乳鐵蛋白對Th1/Th2細胞平衡的影響研究進展

張 浩，胡志和

(天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134)

乳鐵蛋白對Th1/Th2細胞平衡的影響研究進展

張 浩，胡志和

(天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134)

乳鐵蛋白是一種具有多種特殊生理功能的天然鐵結合蛋白。本文闡述了Th1/Th2細胞平衡對機體免疫功能的重要性及乳鐵蛋白對Th1和Th2細胞平衡影響的最新研究進展，并對其應用前景進行了展望。

乳鐵蛋白；Th細胞；Th1/Th2細胞平衡

乳鐵蛋白(lactoferrin，LF)又稱乳轉鐵蛋白，是一種具有多種生理活性功能的天然活性鐵結合蛋白，由689個氨基酸組成，是一條分子質量約為80kD的鐵結合性蛋白，其多肽鏈上結合有二條糖鏈，碳水化合物含量為7%左右，組成包括半乳糖、甘露糖、N-乙酰半乳糖胺、巖藻糖以及唾液酸等。廣泛存在于哺乳動物的乳汁以及動物的唾液、眼淚、精液、膽汁等外分泌液或中性粒細胞、血漿中。目前，各國科學家就乳鐵蛋白構效關系、配體與受體、調節細胞增殖分化、免疫調節、藥理與臨床、乳鐵蛋白及衍生肽抗菌活性、分子設計與表達、重組和轉基因乳鐵蛋白等方面進行了研究。研究表明，乳鐵蛋白具有很多的生理和生物學功能，其功能包括：1)離子傳遞功能[1]；2)抑菌和殺菌作用[2]；3)抗病毒活性[3]；4)其水解獲得的乳鐵素增加的抗微生物活性[4]；5)毒素結合活性[5]；6)促進某些動物細胞生長的活性[6]；7)血小板結合活性[7]；8)免疫調節活性，與免疫球蛋白和其他保護性因子相協調參與局部分泌免疫，減少損傷和損傷愈合作用[8-9]；9)消炎作用[10]；10)抗腫瘤作用[11]；11)多種酶活性[12]；12)DNA結合和轉錄調節活性[13]；13)強化和調節骨骼肌生長作用等[14]。本文就Th1和Th2細胞平衡對機體健康作用及乳鐵蛋白對Th1和Th2細胞平衡影響的最新研究進行綜述。

1 Th1和Th2細胞平衡

大量研究證明，胃腸黏膜系統在食品消化和吸收過程中，不僅可以獲得各種營養物質，同時也通過作用于分部在腸黏膜系統的網狀樹突細胞(dendritic cell，DC)和抗原呈遞細胞(antigen presenting cells，APC)傳遞信息給免疫細胞，從而作用于由多種炎癥和抗炎細胞因子所組成的復雜細胞因子網絡，而DC 是專職和最有效的APC，在T輔助淋巴細胞(T helper cell，即Th細胞)的調節中有著重要作用。造血干細胞培養生產的DC分為DC1和DC2兩類，DC1活化后能夠大量分泌Th1細胞啟動因子IL-12，促進Th1細胞分泌IFN-γ，增強細胞毒T細胞(CTL)的功能；DC2則允許Th細胞向Th2細胞分化，誘導Th2免疫反應。

Mosmann等[15]首次發現CD4+T細胞(Th)具有兩種功能不同的亞群，即Th1和Th2細胞，而這兩種細胞又都來自一個共同的前體細胞Th0細胞。Maggie等[16]發現人的Th細胞與鼠的相似，也可以分為Th1和Th2細胞兩種類型。Th1細胞主要分泌IL-2、IFN-γ、INF-α、LT、IL-12、IL-17、GM-CSF等，它主要介導細胞免

疫應答，在抗感染、急性排斥反應、器官移植排斥反應和自身免疫病的誘導過程中起重要作用。Th2細胞主要分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-9、IL-10、IL-13和GMCSF等，它主要介導體液免疫應答，輔助抗體生成，在過敏反應中起主導作用，使抗原特異的B細胞分泌IgG1和IgE抗體。此外，IL-18在IL-12存在下能夠誘導T、B、NK細胞對IFN-γ的產生以及促進Th1細胞的分化；而IL-18在沒有IL-12存在下，便會誘導T細胞、NK細胞和嗜堿性細胞產生IL-13和IL-4等Th2相關細胞因子，促進Th2細胞的分化。另外IFN-γ和IL-4可以分別代表Th1/Th2免疫應答的水平，目前研究中也多采用IFN-γ/IL-4的比值動態來代表Th1/Th2免疫平衡的狀況。

