乳脂球膜蛋白的研究進(jìn)展

郭洪萍 石羽杰 劉彪 張玉梅

摘要：綜述了乳脂球的形成及結(jié)構(gòu)、乳脂球膜蛋白質(zhì)的成分的研究進(jìn)展及多種功能，并對(duì)未來(lái)的研究方向提出建議。

關(guān)鍵詞：乳脂球;乳脂球膜蛋白;神經(jīng)認(rèn)知;免疫調(diào)節(jié);腸道菌群;抗癌

乳汁中由三層膜結(jié)構(gòu)包裹的核心為甘油三酯的球狀結(jié)構(gòu)稱為乳脂肪球，而包裹在乳脂肪球外面的乳脂球膜（MFGM）上的蛋白質(zhì)有著重要的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注。關(guān)于MFGM蛋白質(zhì)在免疫調(diào)節(jié)和抗癌方面的研究較多，而神經(jīng)認(rèn)知的發(fā)育和腸道菌群的研究較少。本研究對(duì)乳脂球的形成與結(jié)構(gòu)、乳脂球膜蛋白質(zhì)的組分進(jìn)行分析，并從機(jī)制、動(dòng)物及人群實(shí)驗(yàn)等方面綜述了MFGM蛋白神經(jīng)認(rèn)知發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)、腸道菌群、抗癌等方面的研究進(jìn)展。

1乳脂肪球

11乳脂肪球的形成

人乳脂肪球的形成和分泌是泌乳期在乳腺上皮細(xì)胞中進(jìn)行的[1]。甘油三酯在乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩層膜之間聚集形成脂肪微滴，并以出芽生長(zhǎng)的方式釋放到細(xì)胞質(zhì)中，此時(shí)包裹了一層來(lái)自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的脂肪微滴稱為細(xì)胞質(zhì)脂滴。細(xì)胞質(zhì)脂滴在細(xì)胞質(zhì)中與其他有膜細(xì)胞器（線粒體、過(guò)氧化物酶）相互作用[2]。細(xì)胞質(zhì)中脂肪球不斷融合擴(kuò)大并且向頂端質(zhì)膜遷移，達(dá)到一定大小從上皮細(xì)胞中再次以出芽生長(zhǎng)的方式分泌，脂肪球的外表面又同時(shí)覆蓋了一層細(xì)胞質(zhì)雙層膜[3]，最終形成由三層球膜包裹的三?；视停═AG）為核心的球狀結(jié)構(gòu)稱為乳脂球[4]。在脂肪球的分泌過(guò)程中，一些細(xì)胞質(zhì)可能殘留在脂肪滴和膜周圍，位于外層膜的下面并呈月牙狀，一般稱為細(xì)胞質(zhì)新月。研究顯示，大約72%的人乳脂肪球含有這種細(xì)胞質(zhì)新月[5]。細(xì)胞質(zhì)新月是富含蛋白質(zhì)的區(qū)域，包括乳腺上皮細(xì)胞膜相關(guān)的外周蛋白和細(xì)胞質(zhì)整合膜蛋白的結(jié)構(gòu)域[67]。

12乳脂肪球的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

乳脂肪球以圓形和橢圓形的方式分散存在在乳中，直徑在01～15μm之間，平均直徑為4～5μm。乳脂肪球的核心為甘油三酯（TAG），周圍由三層膜結(jié)構(gòu)包裹[4]。在牛乳中，甘油三酯（TAG）占總?cè)橹?98%以上，主要存在于乳脂肪球的核心，這決定了乳脂球是乳汁中主要的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)載體，并且可以提供嬰兒總能量攝入量的40%～55%[8]。MFGM是一層厚度為10～20μm的薄膜，在乳中充當(dāng)乳化劑和穩(wěn)定劑，防止人乳脂肪球中脂肪的絮凝與融合，也阻止乳中脂肪與酶的接觸，是一層穩(wěn)定的具有生物活性的膜[9]。研究發(fā)現(xiàn)，乳脂肪球的大小與總脂肪的含量呈正相關(guān)關(guān)系，并且受MFGM上蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量的影響[10]。而乳脂肪球中的成分受母體的飲食、環(huán)境、泌乳期、產(chǎn)婦遺傳學(xué)和身體組成、嬰兒的性別和需求的變化[8]以及加工方式等的影響。另外，乳腺上皮細(xì)胞出芽之前的細(xì)胞質(zhì)液滴（CLD）以前被認(rèn)為是過(guò)量脂質(zhì)的惰性儲(chǔ)存，但它們最近被認(rèn)為是獨(dú)立的動(dòng)態(tài)細(xì)胞器，不僅在脂質(zhì)合成、代謝、儲(chǔ)存和利用的許多方面起著重要作用，而且在積累和暫時(shí)儲(chǔ)存中也起著關(guān)鍵作用。

