乳鐵蛋白（lactoferrin）屬于轉鐵蛋白家族中的一種，是一種非血紅素鐵結合的糖蛋白。乳鐵蛋白主要產生于哺乳動物的體內腺上皮細胞和中性粒細胞，并廣泛存在于哺乳動物的生物體液中，在母乳中含量最高，初乳中含量非常高，是核心免疫功能蛋白，具有轉運和儲存鐵離子、抗菌抗病毒和調節免疫系統的作用。常用的提取乳鐵蛋白的方法以鹽析法、透析法、超濾法、色譜法和磁分離法為主；檢測乳鐵蛋白的方法有物理化學分析法、免疫分析法和生物電化學法等。乳鐵蛋白的多種活性功能使得其在食品、化妝品、醫藥和畜牧養殖等領域都有著諸多應用。
發現歷史
1939年，丹麥科學家索倫森（Sorensen）等人在分離牛奶中的乳清蛋白時首先找到這種新型蛋白質。因這種蛋白呈紅色，被稱為“牛奶的紅色部分”（the red fraction of milk）。1960年，瑞典科學家約翰遜（Johanson）等人從人乳中分離出該種蛋白；次年，法國科學家布蘭克（Blanc）等人再次分離提純得到這種蛋白，并將其命名為“乳鐵蛋白”。
分布情況
乳鐵蛋白主要由哺乳動物黏膜上皮細胞合成和分泌產生，廣泛存在于真皮黏膜、中性粒細胞和外分泌物（如眼淚、唾液、精液等）等大部分的生物體液中。
人體組織分泌液中乳鐵蛋白含量如下：
物質結構
分子結構
乳鐵蛋白是由約七百多個氨基酸組成的，帶有生物功能機制的一條多肽鏈。該鏈的三維立體結構由兩個高度同源、結構類似的葉片長鏈絞合而成（N-葉和C-葉）。N-葉和C-葉結構各自包含了氨基酸1~332和氨基酸344~703，雙葉在鏈區進行結構連接，且質量大小均衡。N-葉和C-葉內部結構經過α-螺旋和β-折疊聚合后進一步分成N1、N2結構域和C1、C2結構域。C-葉比N-葉所攜帶的正電荷更少。經研究表明，N-葉結構是提高乳鐵蛋白抗菌活性相關結構，而C-葉結構則對一些疾病的治療有所裨益。
乳鐵蛋白有兩個金屬離子的結合位點，每個位點含有一個天門冬氨酸、一個組氨酸的生物合成和兩個酪氨酸。因此，它能夠可逆性結合一個Fe3?離子和一個CO?2?離子。因其與鐵離子的配位化合物顯紅色，故而乳鐵蛋白也有“紅蛋白”之稱。
聚合形式
乳鐵蛋白在生物體液中主要以單體形式和聚合形式存在。其聚合形式是歸因于鈣依賴性的自聚合，可分為二聚體形式、三聚體形式和四聚體形式，其中四聚體是最主要的形式。
理化性質
表面帶有正電荷
乳鐵蛋白表面帶有正電荷是其重要的特性之一，這一特性可以驅使乳鐵蛋白與陰離子化合物相結合。乳鐵蛋白表面帶正電荷的部位分布在兩處位置，第一處是在瓣間區域間具有正電荷的斑點上，第二處是在N1結構域中第一個α-螺旋的兩個區域。
鐵結合性能
轉鐵蛋白和乳鐵蛋白是哺乳動物體內最主要的兩種運鐵蛋白，可以與鐵相結合，但前者的親鐵能力僅為后者的0.33%~0.40%。根據乳鐵蛋白結合的鐵離子數量的不同，可以將其分為三種類型：鐵飽和乳鐵蛋白、半飽和乳鐵蛋白和飽和脫鐵乳鐵蛋白。
穩定性
乳鐵蛋白具有良好的穩定性，主要體現在短時間內不受溫度影響。研究發現，72 ℃或135 ℃下短時間保溫（8~20 s），其的鐵結合能力基本不受影響；但進行較長時間保溫處理時，則鐵結合能力有所下降。
熱變性
乳鐵蛋白的熱變性的強弱程度取決于與鐵離子的結合程度。其中飽和乳鐵蛋白熱變性溫度最高，脫鐵乳鐵蛋白熱變性溫度最低。進一步研究顯示，乳鐵蛋白不僅可以與鐵離子結合，還可以與銅、錳、鋅等離子結合。
生物學功能
抗微生物作用
抗菌性
