Dołącz do czytelników
Brak wyników

Temat numeru , Otwarty dostęp

29 czerwca 2021

NR 39 (Czerwiec 2021)

Laktoferyna – białko, o którym warto wiedzieć i pamiętać zwłaszcza w kontekście SARS-CoV-2

0 96

Laktoferyna (LF) jest składnikiem odżywczym klasycznie występującym w mleku ssaków. Wiąże żelazo i jest po związaniu z różnymi receptorami nabłonka jelitowego przenoszona do komórek, a pomiędzy komórkami do surowicy, żółci i płynu mózgowo-rdzeniowego. Ma ważne i udowodnione właściwości odpornościowe, działając m.in. przeciwbakteryjnie, przeciwwirusowo i przeciwgrzybiczo. Istnieją także dowody na to, że może wiązać się i blokować przynajmniej niektóre receptory używane przez koronawirusy i utrudniać wirusowi wniknięcie do komórki docelowej. Szczególne istotnymi spośród nich są proteoglikan siarczanu heparanu (HSPG) i enzym konwertujący angiotensynę 2 (ACE2). Ta właściwość LF skojarzona z innymi działaniami odpornościowymi wskazuje, że może ona zapobiegać ciężkiemu ostremu zespołowi oddechowemu wywoływanemu przez koronawirusa 2 (SARS-CoV-2). LF, zwłaszcza w postaci dojelitowej (powlekanej) z uwagi na zwiększoną biodostępność, może, przynajmniej teoretycznie, wykazać swoją wartość profilaktyczną podczas obecnej pandemii COVID-19.

Ludzka LF jest kationowym białkiem glikozylowanym, składającym się z 691 aminokwasów [1] zwiniętych w dwie globularne podjednostki o masie łącznej 80 kD [2], które są połączone α-helisą [3, 4]. Bydlęca LF zawiera 689 aminokwasów [5]. LF odkryto po raz pierwszy i wyizolowano z mleka krowiego w 1939 roku [6] i jest ona członkiem rodziny transferryn (60% aminokwasów wykazuje identyczność sekwencji z transferryną surowicy) [3]. LF i transferryna mają podobny skład aminokwasów, struktury drugorzędowe (w tym ich wiązania dwusiarczkowe) i struktury trzeciorzędowe, chociaż różnią się pod względem funkcji biologicznych [3, 7, 8].

POLECAMY

Kiedy cząsteczka LF jest bogata w żelazo, nazywana jest hololaktoferyną, a gdy jest wolna od żelaza – apolaktoferyną [9]. Ludzka LF i bydlęca LF mają wysokie podobieństwo sekwencji aminokwasowej i bardzo podobne działanie przeciwbakteryjne, przeciwgrzybicze, przeciwwirusowe, przeciwpasożytnicze, przeciwzapalne i immunomodulujące [10, 11, 12].

To podobieństwo sprawia, że częściej, jak na razie, stosuje się formę bydlęcą niż rekombinowaną postać ludzką LF. LF bydlęca została poza tym uznana przez FDA (Food and Drug Administration) za bezpieczną („Generally Recognized As Safe”) i dostępna jest w dużych ilościach komercyjnie [10]. Ze względu na swe podobieństwo strukturalne do transferryny, która jest głównym białkiem transportującym żelazo w surowicy [13, 14], LF też wykazuje zdolność wiązania żelaza [15, 16] i może chelatować dwa atomy żelazowe (Fe3+) [17]. Każda z podjednostek LF wiąże jeden atom żelaza (III); jej ważną cechą jest to, że nie uwalnia żelaza, nawet przy pH 3,5. Ta niezwykle ważna właściwość LF pozwala na sekwestrację żelaza także w zakażonych tkankach, gdzie pH jest z reguły kwaśne [18]. Właściwość ta ogranicza dostępność żelaza niezbędnego dla życia wielu drobnoustrojów [18]. 

Po uwolnieniu z neutrofili LF odgrywa ważną rolę w mechanizmach obronnych gospodarza. LF wzmacnia również komórki NK w ich czynności odpornościowej i może podczas infekcji ograniczać wejście wirusów do komórek gospodarza. 

Receptory błonowe dla laktoferyny 

Uważa się, że główna aktywność biologiczna LF związana jest z jej interakcją z receptorami na komórkach docelowych. Jest ich wiele, a niektóre z nich określa się wręcz mianem receptora laktoferynowego. Zostały wykryte w wielu tkankach i typach komórek, w tym w nabłonku jelitowym i limfocytach [19, 20]. Receptory wiążące LF obejmują CD14 [21], białko 1 związane z receptorem LDL (LRP-1/CD91) [22, 23, 24], intelektyna-1 (omentin-1) [25], receptor toll-like 2 i 4 (TLR4) [26] i receptor cytokinowy 4 (CXCR4) [27]. Co ważne, LF wiąże się również z proteoglikanami siarczanu heparanu (HSPG), czyli powierzchniowymi i pozakomórkowymi makrocząsteczkami macierzy [28, 29, 30, 31].