Th1和Th2細胞除分泌不同的細胞因子進而發揮不同的免疫調節作用外，它們各自細胞的表面受體也是不同的。一方面，不同的表面受體可以作為分離Th1/Th2細胞的表面標志物(表1)；另一方面，這種差異又直接影響Th1和Th2細胞對一些細胞因子的反應性，從而調控著Th1和Th2細胞的分化與功能(表2)[17]。

表1 Th1/Th2細胞表面標志Table 1 Surface markers of Th1/Th2 cells

表2 T細胞亞群的特征Table 2 Features of T-cell subpopulations

Th1和Th2細胞功能的正常和相互間保持平衡，是維持正常免疫功能和身體健康的基礎，而Th1和Th2細胞功能的異常或失衡，常表現出平衡偏向其中一方，即發生“Th1/Th2平衡漂移”，這是引起多種免疫性疾病的根源。當Th1細胞占優勢時，機體可產生細胞免疫亢進相關性疾病，當Th2細胞占優勢時，機體可發生體液免疫亢進相關性疾病。其相關性疾病[18]有：1)與妊娠相關，Th1型細胞因子可直接或間接損傷胎兒胎盤組織，進而導致妊娠失敗；Th2型細胞因子有利于正常妊娠；2)與過敏性疾病相關；3)與感染性疾病相關，Th1應答利于抗寄生蟲感染疾病，Th2應答可加重寄生蟲感染的疾病；4)與自身免疫性疾病相關，Th1優勢應答多導致克隆氏病、胰島素依賴性糖尿病和自身免疫性甲狀腺炎等，Th2優勢應答多見于系統性紅斑狼瘡、自身免疫性心臟病和Omenn綜合癥等。由此可見Th1和Th2細胞具有重要的免疫調節作用。此外Th1和Th2細胞所誘導的免疫反應可以相互調節或產生交叉調節作用。

2 乳鐵蛋白對Th1和Th2細胞平衡影響的研究現狀

人類免疫應答是一個高度復雜的調節系統和控制因子網絡，病原體的入侵或機體衰老、損傷或壓力作用會促使一系列的炎癥細胞因子合成與分泌。誘發炎癥的細胞因子與抗炎癥的細胞因子之間的動態的和不斷的相互作用和平衡是人類免疫系統的重要組成部分[19]。由此可知，乳鐵蛋白對Th細胞影響的直接結果就是影響Th1和Th2細胞對細胞因子的分泌，從而對機體的免疫起作用。

2.1 乳鐵蛋白對細胞因子影響的生理實驗

Lee等[20]對無菌狀態下生長的小豬喂食乳鐵蛋白，隨后對其靜脈注射大腸桿菌脂多糖(LPS)，結果表明：未喂食乳鐵蛋白的對照組小豬死亡率高達73.7%，而喂食乳鐵蛋白的小豬死亡率僅16.7%，由此證明喂食乳鐵蛋白可以大大降低因內毒素而導致的致死性休克。另外，發現小鼠腸上皮細胞的CD4+、CD8+和腸上皮細胞內的IL-18均有所增多，而體表血液和脾中的CD4+、CD8+、唾液酸基GM1+細胞及其抵御結腸癌的細胞毒素的活性也均有所增加。

Haversen等[21]在正常雌鼠的膀胱中注射大腸桿菌，待30min后對其喂食人乳鐵蛋白(hLF)，結果發現雌鼠在感染病菌2h后尿道IL-6有所減少，24h后體系中的IL-6有所下降，這就表明人乳鐵蛋白在此實驗中增強了Th2型免疫功能，具有明顯抗炎作用。

Togawa等[22]對由葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導而患腸炎的小鼠進行生理實驗，從喂食DSS的前3d直到最后死亡，這期間持續喂食乳鐵蛋白，結果測得口服乳鐵蛋白后，血液中的炎癥前體細胞素、腫瘤壞死因子α和IL-1、IL-6明顯下降，而抗炎癥細胞素和白細胞介素IL-4、IL-10明顯增加。也就是說此時的乳鐵蛋白減弱了Th1型細胞功能，而增強了Th2型細胞的體液免疫功能，即對Th1和Th2細胞的平衡起到了改善作用。

Elass等[23]提出了一種抗炎癥機制的假設，乳鐵蛋白可能是通過作用于IL-18的產生來發揮抗炎癥作用。

Artym等[24]對健康的小鼠先給予亞致死劑量的環磷酰胺使其體液免疫低下，再口服含0.5%牛乳鐵蛋白的飲用水5周，結果發現調控小鼠體液免疫的Th2型細胞得到了部分修復。