抵御病菌侵襲的防御體系中，抗菌蛋白和抗菌肽是首道防線。作為抗菌蛋白的一種，乳鐵蛋白擁有優秀的鐵結合能力，使之能夠抑制細菌生長，干擾其形成細胞膜，進而產生阻撓細菌粘附、攔截細菌進入細胞的作用。乳鐵蛋白還能產生的攜帶正電的抗菌肽，能中和攜帶負電的磷酸甘油酯和脂多糖，使病原菌的細胞膜物質透過種類和流速發生改變，致使其生理功能遭受破壞，產生抑菌效果。
乳鐵蛋白還能對腸道菌群進行調控。在嬰幼兒配方乳粉中添加乳鐵蛋白，能促進嬰幼兒腸胃功能強化，提高免疫力。乳鐵蛋白能產生具有抗菌活性的多肽，但是受到環境pH值變化的影響，從而影響乳鐵蛋白的抑菌作用，并且影響程度與細菌的種類有關。對于革蘭陽性菌，pH值的變化使乳鐵蛋白對其的抑制作用受到較大影響，當pH值為7.5~8.0時抑菌效果最佳。此外，乳鐵蛋白經過70 ℃以下的巴氏殺菌后抑菌活性基本不受影響，而且HCO3?濃度的增加會有助于增強其抑菌性。
乳鐵蛋白（LF）抑菌作用機制如下：
抗真菌、寄生蟲作用
已知乳鐵蛋白能與多種病原菌發生作用。鐵作為生物體不可或缺的元素，參與多種重要的生命活動。病原微生物同樣需要攝取鐵元素。乳鐵蛋白優異的鐵結合能力，能參與競爭微生物的鐵源，促進機體對病原微生物的防御能力。乳鐵蛋白抵御病原微生物的機制有多種，包括抑制生物被膜形成、抑制病毒復制、粘附于病原微生物等。
乳鐵蛋白（LF）抑真菌和寄生蟲作用機制如下：
抗病毒作用
乳鐵蛋白及其功能肽在抗病毒方面同樣發揮重大作用。通過對包病毒或裸病毒包圍封閉，乳鐵蛋白和其功能肽可以阻止二者進入細胞內。而乳鐵蛋白也可以通過直接附著于病毒顆粒上，抑制病毒對細胞的侵入。
乳鐵蛋白作為轉鐵蛋白族的成員，也是防御致病細菌的主要成員，也已證明對多種病毒具有克制力。其中就含有人類皰疹病毒、腺病毒科、輪狀病毒以及小兒麻痺癥病毒等，對生物醫學與人類免疫研究都有著重大價值。
乳鐵蛋白（LF）抗病毒作用機制如下：
抗炎和免疫調節作用
抗炎活性
初始炎癥階段，乳鐵蛋白直接促使肉芽組織的形成和再上皮化，促進皮膚的傷口愈合，表現出其抗炎活性。通過刺激引起成纖維細胞與角質細胞發生增殖并遷移到傷口處，乳鐵蛋白能夠促使細胞外基質成分的合成，并且可以有效地清除發炎過程中的鐵離子和自由基，從而達到抗炎的目的。
免疫調節活性
在免疫過程中，乳鐵蛋白結合入侵細菌的表面受體，控制其對機體細胞的侵襲。通過直接螯合鐵，同樣可以達到調節主要的鐵相關蛋白，起到鐵清除劑的效果。
乳鐵蛋白兼具對免疫系統的刺激與調控。乳鐵蛋白是先天性免疫系統的重要組成部分。當革蘭氏陰性菌進入宿主后，微生物就會暴露在免疫系統的多種蛋白面前。在其細胞壁上產生的細菌脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS），是許多噬菌體在細菌表面的吸附受體。革蘭氏陰性菌釋放的LPS會與多種結合分子相互作用，發揮免疫刺激作用。乳鐵蛋白是高親和力LPS結合的候選蛋白之一。
乳鐵蛋白能活化巨噬細胞的細胞因子，刺激B、T淋巴細胞，催熟未熟的樹突狀細胞，從而增強三者刺激抗原特異性T細胞的能力。
酶活性
由于乳鐵蛋白的部分序列與核糖核酸酶的序列的相似度很高，因此乳鐵蛋白還能在反應中充當酶的角色，起到催化作用，但是其酶活性受到鐵結合量的影響。
促鐵轉運作用
乳鐵蛋白承擔著運輸生物體內鐵離子的重任。通過負反饋的調控機制，當細胞內缺乏鐵時，細胞的表面會增加乳鐵蛋白的特異性受體，增加與乳鐵蛋白的結合量。
促進骨的生長活性作用
