Кіріспе
Homo sapiens-те кездесетін сүтқоректілер ақуызы.
Лактоферрин (LF), сондай-ақ лактотрансферрин (LTF) деп те аталады, трансферрин отбасының көпфункционалды ақуызы. Лактоферрин – шақты гликопротеин, молекулалық массасы шамамен 80 кД, және сүт, сілекей, көз жасы, мұрын секрециясы сияқты әртүрлі секреторлық сұйықтықтарда кеңінен таралған. Лактоферрин полиморфядролы лейкоциттердің (ПМН) екіншілік гранулаларында да кездеседі және кейбір ацинарлық жасушалармен секрецияланады. Лактоферринді сүттен тазартуға болады немесе рекомбинанттық жолмен өндіруге болады. Адамның алғашқы сүтінде ("алғашқы сүт") ең жоғары концентрациясы байқалады, одан кейін адам сүті, содан соң сиыр сүті (150 мг/л). Ол үнемі өндіріліп, сілекейге, көз жасына, сондай-ақ семенді және вагинальды сұйықтыққа бөлінеді. Лактоферрин нәрестелерге антибактериялық қызмет көрсетеді. Лактоферрин ДНҚ және РНК, полисахаридтер және гепаринмен өзара әрекеттеседі, ал осы лигандтармен кешенде биологиялық функцияларының бір бөлігін көрсетеді. Жақында жүргізілген рандомизацияланған бақыланатын сынақтардың мета-талдауына сүйене отырып, лактоферрин қоспалары тыныс алу жолдарының инфекцияларына шалдығу қаупін азайтады. Интернетте сатылатын кез келген қосымша сияқты, сапа мәселесі болуы мүмкін, себебі тағамдық қосымшалардың өндірісінің сапасын бақылау дәрілік заттарға қарағанда кем қатаң нормативтік процеске бағынады.
Тарих
Ірі қара мал сүтінде темір қамтитын қызыл ақуыздың кездесуі туралы алғаш рет 1939 жылы хабарланған; алайда, ақуызды жеткілікті тазалықта бөліп алу мүмкін болмағандықтан, оны толыққанды сипаттауға келмеді. Оның ең алғашқы толық зерттеулері шамамен 1960 жылы жарияланды. Онда молекулалық салмағы, изоэлектрлік нүктесі, оптикалық сіңіру спектрлері және әрбір ақуыз молекуласына екі темір атомының енгені анықталды.
Лактоферрин гендері
Лактоферриннің кем дегенде 60 гендік тізбегі 11 түрлі сүтқоректі жануарда сипатталған. Көптеген түрлерде тоқтату кодоны TAA, ал Mus musculus-та TGA болып келеді. Тоқтату кодондарының жойылуы, енгізілуі және мутацияға ұшырауы кодтау бөлігіне әсер етеді, ал оның ұзындығы 2055 мен 2190 нуклеотидтік жұп аралығында өзгереді. Түрлер арасындағы гендік полиморфизм лактоферриннің түр ішіндегі полиморфизмінен әлдеқайда жоғары. Аминқышқылы тізбектерінің айырмашылығы: Homo sapiens-те 8, Mus musculus-та 6, Capra hircus-та 6, Bos taurus-та 10 және Sus scrofa-да 20. Бұл айырмашылық лактоферриннің түрлі түрлері арасындағы функционалдық ерекшеліктерге нұсқауы мүмкін. Лактоферринды кодтайтын гендердің полиморфизмін зерттеу маститке төзімді мал тұқымдарын іріктеуге көмектеседі.