Transport laktoferyny

Laktoferyna jako białko jest o wiele za duża, aby sama mogła przeniknąć barierę śluzówkową i dlatego przechodzi z żołądka przez komórki nabłonkowe i do krwi za pomocą endocytozy [32, 33], zwłaszcza przez kępki Peyera [34], dużo łatwiej, gdy jest zawieszona w liposomach [35, 36, 37]. Transport z przewodu pokarmowego odbywa się głównie drogą krążenia limfatycznego, a nie wrotnego [38, 39]. LF może być także dalej przenoszona do OUN i przenikać przez barierę krew-mózg [22, 40] do PMR [40, 41]. 

Laktoferyna a neutrofile

Po uwolnieniu z neutrofili LF odgrywa ważną rolę w mechanizmach obronnych gospodarza [17]. LF wzmacnia również komórki NK w ich czynności odpornościowej [42] i może podczas infekcji ograniczać wejście wirusów do komórek gospodarza. Aktywowane neutrofile uwalniają dodatkowo poza LF również włókna chromatynowe, zwane neutrofilowymi pułapkami pozakomórkowymi (NET), które chwytają i zabijają między innymi bakterie [1, 43]. NET wpływają modulująco zarówno na ostre, jak i przewlekłe zapalenie [44, 45].

Co ciekawe, 106 ludzkich neutrofili może uwalniać 15 μg LF [46]. Oprócz DNA i histonów, włókna NET zawierają białka pozajądrowe i białka, takie jak elastaza, mieloperoksydaza (MPO) i LF [47]. 

LF może również służyć jako wewnętrzny inhibitor uwalniania NET do krążenia i dlatego może odgrywać kluczową rolę w sterowaniu uwalnianiem NET [1]. 

Laktoferyna jest bezpiecznym suplementem diety (mimo że laktoferyna bydlęca należy do silnie uczulającej grupy białek serwatkowych wykazano, że ma raczej działanie przeciwalergiczne niż alergizujące). Posiada certyfikat FDA – GRAS (Generally Recognized As Safe) i m.in. dlatego może być bezpiecznie stosowana w NZJ. 

Laktoferyna a bakterie

Zdolność do wiązania żelaza odpowiada za zdolność LF do zwalczania całego szeregu bakterii chorobotwórczych, którym do życia potrzebne jest właśnie żelazo (Streptococcus mutans, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus salivarius, Streptococcus mitis, Vibrio cholerae, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella newport, Shigella sonnei, Staphylococcus aureus, Legionella pneumophila) [48]. Niektóre jednak patogeny Gram-ujemne, w tym Neisseria i Moraxella rozwinęły systemy, które mogą ekstrahować żelazo z LF i transferryny [49]. N. meningitidis jest główną przyczyną ZOMR u dzieci. Podczas gdy większość bakterii chorobotwórczych wykorzystuje siderofory do chelatowania i wychwytywania żelaza bezpośrednio z otoczenia [50], Neisseria wykształciła szereg transporterów białkowych, które bezpośrednio porywają żelazo sekwestrowane w transferrynie, laktoferynie i hemoglobinie gospodarza [51]. System składa się z transportera związanego z błoną, który wydobywa i transportuje żelazo przez błonę zewnętrzną (TbpA dla transferryny i LbpA dla laktoferyny) oraz lipoproteinę, która dostarcza do transportera laktoferynę/transferrynę obciążoną żelazem (TbpB dla transferryny i LbpB dla laktoferyny) [49]. W tych zakażeniach ochronna rola LF jest zdecydowanie mniejsza. Dodatkowym czynnikiem przeciwbakteryjnym jest uwalniana z LF pod wpływem działania enzymów trawiennych przewodu pokarmowego bakteriobójcza laktoferrycyna [1].

Laktoferyna a grzyby

W piśmiennictwie opisywane są również właściwości przeciwgrzybicze laktoferyny. Domniemanym mechanizmem działania LF na grzyby jest interakcja ze ścianami komórkowymi grzybów i destabilizacja zewnętrznej ściany powodująca wzrost przepuszczalności błony. Dodatnio naładowany N-końcowy łańcuch białka może oddziaływać z ujemnie naładowaną ścianą komórkową grzybów. Udowodniono, że połączenie flukonazolu (leku przeciwgrzybiczego) z LF daje synergiczny efekt wzmacniający działanie hamujące wzrost Candida spp. oraz Candida albicans (szczep oporny na flukanazol) [52, 53, 54].

