乳鐵蛋白與骨質(zhì)疏松癥

1、乳鐵蛋白與骨質(zhì)疏松癥天然產(chǎn)物研究與開發(fā)NatProdResDev,2007,19:566-568,507文章編號(hào):1001-6880(2007)Suppl-0566-04乳鐵蛋白與骨質(zhì)疏松癥康萍,印遇龍h中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長沙4101252中國科學(xué)院研究生院,北京100049摘要:本文主要闡述T?L鐵蛋白對(duì)造骨細(xì)胞,破骨細(xì)胞及半胱氨酸蛋白酶的作用,由于其對(duì)造骨細(xì)胞有促進(jìn)作用及對(duì)破骨細(xì)胞和半胱氨酸蛋白酶(如K,L)的抑制作用,因此乳鐵蛋白是治療骨質(zhì)疏松癥的一種潛在的治療手段.關(guān)鍵詞:乳鐵蛋白;骨質(zhì)疏松癥中圖分類號(hào):R285文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ALactoferrinandOsteoporo

2、sisKANGPing._.YINYu.1ongInstituteofSubtropicalAgriculture,theChineseAcademyofScience,Changsha410125,China;GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beiing100049,ChinaAbstract:Thisarticlemainlytalkabouttheeffectoflactoferrinontheosteoblasts,oteoclastsandeaspase,becauseitcansimulatetheosteoblastsan

3、dinhibittheosteoclastsandeaspase,thus,itisprobablyapotentialmedicinefortherapyosteoporosis.一Keywords:laetoferrin;osteoporosis骨質(zhì)疏松癥(Osteoporosis,OP)是一種骨量減少,骨組織微結(jié)構(gòu)破壞,骨強(qiáng)度降低,骨脆性增加而易骨折的全身性疾病.在老年人中,骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率較高,目前對(duì)其的治療作用也僅限于恢復(fù)骨的質(zhì)量,且在最好的情況下,能將由其引起的骨折發(fā)生率降到50%-1J.骨的生長受許多激素和生長因子的調(diào)控,而其形成是由成骨細(xì)胞,破骨細(xì)胞及骨吸收細(xì)胞等相互復(fù)雜作用

4、的結(jié)果.目前在骨吸收抑制方面的治療用藥有雌激素,降鈣素,雙膦酸鹽類等,在促進(jìn)骨形成方面的治療用藥有維生素D及其活性代謝物,氟化物,甲狀旁腺激素,他汀類藥物,鍶鹽及中藥等,但乳鐵蛋白對(duì)其的治療作用國內(nèi)還未見報(bào)道.Cornish(2004)通過體內(nèi)和體外試驗(yàn)表明乳鐵蛋白不論在骨的生長期還是成熟期都對(duì)骨的生長有促進(jìn)作用,進(jìn)而認(rèn)為乳鐵蛋白是治療骨質(zhì)疏松癥的一種潛在的治療手段.1乳鐵蛋白的分子結(jié)構(gòu)乳鐵蛋白(Lactoferrin,LF)1960年首先由Groves收稿13期:2007-0413接受13期:2007-06-20基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(3C/0C581)通訊作者Te1:86-731-46

5、19706;Emall:yyulonghotmail.corn從牛乳中分離獲得.因與鐵結(jié)合而呈紅色,故稱之為紅蛋白.乳鐵蛋白在人類初乳中含量最高,牛乳中的含量比人乳中少得多,狗乳中則不含.此外,它還廣泛存在于乳汁,唾液,淚液等外分泌液或血漿和中性粒細(xì)胞中.LF是一種具有多種生物學(xué)功能的蛋白質(zhì),它不僅參與鐵的轉(zhuǎn)運(yùn),而且具有殺菌,抗氧化,抗癌,調(diào)節(jié)免疫等許多特殊的生理生化功能.LF是由轉(zhuǎn)鐵蛋白(Transferrin)演變而來的,分子量約為80kD的鐵結(jié)合性糖蛋白,其多肽鏈上結(jié)合有兩條糖鏈,其組成包括甘露糖,半乳糖,N一乙酰半乳糖胺,唾液酸及巖藻酸等.人和牛LF的一級(jí)結(jié)構(gòu)具有高度的相似性,二者同源