Молекулалық құрылысы
Лактоферрин – темірді жасушаларға тасымалдайтын және қандағы және сыртқы секрециялардағы бос темірдің деңгейін бақылайтын трансферрин тобына жататын ақуыз. Ол адам және басқа сүтқоректілердің сүтінде, қан плазмасында және нейтрофильдерде кездеседі, сондай-ақ сүтқоректілердің сілекейі, өт, көз жасы және ұйқы безі сияқты барлық экзокриндік секрецияларының маңызды құрамы болып табылады. Сүттегі лактоферриннің концентрациясы алғашқы сүтте 7 г/л-ден ересек сүтте 1 г/л-ге дейін өзгереді. Рентгендік дифракция нәтижесінде лактоферриннің бір полипептидтік тізбекке негізделгені анықталды, ол шамамен 700 аминқышқылынан тұрады және N және C бөліктері деп аталатын екі гомологты шар тәрізді домен құрайды. N бөлігі 1-333 аминқышқылдарына, ал C бөлігі 345-692 аминқышқылдарына сәйкес келеді, ал осы домендердің ұштары қысқа α спиральмен байланысқан. Әрбір бөлік екі субдоменнен – N1, N2 және C1, C2 тұрады, сонымен қатар бір темір байланысу орны және бір гликозильдеу орны бар. Ақуыздың гликозильдеу дәрежесі әртүрлі болуы мүмкін, сондықтан лактоферриннің молекулалық салмағы 76 мен 80 кДа аралығында ауытқиды. Лактоферриннің тұрақтылығы жоғары гликозильдеу дәрежесімен байланысты. Лактоферрин негізгі ақуыздарға жатады, оның изоэлектрлік нүктесі 8,7-ге тең. Ол екі түрінде кездеседі: темірге толы хололактоферрин және темірсіз аполактоферрин. Олардың үшіншілік құрылымдары әртүрлі; аполактоферриннің N бөлігі "ашық", ал C бөлігі "жабық" конформацияда болады, ал екі бөлік те хололактоферринде жабық. Әрбір лактоферрин молекуласы темір, мырыш, мыс немесе басқа металдардың екі ионымен қайтымды байланыса алады. Байланыс орындары екі ақуыздық глобуланың әрқайсысында орналасқан. Онда әрбір ион алты лигандпен байланысады: полипептидтік тізбектен төртеу (екі тирозин, бір гистидин және бір аспартик қышқылы), ал қалған екеуі карбонат немесе бикарбонат иондарынан. Лактоферрин темірмен қызыл түсті кешен құрайды, оның темірге деген туыстығы трансферриндікіден 300 есе жоғары. Туыстық әлсіз қышқыл ортада артады. Бұл қабыну кезінде темірдің трансферринен лактоферринге өтуіне көмектеседі, себебі тіндерде сүт қышқылы және басқа да қышқылдардың жиналуынан pH төмендейді. Адам сүтіндегі лактоферриндегі қаныққан темірдің концентрациясы 10-30% шамасында болады (100% – барлық лактоферрин молекулаларында 2 темір атомы бар екенін көрсетеді). Лактоферриннің темір, мырыш және мыс тасымалдаумен ғана емес, сонымен қатар олардың сіңуін реттеумен де байланысты екені көрсетілген. Бос мырыш және мыс иондарының болуы лактоферриннің темірге байланысу қабілетіне әсер етпейді, тіпті оны күшейте де алуы мүмкін.
Полимерлік формалар
Қан плазмасында да, секреторлық сұйықтықтарда да лактоферрин мономерлерден тетрамерлерге дейінгі әртүрлі полимерлік формаларда кездесе алады. Лактоферрин, әсіресе жоғары концентрацияларда, in vitro және in vivo полимерленуге бейім. Лактоферриннің олигомерлік күйі оның концентрациясымен анықталады, ал Ca2+ иондарының болуы лактоферриннің полимерленуіне күшті әсер етеді. Атап айтқанда, Ca2+ иондарының қатысуында 10−10–10−11 М төмен концентрацияларда мономерлер басым болды, бірақ лактоферрин концентрациясы 10−9–10−10 М артық болғанда тетрамерлерге айналды. Қандағы лактоферриннің мөлшері осы нақты "өтпелі концентрацияға" сәйкес келеді, сондықтан қандағы лактоферрин мономер және тетрамер түрінде болуы керек. Лактоферриннің көптеген функционалдық қасиеттері оның олигомерлік күйіне байланысты. Мысалы, мономерлік, бірақ тетрамерлік емес лактоферрин ДНК-мен күшті байланыса алады.
Функция
Лактоферрин туа біткен иммундық жүйеге жатады. Темір иондарын байланыстырып, тасымалдау – оның негізгі биологиялық функциясы болса, лактоферрин сонымен қатар антибактериялық, вирусқа қарсы, паразитке қарсы, каталитикалық, қатерлі ісікке қарсы және аллергияға қарсы әсерлері мен қасиеттеріне ие.
Лактоферриннің ферменттік белсенділігі
Лактоферрин РНК-ны гидролиздейді және пиримидинге тән секреторлық рибонуклеазалардың қасиеттерін көрсетеді. Атап айтқанда, сүт RNase РНҚ геномын жою арқылы, егешқұйрықты вирус (ретровирус) кері транскрипциясын тежейді, бұл вирус тышқандарда сүт безінің қатерлі ісігін тудырады. Батыс Үндістандағы парси әйелдерінің сүтіндегі RNase деңгейі басқа топтарға қарағанда айтарлықтай төмен, ал олардың сүт безінің қатерлі ісігіне шалдығу көрсеткіші орташа көрсеткіштен үш есе жоғары. Осылайша, сүттегі рибонуклеазалар, әсіресе лактоферрин, патогенезде маңызды рөл атқарады.