Laktoferyna a wirusy

Laktoferyna chroni przed infekcjami wirusowymi, blokując receptory, których rolę pełnią najczęściej glikozoaminoglikany. LF poprzez wiązanie się do tych receptorów utrudnia wirusom wniknięcie do wnętrza komórki, czym hamuje postęp zakażenia [55]. LF ma silne działanie przeciwwirusowe przeciwko szerokiemu spektrum zarówno otoczkowych, jak i bezotoczkowych wirusów DNA i RNA [56, 57,  58, 59]. LF hamuje również wnikanie cząstek wirusa do komórek gospodarza poprzez bezpośrednie wiązanie do cząsteczek wirusa lub blokowanie ich receptorów komórkowych [57]. Dotyczy to m.in. takich wirusów jak wirus opryszczki pospolitej [60], brodawczaka ludzkiego [61], ludzki wirus niedoboru odporności (HIV) [62] i rotawirus [63]. 

Laktoferyna ma korzyści immunologiczne, a także ma silne właściwości przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe i przeciwgrzybicze. Wiemy, że LF może zakłócać działanie niektórych receptorów wykorzystywanych przez koronawirusy i inne wirusy. 

Laktoferyna a COVID-19

COVID-19 jest ciężkim ostrym zespołem oddechowym wywołanym przez koronawirusa 2 (SARS-CoV-2). U wielu pacjentów z COVID-19 rozwija się zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS), który prowadzi do zapalenia i obrzęku płuc oraz niewydolności oddechowej, a także uszkadzać może wątrobę, serce i nerki. Te objawy są związane z burzą cytokinową [64, 65] objawiającą się podwyższonym stężeniem w surowicy takich interleukin (IL), jak: IL-1b, IL-2, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-17 oraz czynnika stymulującego granulocyty (G-CSF), czynnika stymulującego kolnie granulocytów i makrofagów (GM-CSF), interferonu (IFN), czynnika martwicy nowotworów (TNF-α), białka 10 (IP10) indukowanego interferonem gamma, białka chemotaktycznego dla monocytów-1 (MCP1), makrofagowego białka zapalnego 1 (MIP1) A i MIP1B [66]. IL-22 we współpracy z IL-17 i TNF-α indukuje peptydy przeciwbakteryjne na śluzówkach. IL-22 zwiększa również aktywność mucyn, fibrynogenu, białka przeciw apoptotycznego, amyloidu A w surowicy i białka wiążącego LPS [67];

w związku z tym IL-22 może przyczyniać się do rozwoju obrzęku zagrażającego życiu ze wzrostem mucyn i fibryny [68] obserwowanych u pacjentów z SARS-CoV-22 i SARS-CoV [66]. Szczep SARS-CoV 2003, który również powoduje ostry zespół oddechowy, przyczepia się do komórek gospodarza poprzez receptor gospodarza ACE2 [69]. Ten receptor białkowy typu I jest integralnie związany z nabłonkiem oddechowym, jest w nim bogato reprezentowany i wykazuje duże powinowactwo do wielu wirusów pneumotropowych [70]. Podczas zakażenia SARS-CoV-2 wirus ten wnika do komórek gospodarza przez receptor ACE2 [71]. ACE2 ulega silnej ekspresji w nabłonku oddechowym, enterocytach jelita cienkiego i rąbku szczoteczkowym komórek proksymalnych cewek nerkowych [56]. HSPG są również jednym z wstępnych miejsc dokowania SARS-CoV-2 do powierzchni komórki gospodarza i odgrywają ważną rolę w tym procesie [56]. Choć jeszcze nie wiadomo, czy LF wiąże się z ACE2, ale wiąże się na pewno z HSPG [56]. Czy SARS-CoV-2 również dostaje się do komórek gospodarza przez HPSG (heparan sulfate proteoglycan) w ten sam sposób, co niewątpliwie robi (2003) SARS-CoV, wymaga dalszych badań.

Szczególnie interesujące w kontekście interakcji między SARS-CoV-2 a gospodarzem są płytki krwi. Opisana wyżej burza cytokinowa w istotny sposób wpływa na płytki krwi, gdyż płytki posiadają bardzo wiele receptorów dla cytokin zapalnych [72]. Krążące cytokiny wpływają na obniżenie liczby płytek i sprzyjają nadkrzepliwości. Trombocytopenia wiąże się z większym ryzykiem ciężkiego przebiegu choroby i zwiększonej śmiertelności obserwowanej zwłaszcza u chorych wymagających hospitalizacji [73, 74]. U chorych na COVID-19 opisywano i opisuje się zwiększoną tendencję do zatorowości płucnej [75]. 