6、性高達(dá)69%.LF的二級(jí)結(jié)構(gòu)是由一螺旋和一折疊交替排列組成.Grossmann(1992)發(fā)現(xiàn)人LF的立體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)同源的葉N葉和c葉(兩者各占一半),其中N葉由l一333個(gè)氨基酸殘基組成,C葉由335692個(gè)氨基酸殘基組成,兩者在334344處由三個(gè)一螺旋連接,每個(gè)葉又包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)域,每個(gè)結(jié)構(gòu)域在其域間裂隙的內(nèi)表面有一個(gè)鐵離子(Fe)結(jié)合位點(diǎn),每個(gè)Fe又與四個(gè)蛋白質(zhì)配體,即兩個(gè)酪氨酸,一個(gè)精氨酸和一個(gè)組氨酸,以及一個(gè)陰離子(在體內(nèi)通常是碳酸鹽)配位,每個(gè)LF可以結(jié)合兩個(gè)Fe和兩康萍等:乳鐵蛋白與骨質(zhì)疏松癥567個(gè)co2_3.2乳鐵蛋白對(duì)造骨細(xì)胞的影響Cornish等(2004)在體外試驗(yàn)中

7、已經(jīng)表明,乳鐵蛋白可刺激骨形成細(xì)胞及造骨細(xì)胞的有絲分裂,分化及存活,此外,在小鼠頭顱的局部注射乳鐵蛋白可增加體內(nèi)新的骨細(xì)胞的形成;此外,結(jié)合經(jīng)原始或細(xì)胞系培養(yǎng)的人類或鼠的造骨細(xì)胞樣細(xì)胞,還發(fā)現(xiàn)在生理濃度條件下(1100ixg/mL),乳鐵蛋白會(huì)產(chǎn)生依賴其劑量而增加的大量胸苷,并且最高的產(chǎn)生量超過對(duì)照組的5倍;乳鐵蛋白增加了造骨細(xì)胞的分化,使造骨細(xì)胞的死亡減少了50%一70%,同樣的,乳鐵蛋白還促進(jìn)原始的軟骨細(xì)胞的分化.在鼠骨髓細(xì)胞的培養(yǎng)中,破骨細(xì)胞的數(shù)量依乳鐵蛋白劑量的增加而減小,并在100Ixg/mL的濃度下可被乳鐵蛋白完全捕獲,此過程伴隨著細(xì)胞核因子KB配體的受體激活因子表達(dá)量的減少.此外

8、通過給成年鼠的頭顱連續(xù)注射5天的乳鐵蛋白.應(yīng)用熒光標(biāo)記表明,4mg的乳鐵蛋白就可使新骨細(xì)胞的形成增加4倍引.Cornish(2004)已經(jīng)表明牛和人類的乳鐵蛋白是骨組織生長中的合成因子.在體外,乳鐵蛋白(其生理濃度在0.1Ixg/mL以上)刺激了骨形成細(xì)胞,軟骨細(xì)胞和造骨細(xì)胞的分化,并且這樣大的影響力超過了其它對(duì)骨生長的影響因素,如IGF一1和TGF-/3等J.乳鐵蛋白也是一種有效的造骨細(xì)胞存活因子.在對(duì)TUNEL和DNA的序列分析中,表明乳鐵蛋白減少了70%以上造骨細(xì)胞的死亡.在體內(nèi),給成年鼠局部注射乳鐵蛋白可導(dǎo)致頭顱骨骼的生長,且在僅注射5次情況下,就顯著增加了骨面積.在100Ixg/mL

9、的濃度下,乳鐵蛋白可顯著增加骨結(jié)節(jié)形成的數(shù)量和面積.乳鐵蛋白可促進(jìn)骨質(zhì)的沉積和骨的礦物化.且鐵的飽和度似乎對(duì)成骨質(zhì)的行為無明顯影響.Lorget(2002)已經(jīng)表明,在兔的混合骨細(xì)胞的培養(yǎng)中,牛乳鐵蛋白能降低骨吸收的活性引.目前乳鐵蛋白的受體有低密度脂蛋白受體結(jié)合蛋白LRP1和LRP2【6圳,他們是吞噬受體LRP家族的多配體成員.最近的研究表明LRP1同時(shí)兼有信號(hào)受體和吞噬受體的功能1】.Cornish等(2005)報(bào)道乳鐵蛋白對(duì)造骨細(xì)胞樣細(xì)胞的有絲分裂的刺激是通過LRP1介導(dǎo)的,并應(yīng)用激光共焦點(diǎn)掃描顯微鏡,發(fā)現(xiàn)乳鐵蛋白似乎被原始的造骨細(xì)胞所吞噬.然而.LRP1的吞噬和信號(hào)功能是相互獨(dú)立的,因