Iigo等[25]對小鼠分別喂食牛乳鐵蛋白、牛乳鐵蛋白水解產物或轉鐵蛋白1～3h后，在小腸中發現IL-18的含量、半胱氨酸蛋白酶-1活性及IFN-γ的含量明顯提升。然而，如果同樣方法持續一周的喂食乳鐵蛋白及其水解產物后，IL-18含量也明顯增加，但對于轉鐵蛋白其作用很微小。此外實驗還證明，在乳鐵蛋白及其水解產物作用下，半胱氨酸蛋白酶-1活性的提高對于體內IL-18的含量有重要作用，同時也提高了T細胞和NK細胞對腫瘤細胞的殺傷作用。由此可知，在乳鐵蛋白的作用下使得Th1型細胞的細胞免疫應答有所提高。

Takakura等[26]對健康的小鼠持續口服3d的牛乳鐵蛋白或牛血清白蛋白后，取小鼠空腸和回腸中的腸上皮內淋巴細胞(IEL)及腸系膜淋巴結細胞(MLN)，分別在有抗T細胞受體和無抗T細胞受體的環境中進行培養，然后取培養基上清液檢測細胞因子。結果發現口服乳鐵蛋白并不影響IEL和MLN中T細胞亞群的比例，但是LF卻增強了刺激性的和非刺激性的IEL、MLN對IFN-γ及IL-10的含量。而MLN中IFN-γ的含量水平是和IL-10是有關的，這也就表明了口服乳鐵蛋白可以影響健康小鼠中Th1和Th2對細胞因子的產生。

Zuccotti等[27]對患有先天感染人類免疫缺陷病毒(HIV)患兒抗逆轉錄病毒治療的期間，讓其口服乳鐵蛋白，結果發現免疫細胞的吞噬作用、殺傷作用、Toll樣受體表達及其IL-10、IL-12的比率均有所提高，促進了機體向Th2型細胞免疫功能的增強。

由以上的生理實驗可以看出，當機體出現炎癥或其他免疫力低下時，機體內的Th1/Th2細胞的平衡遭到了破壞，即很有可能發生了Th1/Th2平衡漂移，從而造成Th1細胞或Th2細胞所分泌的細胞因子數量偏多或偏少。而當給予適量的乳鐵蛋白作用后，促進了Th1/Th2細胞的平衡，并使機體的免疫力低下得到了部分的改善。

2.2 乳鐵蛋白的作用機理

近些年來對于乳鐵蛋白的生物學功能研究有很多的報道，然而在食用乳鐵蛋白后其免疫調節的作用機理方面，目前國內外對其作用途徑推演主要有三方面：其一可能是腸上皮內存在有乳鐵蛋白受體；其二可能是乳鐵蛋白直接作用于腸上皮內的淋巴細胞；其三可能是通過作用于抗原呈遞細胞(APC)后，誘導T細胞的分化來發揮作用。

Kuwata等[28]研究發現，作為免疫作用的食品，食用乳鐵蛋白后，在胃腸道中并未完全水解，同時存在包括乳鐵素(LfcinB)在內的肽類。然而乳鐵蛋白及其水解產物能否進入血液循環發揮作用，根據Wakabayashi等[29]的研究結果表明，攝入的乳鐵蛋白一般不會直接進入血液。而Fisher等[30]研究表明，乳鐵蛋白攝入后，可以完整分子的形式通過小腸被轉運到外周血，并在口服10～20min后停留在肝臟、腎臟、膽囊、脾臟等器官。但它又是如何作用于腸道免疫系統影響其宿主防御呢？根據Tomita等[9]對口服乳鐵蛋白作用機理推演(圖1)，乳鐵蛋白攝入后，部分被胃腸道中的蛋白酶水解成乳鐵素等肽類，乳鐵蛋白及其水解產物與內皮細胞和腸上皮內的免疫細胞(包括樹突細胞和淋巴細胞)上的受體結合，被上述細胞吞噬，并激活細胞內的信使核糖核酸的形成基因，通過細胞因子和體液因子及免疫細胞的遷移使腸道免疫系統作用于病灶。

圖1 乳鐵蛋白及水解產物在腸道中發揮的免疫作用Fig.1 Immune function of lactoferrin and its hydrolysis in intestinal

