(1 9 9
13、 5) 发现L f c i n可抑制体外环境下的鼠弓形虫生长。O m a t a等(2 0 0 1) 试验表明,L f c i n B可有效减弱弓形体、 兔肝艾美虫等病原虫对宿主细胞的感染力, 给感染弓形虫的小鼠每天饲喂5 . 0m g或皮下注射0 . 1m gL f c i n B后无一死亡, 而对照组死亡率达8 0 %, 此外处理组脑组织感染寄生虫量显著低于对照组, 因此可推断L f c i n B可有效抑制弓形虫对宿主的侵染。2 . 4对内毒素的作用L f c i n调节免疫与消炎的功效体现在其对于内毒素的作用。脂多糖( L P S )是G-细菌细胞膜上的主要成分, 包括许多内毒素类物质
14、都属于L P S类, 在通常情况下,L P S在细菌死亡或增殖时被释放出来导致免疫反应。L f c i n作为一种阳离子型抗菌肽, 能与带有负电荷的免疫原结合, 封闭其抗原性, 阻断其对机体的免疫刺激作用, 因此可以靠静电作用与L P S结合, 使其毒性丧失。 近来研究表明, 一些阳离子型抗菌肽, 如嗜中性粒细胞颗粒释放的、防御素, 能够与免疫细胞膜上的趋化因子受体结合发挥趋化作用。 带有强正电荷的L f c i n B同样也可能通过趋化性来达到调节免疫高海燕等: 乳铁蛋白肽的研究现状及进展肽营养1 2反应和消炎的功能。众所周知, 蛋白质或多肽在初生哺乳动物消化道内可被完整吸收并转运, 而对于
15、正常动物或人, 二肽、 三肽由特异性转运载体吸收, 多肽则很难以非特异性吸收形式进入血液。L f c i n B作为一种由2 5个氨基酸残基组成的多肽同样难以吸收, 但却有研究结果表明, 口服L f c i n可调节机体免疫水平分子, 辅助杀死体内致病细菌、 原虫或病毒等, 故其作用机制成为现在的研究热点。 有报道小肠刷状缘膜和肠道淋巴细胞存在L F特异性结合受体,而L f c i n在L F与受体结合中起关键作用,L f c i n可与人多形核白细胞作用, 促进释放干扰素- 8, 由此人们推测,L f c i n是以受体介导形式被小肠粘膜特异性吸收或者通过与消化道中的淋巴组织作用, 增强细胞
16、免疫反应, 间接提高宿主抵抗力。2 . 5调节基因表达蛋白激酶( C K 2 )是广泛存在于真核细胞中的一种多功能S e r / T h r蛋白激酶, 在D N A复制与转录过程中起重要作用。大量研究表明,L f c i n能够作为第二信使启动某一信号转导通路, 调控基因表达。L f c i n能够与C K 2结合, 增强其活性, 特异性磷酸化一些介导因子或调控因子, 影响细胞功能, 如促进骨髓细胞增殖、中性淋巴细胞激活、 促进细胞分化等。同时,L f c i n可以直接作为转录因子, 调控基因表达。K a n y s h k o v a等发现牛乳铁蛋白N端一段多肽具有抗菌性并能与D N A结合;L f c i n也能与R N A结合, 干预细胞功能。2 . 6其它功能L f c i n作为一种新型抗菌肽其具备多种生物学功能,除上面介绍的以外L f c i n还对肿瘤细胞有抑制作用, 可与多种抗生