10、為乳鐵蛋白能在吞噬作用被抑制的情況下激活有絲分裂的信號(hào)引.3乳鐵蛋白對(duì)破骨細(xì)胞的影響Cornish(2004)報(bào)道乳鐵蛋白可劑量依賴性的降低破骨細(xì)胞的形成,此外,乳鐵蛋白對(duì)破骨細(xì)胞有重大影響,當(dāng)乳鐵蛋白的濃度在鼠骨髓培養(yǎng)系統(tǒng)中大于1Ixg/mL時(shí),就會(huì)降低破骨細(xì)胞的增殖.然而.在頭顱組織的培養(yǎng)中,乳鐵蛋白沒有改變這種作用.表明乳鐵蛋白并不影響成熟破骨細(xì)胞的作用引.4乳鐵蛋白對(duì)半胱氨酸蛋白酶的抑制作用半胱氨酸蛋白酶是廣泛存在于植物,細(xì)菌,病毒,原生動(dòng)物和哺乳動(dòng)物組織中的一類重要蛋白酶,人體中的半胱氨酸蛋白酶主要包括組織蛋白酶B,c,K,H,L和s等,以及屬于鈣離子激活神經(jīng)蛋白酶家族的I型和II型

11、鈣離子激活神經(jīng)蛋白酶.近年來發(fā)現(xiàn)組織蛋白酶K,L是破骨細(xì)胞中高度表達(dá)的酶,其主要在破骨細(xì)胞中選擇性,特異性地表達(dá),參與骨質(zhì)的再吸收代謝(骨吸收)調(diào)節(jié),從而與骨質(zhì)疏松癥等骨質(zhì)減少性疾病有關(guān)J.有研究報(bào)道,在半胱氨酸蛋白酶中,主要是組織蛋白酶B,N,L和S能通過降解骨膠原參與骨的吸收過程J.Gowen等(1999)通過免疫組化發(fā)現(xiàn),正常關(guān)節(jié)中骨與軟骨交界處破骨細(xì)胞的胞內(nèi)半胱氨酸蛋白酶K,B特別豐富,說明其明顯參與鈣化軟骨吸收和軟骨內(nèi)進(jìn)一步鈣化引.研究表明組織蛋白酶K,L主要是通過調(diào)節(jié)骨纖維膠質(zhì)降解促進(jìn)骨吸收ll引.骨吸收主要由破骨細(xì)胞調(diào)節(jié),破骨細(xì)胞分泌的組織蛋白酶K,L的前體蛋白在骨吸收腔隙中被激

12、活,參與骨質(zhì)的代謝.骨質(zhì)中的細(xì)胞外有機(jī)物質(zhì)主要是I和II型纖維膠質(zhì),其中I型膠質(zhì)約占90%,骨吸收過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是纖維膠質(zhì)的分解代謝,研究發(fā)現(xiàn)組織蛋白酶K通過作用于I和II型纖維膠質(zhì)的N端三股螺旋處而降解骨纖維膠質(zhì)J.Ohashi等(2003)發(fā)現(xiàn)乳鐵蛋白對(duì)半胱氨酸蛋白酶有強(qiáng)烈的抑制作用.尤其對(duì)半胱氨酸蛋白酶L的抑制作用最強(qiáng),并且這種抑制作用是非競爭性的l2.研究表明,乳鐵蛋白C末端的17個(gè)堿基序列與半胱氨酸蛋白酶抑制劑通常的活性部位有60%的一致性和90%的同源性l23J.568天然產(chǎn)物研究與開發(fā)V01.19因此,乳鐵蛋白被認(rèn)為是半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族中的一員.在1OM水平下,乳鐵蛋