乳鐵蛋白對骨的生長活性作用主要體現在以下兩點：對成骨細胞來說，其有強效的增殖和抗凋亡作用；對破骨細胞來說，其會產生抑制的作用。
提取方法
鹽析法
鹽析法是根據蛋白質在不同濃度的鹽溶液中的溶解度不同，利用高濃度鹽溶液降低蛋白質的溶解度，從而達到析出蛋白質的目的。該方法的優點是操作簡單，不需要購置價格高昂的儀器，且鹽析過程可逆，不易引起乳鐵蛋白變性；缺點是提取得到的純度較低。有研究人員通過調節硫酸鹽溶液的飽和度和pH值，成功用該方法實現了對乳鐵蛋白進行粗提取。
透析法
透析法是利用溶液中不同分子大小的物質，對半透膜的通過情況不同從而分離不同分子大小的物質的方法。當采用先鹽析后透析的方法后，能從牛初乳中提取出純度高達92%的乳鐵蛋白。
超濾法
超濾法是根據不同大小的膜孔徑可以過濾不同分子量大小的物質，從而進行物質分離。作為工業上最常用的提取蛋白質的方法之一，超濾法操作簡單方便，只是同樣提取純度有限，且需要定期對超濾膜進行清洗，防止堵塞。有研究表明，該方法能將甜乳清濃縮將近十倍。
色譜法
色譜法有離子交換色譜、親和色譜和膨脹床色譜等方法。
離子交換色譜介質應根據離子交換強度與特異性、機械阻力、清潔程度和化學穩定性來篩選。使用該方法時，陽離子交換樹脂同時捕捉乳鐵蛋白和乳過氧化物酶，然后通過鹽梯度或pH梯度洗脫樹脂實現二者的分離，制備純度高達95%以上的乳鐵蛋白。
親和色譜是利用固定相的結合特性來吸附靶蛋白。如使用不含氯化鈉結合緩沖液的MEP沒藥樹柱進行層，乳鐵蛋白的回收率可高達91%。
膨脹床色譜技術是一種生物分離技術。正確選擇吸附劑和確定洗脫條件是該技術的關鍵點。通過直接從粗原料或黏性溶液中捕獲靶蛋白，膨脹床色譜技術具有分離效率高、處理量大、運行成本低、可連續操作等特點，是可用于乳鐵蛋白工業化分離純化的新型技術。
磁分離法
磁性聚合物微球是一種能對外加磁場做出響應、具有常規聚合物微球的諸多性質的磁性微球。當介于外加磁場內時，磁性聚合物微球能快速從介質中分離出來。運用這種原理，磁分離法成為蛋白質分離和富集技術領域中一種高效的方法。科學家利用磁分離技術不僅開發出了能自動化分離牛乳清中乳鐵蛋白的純化系統，也可以通過制備出微米級的磁性親和劑提純得到超高純度乳鐵蛋白，還可以通過制備特殊磁性納米顆粒成功完成對乳鐵蛋白的快速吸附的。磁分離法對乳鐵蛋白的提取具有巨大的實踐意義。
應用現狀
食品領域
利用乳鐵蛋白的抑菌原理，可將其作為食品中的天然保鮮劑。此外，乳鐵蛋白還是酸奶、脫脂乳、保健食品以及發酵乳制品等眾多產品的主要成分之一。同時，因母乳中含有較多的乳鐵蛋白，在嬰幼兒的奶粉配方中人為添加，可以使奶粉成分更接近母乳，促進嬰兒的鐵吸收，更進一步提高嬰幼兒的抵抗力，預防敗血癥的發生。
化妝品領域
除了抗炎、抗菌以外，研究表明乳鐵蛋白還可以通過促進人體膠原蛋白的形成和抑制黑色素的生成，因此在化妝品領域，乳鐵蛋白可作為安全的皮膚美白劑廣泛添加于各類產品中。
醫藥領域
利用乳鐵蛋白抗菌、消炎、抗病毒的功能，可將其用于口腔治療、微生物感染的預防和治療。此外，還可用于防止嬰兒胃腸道感染，降低新生兒壞死性小腸結腸炎，輔助治療干眼癥，甚至是防治神經退行性疾病等。
畜牧業領域
乳鐵蛋白可以作為營養強化劑，添加到動物的飼料當中，提高動物的生長性能和免疫力。由于無毒和無副作用，乳鐵蛋白是一種綠色健康的飼料添加劑。
檢測方法
理化分析法
反相高效液相色譜法