Artym等[24]對體液免疫低下的小鼠口服乳鐵蛋白后免疫有所提升，進一步研究發現，CD3+T淋巴細胞、CD4+T淋巴細胞、B淋巴細胞及小鼠腹膜巨噬細胞的數量和功能得到了重建修復，其作用可能是LF有效誘導IL-6和IL-10以外的細胞因子生成的結果。此外實驗表明，如果對小鼠靜脈注射乳鐵蛋白，血液循環中則出現相當水平的IL-1，而該細胞因子的產生則是B細胞分化的重要因素。由此結合圖1可以推測出，正是由于在乳鐵蛋白的作用下促使原本失衡的Th1/Th2細胞分泌某些細胞因子，作用于病灶，使其Th1/Th2細胞的平衡有所改善，從而恢復了小鼠部分的免疫功能。

3 展 望

乳鐵蛋白被公認為是一種天然的安全物質，服用后無任何不良作用，加之其具有許多特殊的生理功能，因此吸引了國內外眾多的學者研究并得到了廣泛的應用，尤其是在食品領域。例如乳鐵蛋白作為保存劑、抗氧化劑、營養強化劑、免疫強化劑、免疫調節劑及助消劑等廣泛應用于嬰幼兒奶粉、發酵奶、口香糖、碳酸飲料和肉類保藏等食品工業。此外，乳鐵蛋白也可以作為防腐劑應用于化妝品行業，作為抗菌劑、抗潰瘍藥、抗氧化劑和抗真菌劑在臨床上應用，作為添加劑應用于飼料行業。

目前，國外乳鐵蛋白已經實現了工業化的生產，而我國還是相對比較落后，對乳鐵蛋白的生產還處于研究階段。雖然國內外對于乳鐵蛋白在食品行業中有所應用，但由于其LF在人體中作用機理的研究不是很清楚，所以，在食品行業中的應用還是存在著很大的市場潛力的，一旦對LF的免疫作用機理研究的比較透徹后，就能得到很好的利用并能為人類健康更好的服務。

[1] NAGASAKO Y, SAITO H, TAMURA Y, et al. Iron binding properties of bovine lactoferrin in iron rich solution[J]. J Dairy Sci, 1993, 76:1876-1881.

[2] ARNOLD R R, COLE M F, MCGHEE J R, et al. A bactericidal effect for human lactoferrin[J]. Science,1977, 197: 263-265.

[3] PIETRANTONI A, TINARI A, MARCHETTI M, et al. Bovine lactoferrin inhibits adenovirus infection by interacting with viral structural poly peptides[J]. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2003, 47: 2688-2691.

[4] SHIN Y, TERAGUCHI H, TOMITA O, et al. Antibacterial activity of bovine lactoferrin and its peptides against enterohaemorrhagic Escherichia coli O157: H7[J]. Letters in Applied Microbiology, 1998, 26: 407-411.

[5] MATTSBY-BALTZER I, ROSEANU A, MOTAS C, et al. Lactoferrin or a fragment thereof inhibits the endotoxin induced interleukin-6 response in human monocytic cells[J]. Ped Res, 1996, 40: 257-262.

[6] BURRIND G, WANG H, HEATH J, et al. Orally administered lactoferrin increases hepatic protein synthesis in formula for new-bornpigs[J]. Paediatric Res, 1996, 40(1): 72-76.

[7] QIAN Zuyuan, JOLLES P, MIGLIORE-SAMOUR D, et al. Isolation and characterization of sheep lactoferrin, an inhibitor of platelet aggregation and comparison with human lactoferrin[J]. Biochim Biophys Acta, 1995, 1243: 25-32.

[8] PUDDU P, VALENTI P, GESSANI S. Immunomodulatory effects of lactoferrin on antigen presenting cells[J]. Biochimie, 2009, 91: 11-18.

[9] TOMITA M, WAKABAYASHI H, SHIN K, et al. Twenty-five years of research on bovine lactoferrin applications[J]. Biochimie, 2009, 91: 52-57.

[10] BAVEYE S, ELASS E, MAZURIER J, et al. Lactoferrin: a multifuctional glycoprotein involved in the modulation of the inflammatory process[J]. Clinical Chem Lab Med, 1999, 37: 281-286.

[11] RODRIGUES L, TEIXEIRA J, SCHMITT F, et al. Lactoferrin and cancer disease prevention[J]. Crit Rev Food Sci Nutr, 2009, 49(3): 203-17.

[12] KANYSHKOVA T G, BABINA S E, SEMENOV D V, et al. Multiple enzymic activities of human milk lactoferrin[J]. Eur J Biochem, 2003, 270: 3353-3361.

[13] HE J, FURMANSKI P. Sequence specificity and transcriptional activation in the binding of lactoferrin to DNA[J]. Nature, 1995, 373: 721-724.

[14] YAGI M, SUZUKI N, TAKAYAMA T, et al. Effects of lactoferrin on the differentiation of pluripotent mesenchymal cells[J]. Cell Biol Int, 2009, 33(3): 283-289.