2乳脂球膜包含多種活性脂類和蛋白質(zhì)

MFGM主要由多種活性脂類和蛋白質(zhì)構(gòu)成，來(lái)自于泌乳期乳腺上皮細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、頂端質(zhì)膜和細(xì)胞質(zhì)各區(qū)室，占乳脂肪球質(zhì)量的2%～6%。MFGM上的脂質(zhì)成分主要分為中性脂質(zhì)和極性脂質(zhì)[11]。極性脂質(zhì)占MFGM脂質(zhì)成分的26%～40%，包括甘油磷脂[磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰膽堿（PC）、磷脂酰絲氨酸（PS）和磷脂酰肌醇（PI）]和鞘脂[特別是鞘磷脂（SM）]。其中，PE、PC、SM的含量更為豐富，而PS和PI的含量較少。極性脂質(zhì)的作用主要為調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、參與神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)等方面。中性脂質(zhì)包括甘油三酯、甾醇及甾醇酯（主要為膽固醇）、鞘糖脂（腦苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂），還有甘油二酯、甘油單酯、游離脂肪酸等。其中，甘油三酯占MFGM脂質(zhì)成分的56%～62%，是MFGM在分離純化過(guò)程中的非膜脂質(zhì)成分。另外，神經(jīng)節(jié)苷脂具有調(diào)節(jié)腸道免疫、參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的功能。

MFGM上蛋白質(zhì)占MFGM的25%～70%，占牛奶中總蛋白質(zhì)含量的1%～4%，占乳脂球質(zhì)量的1%[12]。MFGM主要蛋白質(zhì)包括8種，分別是黃嘌呤脫氫酶/氧化酶（XO/XDH）、嗜乳脂蛋白（BTN）、乳凝集素（MFGE8/PAS6/7）、黏液素 1（MUC1）、MUC 15/PASⅢ、分化抗原簇 CD36（CD36/PASⅣ）、脂肪分化相關(guān)蛋白（ADPH）和脂肪相關(guān)鍵合蛋白（FABP）等[13]，最后2種蛋白質(zhì)為非糖基化蛋白。其中，母乳中MGFM上嗜乳脂蛋白含量高于牛乳，CD36和乳凝集素的含量低于牛乳，其余均無(wú)差異[14]。MFGM次要蛋白質(zhì)包括糖基化的酶碳酸酐酶、牛奶堿性磷酸酶（AP）、乳鐵蛋白、骨橋蛋白（OPN）和溶菌酶等，而后3種主要存在于乳清中，在較小程度上存在于MFGM中[14]。

3乳脂球膜蛋白的組成分析進(jìn)展

Goldfarb等[15]采用2DE的方法首次分離了人MFGM，鑒定出17種蛋白質(zhì)。Quaranta等[16]提出了一個(gè)新的乳脂肪球膜蛋白的提取方案（SDSurea/thiourea/CHAPS），獲得23個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)。Charlwood等[17]采用2DE分離技術(shù)結(jié)合MALDITOF鑒定的方法，研究了7種人乳MFGM蛋白質(zhì)，包括α乳清蛋白、溶菌酶前體、β酪蛋白、凝聚素、乳鐵蛋白、聚合免疫球蛋白受體前體和乳粘素。此后，Dewettinck等[9]綜述了9種牛乳蛋白質(zhì)，分別為XO/XDH、BTN、MFGE8/PAS6/7、MUC1、CD36、ADPH、FABP和PP3（TIP47）。Liao等[12]在泌乳期12個(gè)月內(nèi)發(fā)現(xiàn)191種人乳MFGM蛋白。MFGM中的蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)活性。