根據在色譜柱中分配系數與吸附力大小的不同，進行各組分的分離和檢測的方法是高效液相色譜法（HPLC）。其中反相高效液相色譜（RP-HPLC）的應用當屬該方法中最廣為人知的一種。該方法的操作過程簡便，檢測快速，但對樣品的純度要求較高。若待測樣品純度較低，不同物質分子在色譜柱上保留時間相似，位置相近，不易分離，影響定量結果。因此HPLC適用于高純度的樣品測定。
高效毛細管電泳分析法
高效毛細管電泳分析法（HPCE）利用毛細管的分離柱效與樣品分子的擴散系數成反比的特性，可以用來分析具有擴散系數小的優勢特點的蛋白質。用該方法具有前處理簡單、成本優勢、操作方便等優點，但由于前處理中難以取出其他雜質的影響，通常只能用于保健乳品中的乳鐵蛋白含量測定。
聚丙烯酰胺凝膠電泳法
聚丙烯酰胺凝膠電泳技術常用來做蛋白質和多肽的分離。利用不同分子所攜帶電荷和分子質量的差異，形成不同的電子遷移速率，把蛋白質區分出不同的區帶。該方法分離乳鐵蛋白效果較好。該方法測定乳鐵蛋白含量準確度、重復性較好，不需要繁雜的前處理過程，敏感度高，不需要使用大量溶劑，但每次處理的樣本總量有限，使用凝膠、電泳和染色脫色所需的時間較長。
分光光度法
分光光度法（Spectrophotometry）是利用一定的波長區間內，不同物質的吸光度不同進行物質測定的方法。分光光度法具有快速、簡便、經濟，對儀器的要求不高，適合于工廠中乳鐵蛋白的快速檢測。但該方法的精度有限，不適用乳制品中乳鐵蛋白含量的精確測定。
免疫分析法
放射免疫擴散法
放射免疫擴散法（Radial Immunodiffusion）是結合同位素標記的方法，研究機體對抗原結合物質發生反應的進展和變化的技術。該辦法雖然操作簡單，但耗時良久，且影響因素多，范圍狹窄。只適合于嬰幼兒配方乳粉的檢測。實際運用中測定乳鐵蛋白含量時，放射免疫擴散法往往被其他更快速、便捷的方法所取代。
酶聯免疫吸附法
酶聯免疫吸附法（ELISA）是同時融合了抗原抗體的特異性反應與蛋白質催化反應的一項新免疫學研究方法。酶聯免疫法的優勢是能夠同時眾多試樣進行檢測，但在實際操作中，酶聯免疫吸附法需對樣品進行逐級稀釋。這個過程中不排除操作不當可能會產生誤差。但相較于其他的檢測技術而言，酶聯免疫吸附法依然是相對理想的乳鐵蛋白測定法。
膠體金標記法
利用還原劑將氯金酸聚合成大小一定的金顆粒，形成帶負電的膠溶液。在靜電場中該膠體能穩定存在，故叫做膠體金。膠體金標記是蛋白質等有機高分子化合物被吸附于膠體金顆粒表面的包被過程。將抗乳鐵蛋白抗體標記在膠體金粒子表面，形成金探針，金探針與乳血清鐵蛋白進行特異性結合，特異性結合產物可用分光光度計進行檢測。膠體金法標記對象較少，能大程度地減少分析用時，但其敏感度和測定限容易被外部原因所影響。
生物電化學法
循環伏安法（cyclic voltammetry，CV）是常用的電化學技術。記錄循環伏安曲線圖像，即可進行物質分析。交流阻抗法（Electrochemical Impedance Spectroscopic）是一種通過對微變正弦波擾動電解池后電極參數變化的計算，來定量檢測物質的方法。循環伏安法的優勢是檢測限低，測量靈敏，精確度高，其缺點是易受外部環境因素影響試驗結果，要求由專門技術人員加以使用。
參考資料 >
National Center for Biotechnology Information， PubChem Compound Summary for CID 126456119, Lactoferrin.pubchem.ncbi.2023-03-16