Лактоферрин рецепторы
Лактоферрин рецепторы лактоферринді клетка ішіне сіңіруде маңызды рөл атқарады; сонымен қатар лактоферриннің темір иондарын сіңіруіне көмектеседі. Он екі елі ішекте гендік экспрессияның артуы, ал жіңішке ішекте төмендеуі көрсетілді. Гликолиз ферменті - глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа (GAPDH) лактоферринге рецептор ретінде әрекет ететіні дәлелденді.
Сүйек белсенділігі
Рибонуклеазамен байытылған лактоферрин сүйекке қатысты әсерін зерттеу үшін пайдаланылды. Лактоферрин сүйек айналымына жағымды әсер ететіні көрсетілді. Ол сүйек резорбциясын азайтуға және сүйек қалыптасуын күшейтуге көмектесті. Бұл екі сүйек резорбциясы маркерінің (дезоксипиридинолин және N-телопептид) деңгейінің төмендеуімен және екі сүйек қалыптасу маркерінің (остеокальцин және сілтілік фосфатаза) деңгейінің жоғарылауымен расталды. Остеокласттардың түзілуі төмендеді, бұл про-қабыну реакцияларының азаюын және қабынуға қарсы реакциялардың күшеюін көрсетеді, сонымен қатар сүйек резорбциясының азайғанын білдіреді.
Нуклеин қышқылдарымен өзара әсерлесу
Лактоферриннің маңызды қасиеттерінің бірі – нуклеин қышқылдарымен байланысу қабілеті. Сүттен алынған ақуыз фракциясы 3,3% РНҚ құрайды.
Бактерияға қарсы әсері
Лактоферриннің негізгі рөлі – еркін темірді байланыстырып алу, соның салдарынан бактериялар өсуіне қажетті маңызды субстратты жою. Лактоферриннің антибактериялық әсері микроорганизмдердің жасуша бетіндегі нақты рецепторлардың болуымен түсіндіріледі. Лактоферрин бактериялық қабырғалардың липополисахаридтеріне байланысады, ал лактоферриннің тотыққан темір бөлігі пероксидтердің түзілуі арқылы бактерияларды тотықтырады. Бұл мембрананың өткізгіштігіне әсер етеді және жасушаның ыдырауына (лизиске) алып келеді. Жоғарыда сипатталған сыртқы бактериялық мембранамен өзара әрекеттесу ең үстем және ең көп зерттелген. Лактоферрин мембрананы бұзумен ғана шектелмейді, тіпті жасушаның ішіне де еніп барады. Бактериялық қабырғаға байланысуы лактоферрицин деп аталатын нақты пептидпен байланысты, ол лактоферриннің N-үлгісінде орналасқан және лактоферриннің трипсин деген басқа белокпен in vitro жарылуынан пайда болады. Лактоферриннің антимикробтық әрекетінің механизмі туралы хабарланған, себебі лактоферрин H+ АТФазаға бағытталған және жасуша мембранасындағы протондық транслокацияға кедергі келтіреді, нәтижесінде in vitro өлімге әкеледі. Лактоферрин H. pylori бактериясының асқазанға жабысуын болдырмайды, бұл өз кезегінде ас қорыту жүйесінің бұзылуын азайтуға көмектеседі. Сиырдың лактоферрині H. pylori-ге қарсы адам лактоферринінен гөрі белсендірек.
Вирусқа қарсы белсенділігі
Лактоферрин жеткілікті мөлшерде адам және жануар вирустарының кең спектріне, ДНК және РНК геномдары негізінде таралатындарына, әсер етеді, оның ішінде герпес симплекс вирусы 1 және 2, цитомегаловирус, ВИЧ, гепатит С вирусы, хантавирустар, ротавирустар, 1-ші типтегі полиовирус, адамның тыныс алу синцитиалдық вирусы, егешкінің лейкемия вирустары. COVID-19-ға қарсы активтілігі туралы болжам бар, бірақ оны дәлелдеуге болмайды. Лактоферриннің вирусқа қарсы әрекетінің ең көп зерттелген механизмі – вирус бөлшектерін нысаналы жасушалардан ауыртпалау. Көптеген вирустар жасуша мембраналарының липопротеиндеріне байланысып, содан кейін жасушаға еніп алады.