目前，有一些研究進(jìn)行了人乳和牛乳的MFGM蛋白的對(duì)比研究。一項(xiàng)人初乳和牛初乳MFGM蛋白研究[18]，鑒定出肽段≥1MFGM蛋白，在人初乳有l(wèi) 076種蛋白質(zhì)，其中有757種特異性表達(dá)蛋白質(zhì);在牛初乳有682種蛋白質(zhì)，其中有363種特異性表達(dá)蛋白質(zhì)，兩者有319種相同表達(dá)蛋白質(zhì)。通過(guò)G0功能注釋分析發(fā)現(xiàn)，生物過(guò)程中，人初乳MFGM蛋白發(fā)揮的作用高于牛初乳，主要表現(xiàn)在細(xì)胞組成組織的功能上;分子功能上，人初乳MFGM蛋白主要體現(xiàn)在結(jié)合作用上;細(xì)胞組成上，人初乳MFGM蛋白在細(xì)胞內(nèi)部的組成上參與最多。通過(guò)KEGG代謝通路分析可知，人初乳MFGM蛋白中有15種蛋白參與了與消化吸收相關(guān)的KEGG通路。又對(duì)人常乳和牛常乳MFGM蛋白進(jìn)行了研究[19]，鑒定出肽段≥1MFGM蛋白，牛常乳有488種MFGM蛋白，其中有173種特異性蛋白;人常乳有1 545種MFGM蛋白，其中有1 230種特異性蛋白，兩者有315種為同源蛋白。從蛋白質(zhì)的GO功能注釋上來(lái)看，以牛乳為對(duì)照，人乳MFGM蛋白參與的生物過(guò)程有37%為代謝過(guò)程;分子功能中55%為結(jié)合作用;細(xì)胞組成中34%為參與細(xì)胞器構(gòu)成。另外，人乳脂肪球膜有24種蛋白主要以抗原加工和呈遞的形式參與免疫相關(guān)的通路。人初乳和常乳中MFGM蛋白質(zhì)的種類要高于牛乳，并且各種代謝活動(dòng)和生理功能中發(fā)揮的作用高于牛乳。

4乳脂球膜蛋白的功能

41乳脂球膜蛋白與神經(jīng)認(rèn)知發(fā)育

母乳喂養(yǎng)嬰兒的認(rèn)知功能高于配方奶喂養(yǎng)嬰兒，提示嬰兒配方奶粉中缺乏某些影響嬰兒神經(jīng)發(fā)育的重要人乳成分[20]。很多動(dòng)物或人群研究支持，飲食或者配方粉中補(bǔ)充脂質(zhì)成分可以提高嬰兒的認(rèn)知發(fā)育。給小鼠提供了大量磷脂包被脂滴的飲食（模仿出生后第16～44天MFGM中發(fā)現(xiàn)的脂滴），實(shí)驗(yàn)組與標(biāo)準(zhǔn)食物對(duì)照組相比，顯示出改善的T迷宮交替和新的物體識(shí)別性能[21]給新生仔豬補(bǔ)充磷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂膳食提高了空間學(xué)習(xí)能力[22]。MFGM作為人乳主要的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)載體，其潛在的健康效應(yīng)近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。在一項(xiàng)大鼠研究中，MFGM補(bǔ)充劑組與母乳飼養(yǎng)組在成熟年齡、腦磷脂及其代謝物無(wú)差異，添加MFGM補(bǔ)充劑可以縮小標(biāo)準(zhǔn)配方粉與母乳飼養(yǎng)組在神經(jīng)發(fā)育上的差距[23]。另一個(gè)添加益生元，MFGM和乳鐵蛋白的仔豬試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了對(duì)照組皮質(zhì)中白質(zhì)和灰質(zhì)的濃度更高，內(nèi)囊中徑向和平均擴(kuò)散的速度更快，提示實(shí)驗(yàn)仔豬在內(nèi)囊和皮質(zhì)濃度中的微觀成熟度更高[24]。喂養(yǎng)脫脂奶的大鼠，生長(zhǎng)受限的大鼠認(rèn)知評(píng)分低于正常生長(zhǎng)的大鼠，而喂養(yǎng)MFGM補(bǔ)充劑的大鼠中，生長(zhǎng)受限的大鼠認(rèn)知評(píng)分（T迷宮交替）接近于正常生長(zhǎng)的大鼠[25]。添加MFGM補(bǔ)充劑可以縮小母乳飼養(yǎng)組和標(biāo)準(zhǔn)配方喂養(yǎng)組在神經(jīng)發(fā)育上的差距，使得添加MFGM補(bǔ)充劑組更接近于母乳飼養(yǎng)組水平。