13、白可完全抑制木瓜蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶L,在1O.M水平抑制半胱氨酸蛋白酶B和S,但蛋白酶C除外.不論有沒有Fe離子,乳鐵蛋白都對(duì)這些半胱氨酸蛋白酶有相同的抑制作用,因此乳鐵蛋白具有鐵載體與半胱氨酸蛋白酶抑制劑雙重作用,從而可能通過抑制半胱氨酸蛋白酶而間接影響骨的生長.5展望綜合起來,這些數(shù)據(jù)說明乳鐵蛋白在體內(nèi)可促進(jìn)骨的合成,原因在于其促進(jìn)造骨細(xì)胞的分化與抑制死亡及對(duì)破骨細(xì)胞和半胱氨酸蛋白酶(如K,L)的抑制作用.因此可以斷定乳鐵蛋白對(duì)骨的生長有生理作用,可作為潛在的治療骨質(zhì)疏松癥的藥物,但國內(nèi)目前對(duì)乳鐵蛋白的生產(chǎn)還處于空白,因此限制了其的應(yīng)用.參考文獻(xiàn)1CranneyA,GuyaG,Grif

14、fithL,eta/.111eoste0porosismeth-odologygroupandtheosteoporosisresearchadvisorygroup,metaanalysesoftherapiesforpostmenopausalosteoporosis.IX:summaryofmeta-analysesoftherapiesforpostmenopaus-alosteoporesis.EndrineReviews,2002,23:570-578.2CornishJ.Lactoferrinpromotesbonegrowth.Biometa/s,2004.17:331-333

15、.3GrossmannJG,NeuM,PantosE,eta1.X-raysolutionscat-tefingrevealsconformationalchangesuponironuptakeinlactoferrin,serumandOVO-transferrins.JularBiology,1992.225:811-819.4CornishJ,GallonKE,NaotD,eta1.Lactoferrinisapotentregulatorofbonecellactivityandincreasesboneformationinvivo.Endocrinology,2004,145:4

16、366-4374.5LorgetF,CloughJ,OliveiraM,eta1.Lactoferrinreducesinvivoosteoclastdifferentiationandresorbingactivity.Biochem-icaland日ResearchCommunications,2002,296:261-266.6WillnowTE,GoldsteinJL,OrthK,eta1.Lowdensityllpopro-teinreceptor-relatedproteinandgp330bindsimilarligands,includingplasminogenactivat

17、or-inhibitorcomplexesandlact-oferrin.aninhibitorofchylomicronremnantclearance.JBio-icolCtry,1992,267:26172-26180.7MeilingerM,HaumerM,SzakmaryKA,eta1.Removaloflactoferfinfromplasmaismediatedbybindingtolowdensityllpoproteinreceptor-relatedprotein/alpha2-macroglobullnreceptorandtransporttoendosomes.FEB

18、SLetters,1995,360:7O_74.8JIZS.MahleyRW.LactoferrinbindingtoheparansulfateproteoglycansandtheLDLreceptor-relatedprotein.Furtherevidencesupportingtheimportanceofdirectbindingofrem-nantlipoproteinstoHSPG.ArteriosclerosisandThrombosis,1994,14:2025-2031.9VashB,PhungN,ZeinS,eta1.Threecomplement-typere-pea

19、tsofthelow-densitylipoproteinreceptor-relatedproteindefineacommonbindingsiteforRAP,PAI-landlactoferrin.Blood,1998,92:3277-3285.10StricklandDK,GoniasSL,ArgravesWS.DiverserolesfortheLDLreceptorfamily.TrendsEndocrinologyMetabolism.2002.13:66_74.11He=J,GotthardtM,WillIl0wTE.Cellularsignalingbylipo?prote

20、inreceptors.CurrentOpinionin2Dgy,2000,11:161.166.12UY,CamJ,BuG.Lowdensitylipoproteinreceptorfamily:endocytosisandsignaltransduction.MolecularNeurobiology,2001,23:5367.13CornishJ,GreyAB,NaotD,eta1.Lactoferrinandbone:anoverviewofrecentprogress.AustralianJournalofDairyTechn,2oo5,60:53-57.14BossardMJ,To

21、maszekTA,ThompsonSK,eto2.ProteolytieactivityofhumanosteoclastcathepsinK.Expression,pufifi-cation,activation,andsubstrateidentification.JBiologicalChemistry,1996,271:12517-12524.15KakegavaH,NikavaT,TagamiK,eta/.Participationofca?thepsinLonboneresorption.FEBSLetters,1993,321:247-250.16RoseAM.SandraFW.