Саңырауқұлаққа қарсы белсенділігі
Лактоферрин мен лактоферрицин Trichophyton mentagrophytes-тің in vitro өсуін тежейді, олар терідегі дерматофития сияқты бірнеше ауруларға себеп болады. Лактоферрин сондай-ақ Candida albicans-қа қарсы әрекет етеді – адамдарда мүмкіндік инфекцияларын (ауыз және жыныс мүшелерінің инфекциялары) тудыратын диплоидты саңырауқұлақ (ашытқының бір түрі). Флуконазол Candida albicans-қа қарсы ұзақ уақыт қолданылып келді, нәтижесінде бұл препаратқа төзімді штаммдар пайда болды. Дегенмен, лактоферрин мен флуконазолдың комбинациясы флуконазолға төзімді Candida albicans штаммдарына, сондай-ақ Candida-ның басқа түрлеріне: C. glabrata, C. krusei, C. parapsilosis және C. tropicalis-қа қарсы тиімді. Жануарларға лактоферрин ауыз арқылы берілгенде, асқазан-ішек жолына жақын тіндердегі патогенді микроорганизмдердің саны азайды. Лактоферрин, лизозим және итраконазол қоспасы арқылы Candida albicans басқа антимикотиктерге төзімді ВИЧ-инфекциясы бар пациенттерде толық жойылуы мүмкін. Басқа препараттар тиімсіз болған жағдайдағы мұндай антигрибковый әрекет лактоферринге тән және ВИЧ жұқтырған науқастар үшін ерекше құнды. Лактоферриннің антивирустық және антибактериалдық әсерінен өзгеше, оның антигрибковый әрекетінің механизмі туралы ақпарат өте аз. Лактоферрин C. albicans-тың плазмалық мембранасына байланысып, апоптозға ұқсас процесті тудырады.
Карциногендік әсері
Ірі қара малдың лактоферринінің (bLF) қатерлі ісікке қарсы әсері егеуқұйрықтардағы өкпе, несеп қуығы, тіл, тоқ ішек және бауырдың канцерогенезіндегі тәжірибелерде дәлелденген, бұл цитохром P450 1A2 (CYP1A2) сияқты I фаза ферменттерінің белсенділігін төмендету арқылы болуы мүмкін. Сонымен қатар, хомяктармен жасалған басқа бір тәжірибеде ірі қара лактоферрині ауыз қуысының қатерлі ісігінің пайда болуын 50%-ға азайтты.
Цистикалық фиброз
Адам өкпесі мен сілекейінде лактопероксидаза жүйесі, гипотиоцианит және лактоферрин өндіретін, кең спектрлі антимикробтық қосылыстар бар, бірақ гипотиоцианит кистоздық фиброзбен ауыратын науқастарда кездеспейді. Лактоферрин – туа біткен иммунитеттің құрамында болады және бактериялық биоқабықшаның (биофильмнің) қалыптасуын болдырмайды. Кистоздық фиброзбен ауыратын науқастарда лактоферрин активтілігінің төмендеуі салдарынан микробицидтік белсенділік жоғалып, биоқабықшаның (биофильмнің) пайда болуы күшейеді. Кистоздық фиброзда лактоферрин антибиотиктерге сезімталдықты өзгерте алады. Осы зерттеулер лактоферриннің адам организмінің қорғанысында, әсіресе өкпеде маңызды рөл атқаратынын көрсетеді. EMEA және FDA лактоферрин мен гипотиоцианиттің қосындысына «жетім дәрі» статусын берді.
Некротизациялық энтероколит
Төмен сапалы деректер көрсетіп тұрғандай, пробиотик қосылған немесе қосылмаған оралды лактоферрин толықтыруы мерзімінен бұрын туған нәрестелерде сепсистің және некротизациялық энтероколиттің (II немесе III сатысы) кеш пайда болуын азайтуы мүмкін, бұл ретте ешқандай қосымша зиянды әсерлер байқалмайды.
Диагностикалау кезінде
Сызғыш сұйықтығындағы лактоферрин деңгейі, Шьогрен синдромы сияқты құрғақ көз ауруларында төмендейтіні анықталды. Шьогрен синдромы және құрғақ көз ауруларының басқа түрлерін диагностикалауды жақсарту үшін, микрофлюидтік технологияны қолданатын жылдам, тасымалдауға ыңғайлы тест әзірленді.
Экстракциялау
Ірі қара малдың лактоферрині шикі сүттен, сарысудан немесе бауырынан тұз экстракциясы, хроматография және мембраналық сүзгілеу сияқты әдістер арқылы бөліп алуға болады. Адамды қоса, түрлі жануарлардың лактоферринін трансгенді организмдерді пайдаланып рекомбинантты ақуыз ретінде де өндіруге болады.
Нанотехнология
Лактотрансферрин флуоресцентті алтын кванттық кластерлерін синтездеу үшін қолданылды, бұл нанотехнологияда қолдануға мүмкіндік береді.