目前，一項(xiàng)多中心非劣效隨機(jī)雙盲對(duì)照（DBRCT）研究對(duì)此進(jìn)行了安全性評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)富含蛋白質(zhì)MFGM組較富含脂質(zhì)MFGM組的濕疹發(fā)生率較高，但是有限的觀察對(duì)象和缺乏系統(tǒng)的濕疹評(píng)分使得這一結(jié)果不確定。瑞典的一項(xiàng)隨機(jī)雙盲對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于健康足月嬰兒補(bǔ)充低能量、低蛋白質(zhì)（其中MFGM蛋白質(zhì)組分占配方粉總蛋白質(zhì)的4%）的實(shí)驗(yàn)配方粉直至嬰兒6月齡，發(fā)現(xiàn)在嬰兒12月齡時(shí)，實(shí)驗(yàn)組Bayley嬰兒發(fā)育量表第3版的認(rèn)知范圍內(nèi)比標(biāo)準(zhǔn)配方粉組獲得的評(píng)分更高，并且更接近母乳組[2627]。關(guān)于MFGM蛋白質(zhì)組分對(duì)于神經(jīng)認(rèn)知發(fā)育的機(jī)制和人群作用還有待進(jìn)一步的研究。

42乳脂球膜蛋白與免疫力

MFGM蛋白作為總?cè)榈鞍椎囊徊糠?，不僅可以維持嬰兒的生長(zhǎng)發(fā)育、保護(hù)嬰兒免受細(xì)菌病毒的感染，還可以幫助嬰兒建立自身免疫系統(tǒng)。MFGM蛋白質(zhì)中的BTN、MFGE8、FABP可以抑制體外培養(yǎng)的產(chǎn)腸毒素大腸桿菌F4ac受體[28]。MCU1和XDR/XO具有抗微生物活性、抑制腸道病原體的作用。黃嘌呤氧化還原酶（XOR）通過(guò)產(chǎn)生反應(yīng)性氧化物質(zhì)（如過(guò)氧化氫和超氧陰離子）和活性氮物質(zhì)，以及表面碳水化合物產(chǎn)生誘餌效應(yīng)，使得其具有抗微生物作用[29]。MFGM中的XOR在口腔期的釋放和活化可提供抵抗病原體入侵的第一道防線。與嬰兒免疫防御相關(guān)的XOR的一個(gè)有趣特征是嬰兒唾液中含有XOR的底物為次黃嘌呤和黃嘌呤，濃度比成人高10倍，導(dǎo)致產(chǎn)生足夠量的過(guò)氧化氫酶以抑制S金黃色葡萄球菌和沙門氏菌屬的活性[30]。含有MUC1的牛乳已被證明可抑制霍亂弧菌和大腸桿菌的血細(xì)胞凝集[31]。在體外，MUC1抑制鼠傷寒沙門氏菌對(duì)Caco2和FHs74細(xì)胞（胎兒腸細(xì)胞模型）的侵襲，其濃度與人乳濃度相似[32]。通過(guò)與DCSIGN的相互作用，由嬰兒胃腸道中的樹(shù)突細(xì)胞表達(dá)，MUC1阻斷病原體與樹(shù)突細(xì)胞的相互作用，并可能有助于塑造嬰兒免疫[33]。此外，純化的粘蛋白（一種MFGM成分）被證明可以降低小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌對(duì)腸粘膜的粘附[34]。人乳粘蛋白成分能夠與各種輪狀病毒株結(jié)合并阻止復(fù)制，并且該能力與乳黏集素相關(guān)。人乳凝集素通過(guò)與輪狀病毒特異性結(jié)合并在體外和體內(nèi)抑制病毒復(fù)制，預(yù)防實(shí)驗(yàn)性的胃腸炎[35]。并且在墨西哥嬰兒的研究中顯示，母乳中乳凝集素的含量與癥狀性輪狀病毒感染呈負(fù)相關(guān)[36]。人乳凝集素可以支持上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)和維持，因?yàn)樗呀?jīng)被鑒定為將凋亡細(xì)胞與吞噬細(xì)胞連接的因子[37]。人乳凝集素這幾年對(duì)于胃腸道的保護(hù)作用成為了研究的熱點(diǎn)，主要表現(xiàn)為減少腸上皮細(xì)胞的凋亡、抵御腸道內(nèi)病毒感染等作用。將富含多種MFGM 蛋白質(zhì)添加到配方粉中，可以增強(qiáng)配方粉喂養(yǎng)嬰兒的免疫力。對(duì)于小于2月齡的嬰兒喂養(yǎng)MFGM補(bǔ)充的配方粉直至嬰兒6月齡，研究發(fā)現(xiàn)，從入組直至嬰兒6月齡時(shí)，實(shí)驗(yàn)組的急性中耳炎發(fā)生率顯著低于標(biāo)準(zhǔn)配方粉組（1%vs 9%），并且退熱藥使用率較低（25%vs 43%）[38]，中耳炎的發(fā)生率減少可能與黏膜炎莫拉氏菌的減少有關(guān)[39]。在秘魯?shù)囊豁?xiàng)研究中，給予6～11月齡主要為母乳喂養(yǎng)的健康嬰兒富含MFGM的蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑持續(xù)6個(gè)月，減少了腹瀉的縱向流行率和血性腹瀉的發(fā)生率[40]。

