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乳铁蛋白在养猪业上的应用研究


乳铁蛋白(LF)在养猪业上的应用研究 乳铁蛋白(LF) 在养猪业 上的应用研究

我国的养猪业发展迅速,但滥用抗生素导致畜禽食品中药物残留,引起的食 源性疾病问题日益严重。因此,探索和研究一种安全、绿色和高效的抗生素替代 产品已成养殖行业的当务之急。

1939 年 Sorensen 等人在分离乳清蛋白时得到一种红色蛋白,Polis 等人在

分离 Lp 时也得到部分纯化的红色蛋白,但至 1959 年 Groves 用色谱得到纯的红 色物质后,才确认这种红色物质是一种含铁蛋白质,称之为乳铁蛋白 (Lactoferrin,Lf),又称红蛋白。乳铁蛋白 (Lactoferrin,LF)是一种相对分子 量约为 80 000Da 的铁结合性糖蛋白,主要存在于乳汁、眼泪、唾液、精液、鼻 腔分泌物等外分泌液或血浆、中性粒细胞中。乳汁,尤其是初乳中 LF 的含量很 高,如牛初乳中的 LF 质量浓度为 0.02-0.35mg/ml。深入研究发现,LF 是一种 具有多种生物学功能的蛋白质,它不仅参与铁的转运,而且具有抗菌、抑菌、抗 病毒、抗氧化、调节机体免疫和提高肠道对铁离子的吸收等作用,被认为是一种 新型的抗菌、抗病毒药物和极具开发潜力的食品和饲料添加剂。因此,乳铁蛋白 作为一种新型功能饲料添加剂具有广阔的应用前景。 1 乳铁蛋白的分子结构 由已确定的人 LF 的完整高级结构和牛 LF 的部分 高级结构相比可见,LF 的二级结构是由 α-螺旋和 β-折叠交替排列组成的。 Anderson 等用 X 射线分析法测定了结晶状态下的人 LF 二级结构的组成;徐跃用 傅氏转换红外线光谱仪测定了重水溶液和粉剂状态下的脱辅基牛 LF 的二级结构 组成。两个结果显示,人和牛的 LF 二级结构以 α-螺旋和 β-折叠结构为主(70% 以上),同时 α-螺旋多于 β-折叠。Baker 等用 X 射线分析法建立了人 LF 的完 整立体结构,发现人 LF 的立体结构包括两个结构基本相同的叶,N 端的叶叫 N 叶, 1~332 个氨基酸残基组成; 端的叶叫 C 叶, 由 334~703 个残基组成。 由 C 每个叶又包括两个结构域和一条裂隙,裂隙是结合 Fe3+的部位,每个 LF 可以结 合两个 Fe3+和两个碳酸根离子。LF 是糖蛋白,所有的 LF 分子都含有基本结构为 双杈状的多聚糖,该多聚糖与肽链上的天冬氨酸残基相连,不同来源的 LF 多聚

糖在结构和组成上仅有细微的差别。 2 乳铁蛋白的功能和作用机理 2.1 乳铁蛋白具有广谱抑菌作用 1972 年, Bullen 等首先提出 LF 具有抑

菌作用。乳铁蛋白对革兰阴性菌和阳性菌的抑菌作用,铁离子是几乎所有细菌生 长所必需的物质(是细菌生物氧化酶所必需的),而 LF 能够夺取细菌生长所需的 Fe3+。 嗜中性粒细胞是含 LF 最多的细胞, 在未释放到血液中时 LF 未结合铁离子, 当释放到血液中后便有较强的结合铁离子的能力, 因而具有较强的抑菌作用。 有研究表明,当 LF 培养基中加入 Fe3 +时,随 Fe3+浓度的加大抑菌作用减弱, 当加入过量的 Fe3+抑菌作用完全消失,这证明 LF 通过与细菌竞争铁离子达到抑 菌的目的。也有研究者认为,LF 通过与细菌竞争结合位点来抑制细菌。LF 还具 有直接的杀菌能力。Ellison 等报道,LF 可粘附于细菌胞膜上,通过改变膜的通 透性而使细菌死亡;LF 可以导致革兰氏阴性菌外膜中脂多糖的释放,从而改变 胞膜的通透性。现已确定,LF 属广谱抑菌剂,既可抑制需铁的革兰氏阴性菌, 如大肠菌群、沙门氏菌等;也可抑制革兰氏阳性菌;但基本不抑制对铁需求不高 的菌,如乳酸菌。 2.2 乳铁蛋白具有抗病毒作用 乳铁蛋白通过抑制病毒进入细胞, 减轻对

肝细胞的损害。肝细胞病毒 C(HCV)是一种有囊膜的单链 RNA 病毒,它可以引起 慢性肝炎、肝硬化。LF 可通过结合在肝细胞病毒 C 的囊膜蛋白上阻止病毒与靶 细胞结合。LF 在体外没有直接抗 FVC(Friend virus complex)感染的效果, 因 此,其作用机制可能是作为一个转录因子促进了骨髓组织生成(Fleet, 1995)。 LF 对艾滋病(HIV)病毒也有抑制作用,Defer、Muller 等发现,艾滋病患者的 血浆、 唾液中 LF 水平明显下降, 所以他们更容易感染其它疾病。 Viani 等 (1999) 报道,LF 与叠氮羰基结合后能够增加 LF 抗 HIV 病毒效果。LF 对 HIV 病毒的作用 主要发生在感染的早期,可能是在病毒吸附到靶细胞上时,如果在感染后给药, 给药越晚 LF 的作用越弱,而且金属元素饱和的 LF 对 HIV 病毒的作用比空白 LF 的作用弱,其原因尚不清楚。除此之外,LF 抑制 herpes simplex virus(HSV)、 cytomegalovirus(CMV)等病毒。几乎所有的研究都表明,LF 阻止病毒感染细胞 不是在感染后阻止病毒复制,而是直接结合于 HCV、Polio、轮状病毒、HSV 以及 HIV 病毒粒子上而阻止其感染靶细胞。