22、SusceptibilityoftheCartilageColla-gensTypes.IXandtoDegradationbytheCysteinePro-teinases,CathepsinBandL.FEBSLetters,1990,269:189-193.17CronelisJF,VanN,VincentE.SelectiveInhibitionofCyste-ineProteinases(suchasCathepsinBandL)byZ-Phe-AlaCH2F.Biochemica/andBiophysicalResearchCommunica-tions,1991,178:178-

23、184.18GowenM,LaznerF,DoddsR,eta1.CathepsinKknockoutmicedeveloposteopetrosisduetoadeficitinmatrixdegrada-tionbutnotdeminerallzation.JBoneMineralRes,1999,14:1654.1663.19YamazaT,GotoT,KamiyaT,eta1.StudyofimmunoelectronmicroscopiclocalizationofcathepsinKinosteoclastsandotherboneceUsinthemousefemur.Bone,

24、1998,23:499-509.(下轉(zhuǎn)第507頁)廖森泰等:桑枝總黃酮的提取工藝研究507g與實(shí)測值非常接近,同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了數(shù)學(xué)回歸模型合適性.為實(shí)際操作簡便起見,將優(yōu)化的工藝條件調(diào)整為:溫度80,時(shí)間3.5h,乙醇濃度60%,料液比1:40,經(jīng)驗(yàn)證桑枝總黃酮含量為6.23mg/g,與理論值也非常接近.討陀二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)是將回歸正交設(shè)計(jì)與旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)組合起來的一種方法,它在理論上同時(shí)具有正交.陛和旋轉(zhuǎn)性.該試驗(yàn)布點(diǎn)分散均勻,試驗(yàn)次數(shù)少,消除了回歸系數(shù)的相關(guān)性,可直接找出預(yù)測值相對(duì)較優(yōu)的區(qū)域,克服了多因子,多水平試驗(yàn)的弱點(diǎn),而且一次試驗(yàn)可獲得較多的信息,降低了試驗(yàn)成本,縮短了研究周期.

25、它以回歸方程作為函數(shù)估算的工具,將多因子試驗(yàn)中,因素與試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系用多項(xiàng)式擬合,把因子與試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系函數(shù)化,因此,可對(duì)函數(shù)的面進(jìn)行分析,研究因子與試驗(yàn)結(jié)果之間,因子與因子之間的相互關(guān)系,并進(jìn)行優(yōu)化.它克服了正交試驗(yàn)只能給出最佳因素水平組合,而無法找出整個(gè)區(qū)域上因素的最佳組合和試驗(yàn)結(jié)果的最優(yōu)值的缺陷.目前對(duì)植物中黃酮的提取條件研究多采用正交設(shè)計(jì)法,但正交設(shè)計(jì)只能處理離散的水平值,在實(shí)際應(yīng)用中不免會(huì)有諸多局限性.本研究將二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)應(yīng)用于桑枝總黃酮的提取中,優(yōu)化出其最佳提取溶劑濃度,提取時(shí)間和料液比等條件,為桑枝的藥用開發(fā)打下基礎(chǔ).參考文獻(xiàn)1ChinaPharmacopoeiaCo

26、mmittee(中華人民共和國藥典委員會(huì)).ChinesePharmacopoeia(中華人民共和國藥典).Beijing:ChemicalIndustryPress,2005.210.2NewMedicalCollegeofJiangshu(江蘇新醫(yī)學(xué)院).ADictionaryofChineseTraditionalMedicine(中藥大辭典).Shanghai:ShanghaiScientific&TechnicalPublishers,1900.1996.3LiuMY(劉明月),MuY(牟英),KsF(李善福),et口z.Studyonantiirdlammatoryactivityofthe95%ethanolextractsofRamulmori.JShanxiCollTradChinMed(山西中醫(yī)學(xué)院),2003,4(2):1314.4Jiazs(賈之慎),TangMC(唐孟成),ZhuXR(朱祥瑞).StudyOileffectofscavengingsuperoxidefreeradicalonmulberrrflavonoids.JZhejngagricUn/v(浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)),1996,22:519-523.5LiuSX(劉善瓶),JiaYY(賈元印).S