43乳脂球膜蛋白與腸道微生物

MFGM蛋白對(duì)于腸道菌群影響的研究還相對(duì)較少。研究發(fā)現(xiàn)，MFGM的糖蛋白（MUC1，乳黏集素）通過(guò)抑制致病菌干擾腸粘膜病原體識(shí)別或附著的能力，導(dǎo)致病原體與嵌入MFGM內(nèi)的抗微生物組分相互作用[41]。MFGM蛋白質(zhì)組分可以抑制幽門螺桿菌在胃黏膜上的定植。粘蛋白已被證明可抑制常見(jiàn)腸道致病菌的侵襲[42]，這可以部分解釋母乳喂養(yǎng)嬰兒與配方奶喂養(yǎng)嬰兒相比，沙門氏菌感染的風(fēng)險(xiǎn)較低。母乳中的益生菌能夠利用聚糖粘附因子使其能夠與MFGM表面的粘蛋白結(jié)合，從乳腺傳遞到嬰兒結(jié)腸，提示MFGM可能是益生菌載體[41]。嬰兒早期腸道菌群的定植受羊水及胎盤的菌群、分娩方式、母乳喂養(yǎng)等因素影響。MFGM蛋白可能是母乳喂養(yǎng)嬰兒腸道菌群定植過(guò)程中很重要的一個(gè)中間因素。

44乳脂球膜蛋白與抗癌

牛MFGM的一種分離蛋白脂肪酸結(jié)合蛋白（FABP）在體外極低濃度下抑制一些乳腺癌細(xì)胞系的生長(zhǎng)[4344]。一組法國(guó)研究人員使用親和色譜法檢測(cè)了人和牛MFGM提取物中的BRCA1和BRCA2[45]。BRCA2蛋白以及BRCA1蛋白參與DNA修復(fù)過(guò)程，盡管BRAC2具有作為胞質(zhì)分裂的直接調(diào)節(jié)劑之一的額外功能[46]。FABP 肽可以抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，BRAC1肽可以抑制腫瘤的生長(zhǎng)。對(duì)此，Spitsberg做了這樣的假設(shè)：在消耗MFGM片段后，可以釋放一定數(shù)量的抑制性肽并隨后在消化道中被吸收。被吸收的肽將進(jìn)入血流，并且在到達(dá)器官或組織后，它們可以對(duì)經(jīng)歷致癌轉(zhuǎn)化的細(xì)胞發(fā)揮其抑制作用。盡管如此，這一假設(shè)尚未得到進(jìn)一步闡述或測(cè)試。此外，發(fā)現(xiàn)MFGM蛋白質(zhì)的有效成分抑制大腸桿菌 β葡萄糖醛酸酶的活性，預(yù)防大腸癌的發(fā)生。

5展望

隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的提高，人們對(duì)于MFGM蛋白質(zhì)的研究越來(lái)越深入。到目前為止，在人乳中發(fā)現(xiàn)的MFGM蛋白質(zhì)已經(jīng)接近200種，它們?cè)谥|(zhì)和能量的代謝、免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)認(rèn)知、腸菌群和抗癌等多方面發(fā)揮著重要的作用，但是從人乳和牛乳的比較研究上來(lái)看，人乳的MFGM蛋白成分及其作用明顯高于牛乳。因此，將人乳MFGM蛋白質(zhì)添加到牛乳為原料的嬰兒配方粉中，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。未來(lái)可以進(jìn)一步開(kāi)展大樣本嬰幼兒MFGM蛋白質(zhì)的安全性評(píng)價(jià)及其神經(jīng)發(fā)育、調(diào)節(jié)腸道菌群等方面功能的研究?！?/p>

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