2.3 乳铁蛋白具有抗细菌作用 2.4 乳铁蛋白具有抗氧化作用

研究结果

显示, 乳铁蛋白能抑制铁诱导的脂质过氧化过程所产生的硫代巴比妥酸和丙二醛 的生成。 另外, 牛乳铁蛋白能降解酵母中的转运 RNA, 具有核糖果核酸酶的活性, 且能抑制超氧离子的形成。人和牛的 LF 都已被发现有抑制脂质过氧化的作用, 因此,LF 用作食品和饲料添加剂可以起到抗氧化剂的作用。 2.5 乳铁蛋白调节机体免疫反应 据报道,LF 可以促进中性粒细胞或巨噬

细胞的杀菌作用和吞噬作用,对 NK 细胞的活性和淋巴细胞、中性粒细胞的繁殖 具有调节作用。在一般情况下,每毫升血清中含有 LF 0.3~0.5μg,但一旦发 生感染,LF 将从活化的嗜中性粒细胞中释放到血液中,放出量可增加到平时的 20 倍,因此,LF 可被视为抗炎因子。据日本的角田研究小组报道,他们做了鱼 类 LF 的防御感染效果试验, 将金鱼预先用添加 0.4%LF 的饵料分别饲喂 3d 和 14d, 再和患白斑病的金鱼一起用普通饵料饲喂 10d,结果对照组的存活率为 20%;而 用添加 LF 的饵料预先饲喂 3d 的组存活率为 60%;预先饲喂 14d 的组存活率为 80%。在口服 LF 对金鱼血液性状影响的试验中发现,淋巴球数随着饲喂天数的 延长而增多。 2.5 乳铁蛋白调节胃肠道对铁的吸收 乳铁蛋白通过它的氨基和羧基末端

两个铁结合区域能高亲和性地、可逆地与铁结合,并维持十二指肠细胞在一个较 广的 pH 值范围内对铁元素的吸收和利用。 2.6 乳铁蛋白同药物的协同作用 研究显示,乳铁蛋白能同多种抗生素和抗 病毒药物协同作用,减少药物用量,降低抗生素或抗病真菌制剂对动物肝、肾功 能的损害,同时,增强体内微生物对药物的敏感性。 3 养猪业的应用研究 3.1 断奶仔猪 目前普遍存在的仔猪贫血和腹泻是导致其死亡的主要原因。LF

能促进铁的转运和吸收,可以治疗仔猪贫血;LF 具有广谱的抗菌、抗病毒作用, 可用来预防和治疗仔猪腹泻。所以促进母猪乳汁中产生内源性 LF 或增加仔猪日 粮中的 LF,将是预防仔猪腹泻和贫血的最佳选择。用 48 头 35 日龄断奶仔猪进 行了为期 28d 的饲养试验,观察了功能性 LF 对断奶仔猪腹泻的防治作用及生产 性能的影响。将试验猪随机分为 4 组,即在基础日粮中分别添加 LF 0.1g/kg、 LF0.3g/kg 和 LF0.5g/kg 的 3 个试验组 A、B、C 和 1 个对照组 D,观察了仔猪的

生长代谢情况,记录了各组耗料量和体重,采集血清和全血进行了分析检验。结 果表明, 组仔猪腹泻较对照组降低了 73%(P<0. C 05); 组较对照组降低了 62% B (P<0.05);C 组较对照组降低了 56%(P<0.05);此外, 3 种 LF 组仔猪的日 增重和饲料报酬均有明显的提高。 3.2 LF 还具有调节免疫系统活性的作用,能增强家畜对疾病的抵抗力;试验通 过对断奶仔猪饲喂不同剂量的 LF,研究其对猪瘟疫苗接种猪免疫调节作用的影 响。结果表明,试验组在注射猪瘟疫苗同时,以 0.2g/kg 的 LF 混饲,试验组猪 瘟血清抗体效价明显高于对照组,差异显著;接种疫苗后 15 d 和 45 d,试验组 T 淋巴细胞百分率显著高于对照组。表明猪在接种猪瘟疫苗的同时服用 LF,能显 著增强猪瘟疫苗的免疫效果,促进 T 淋巴细胞的增殖,增强其免疫力。通过试验 证明,LF 对猪瘟抗体的产生、免疫抗病能力的提高具有明显的促进作用。 3.3 具有抗真菌和抗脂质氧化作用,可用作防霉剂和抗氧化剂;LF 还具有杀 真菌的能力,尤其是对假丝酵母属作用的研究报道较多。这些抗细菌和真菌活性 不仅仅靠夺取病原体微环境中的铁离子,而且还通过以其 N-端结合细菌和真菌 的细胞壁破坏细胞膜,导致细胞内容物的泄露来杀死它们。试验证实,在猪饲料 中添加 0.1%的 LF, 能有效抑制霉菌、细菌的繁殖,预防发霉饲料中霉菌毒素引 起的中毒。 总而言之,LF 具有广泛而独特的理化特性和生物学功能,乳铁蛋白为动物 初乳中的天然蛋白质,必将为绿色畜牧业发展发挥其应有的作用,特别是作为饲 料添加剂的开发前景广阔。


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