[15] MOSMANN T R, CHERWINSKI H, BOND M W.Two types of murine helper T cell clone I definition according to profiles of lymohokine activities and secreted proteins[J]. J Immunol, 1986, 136: 2348-2357.

[16] MAGGIE E, BISWAR R, PNETE G D, et al. Accumulation of Th2 like helper T cells in the conjunctiva of patients with vernal conjunctivitis[J]. J Immunol, 1991, 146: 1169-1174.

[17] 吳亞娣. Th1/Th2細胞的表面受體及其功能調節[J]. 上海免疫學雜志, 2000, 20(5): 318-320.

[18] 顧國浩, 彭群新. Th1/Th2細胞的免疫功能變化及其意義[J]. 國外醫學: 臨床生物化學與檢測學分冊, 2003, 24(6): 333-334.

[19] 龐廣昌. 食品免疫論[M]. 北京: 科學出版社, 2008.

[20] LEE W J, FAMER J L, HILTY M, et al. The protective effects of lactoferrin freeding against endotoxin lethal shock in gem free piglets[J]. Infect Immun, 1998, 66(4): 1421-1426.

[21] HAVERSEN L A, ENGHERG I, BALTZER L, et al. Human lactoferrin and peptides derived from a surface-exposed helical region reduce experiment Escherichia coli urinary tract infection in mice[J]. Infect Immun, 2000, 68(10): 16-23.

[22] TOGAWA J, NAGASE H, TANAKA K, et al. Oral administration of lactoferrin reduces colitis in rats via modulation of the immune system and correction of cytokine imbalance[J]. J Gastroenterol Hepatol, 2002, 17(12): 1291-1298.

[23] ELASS E, MASSON M, MAZURIER J, et al. Lactoferrin inhibits the lipopolysaccharide-induced expresssion and proteoglycanbinding ability of interleukin-8 in human endothelial cells[J]. Infect mmun, 2002, 70: 1860-1866.

[24] ARTYM J, ZIMECKI M, PAPROEKA M, et al. Orally administered lactoferrin restores humoral immune response in inmmunocompromised mice[J]. Immunol Leu, 2003, 89(1): 9-15.

[25] IIGO M, SHIMAMURA M, MATSUDA E, et al. Orally administered bovine lactoferrin induces caspase-1 and interleukin-18 in the mouse intestinal mucosa: a possible explanation for inhibition of carcinogenesis and metastasia[J]. Cytokine, 2004, 25: 36-44.

[26] TAKAKURA N, WAKABAYASHI H, YAMAUCHI K, et al. Influences of orally administered lactoferrin on Ifn-γ and IL-10 production by intestinal intraepithelial lymphocytes and mesenteric lymph-node cells [J].Biochem Cell Biol, 2006, 84: 363-368.

[27] ZUCCOTTI G V, VIGANO A, BORELLI M, et al. Modulation of innate and adaptive immunity by lactoferrin in human immuno-deficiency virus(HIV)-infected, antiretroviral therapy nate children[J]. Int J Antimicrob Agents, 2007, 29(3): 353-355.

[28] KUWATA H, YAMAUCHI K, TERAGUCHI S, et al. Functional fragments of ingested lactoferrin are resinstant to proteolytic degradation in the gastrointestinal tract of adult rats[J]. J Nutr, 2001, 131: 2121-2127.

[29] WAKABAYASHI H, KUWATA H, YAMUCHIN K, et al. No detectable transfer of dietary lactoferrin or its functional fragments to portal blood in healthy adult rats[J].Biosci Biotechnol Biochem, 2004, 68: 853-860.

[30] FISHER R, DEBBABI H, BLAIS A, et al. Uptake of ingested bovine lactoferrin and its accumulation in adult mouse tissues[J]. International Immunopharmacology, 2007, 7(10): 1387-1393.

Recent Research Progress in the Effect of Lactoferrin on the Balance of Th1/Th2 Cells

ZHANG Hao，HU Zhi-he
(Tianjin Key Laboratory of Food and Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

Latoferrin is a kind of natural iron-bonding protein with a variety of specific physiological functions. This paper describes the importance of Th1/Th2 balance for immune function and summarizes recent advances in the effect of lactoferrin on Th1/Th2 balance. Meanwhile, application perspectives of lactoferrin are also put forward in this paper.

lactoferrin；T helper cell；Th1/Th2 balance

Q816

A

1002-6630(2010)17-0448-04

2010-06-27

張浩(1985—)，男，碩士研究生，研究方向為食品生物技術。E-mail：zhanghao_dengdai@163.com