Wydaje się, że w COVID-19 LF pełnić może nie tylko rolę czynnika sekwestrującego żelazo, antycytokinowego, ale także w istotny sposób zmniejszać zdolność przylegania wirusa do nabłonków bogatych w ACE2 dzięki wiązaniu się z receptorami HSPG i pośrednio blokowaniu dostępu wirusa do ACE2 [76]. Proponowane mechanizmy działania ochronnego laktoferyny w zakażeniu SARS-CoV-2 ilustruje rycina 1.

Ryc. 1. Proponowane mechanizmy działania ochronnego laktoferyny w zakażeniu SARS-CoV-2

Zastosowania LF

Obecnie na rynku znajdują się preparaty LF pochodzenia naturalnego, głównie LF bydlęcej oraz LF ludzkiej z pokarmu kobiecego (źródło ze zrozumiałych względów raczej skąpe, ale niezwykle bogate: siara > 600 mg/100 ml; mleko dojrzałe 140 mg/100 ml (400–1200 mg/l) oraz rekombinowanej LF ludzkiej wytwarzanej przez tzw. organizmy transgeniczne (np. krowy, kozy, pomidory, ryż, drożdże czy grzyby pleśniowe) – jak na razie stosowana jest głównie w badaniach doświadczalnych/laboratoryjnych.

Jak dotąd LF znajduje zastosowanie w profilaktyce zakażeń bakteryjnych, wirusowych i grzybiczych, w Japonii dodawana jest do mlek modyfikowanych przeznaczonych dla niemowląt i wydaje się, że ze względu na swoje właściwości mogłaby być zastosowana jako terapia dodatkowa w NZJ. Z punktu widzenia chorych na NZJ korzystnymi właściwościami LF są: spadek uwalniania czynników prozapalnych jak TNF-alfa, interleukina IL-1β i IL-6 oraz wzrost uwalniania przeciwzapalnej IL-10, a poza tym pobudzający wpływ na korzystną mikrobiotę jelitową, działanie przeciwbakteryjne oraz pobudzający wpływ na regeneracje nabłonka jelitowego. 

Co bardzo ważne, jest to suplement diety bezpieczny (mimo że laktoferyna bydlęca należy do grupy białek serwatkowych, czyli silnie uczulających, to wykazano, że ma raczej działanie przeciwalergiczne niż alergizujące). Laktoferyna posiada certyfikat FDA – GRAS (Generally Recognized As Safe) i m.in. dlatego może być bezpiecznie stosowana w NZJ. Być może badania kliniczne dostarczą dowodów na jej korzystny wpływ w tych schorzeniach.

Posumowanie

Laktoferyna ma niewątpliwie korzyści immunologiczne, a także ma silne właściwości przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe i przeciwgrzybicze. Wiemy, że LF może zakłócać działanie niektórych receptorów wykorzystywanych przez koronawirusy i inne wirusy, może się zatem pożytecznie przyczynić do zapobiegania i leczenia zakażenia koronawirusem (co oczywiście wymaga dalszych badań). Wiązanie LF do HSPG zapobiega pierwszemu kontaktowi między wirusem a komórkami gospodarza, a tym samym zapobiega późniejszej infekcji. LF wzmacnia poza tym aktywność naturalnych komórek zabójców (K) i stymuluje agregację i adhezję neutrofili, co ma udowodnione znaczenie w odpowiedzi odpornościowej i może ograniczyć wnikanie wirusa do komórek gospodarza. 

 

 

PIŚMIENNICTWO

  1. Anderson B.F., Baker H.M., Norris G.E., Rumball S.V., Baker E.N. Apolactoferrin structure demonstrates ligand-induced conformational change in transferrins. Nature. 1990;344:784–7. 
  2. Vogel H.J. Lactoferrin, a bird’s eye view. Biochem Cell Biol. (2012) 90:233–44.
  3. Karav S., German J.B., Rouquié C., Le Parc A., Barile D. Studying lactoferrin N-glycosylation. Int J Mol Sci. 2017;18:E870. doi: 10.3390/ijms18040870.
  4. Karav S. Selective deglycosylation of lactoferrin to understand glycans’ contribution to antimicrobial activity of lactoferrin. Cell Mol Biol. 2018;64:52–7. 
  5. Moore S.A., Anderson B.F., Groom C.R., Haridas M., Baker E.N. Three dimensional structure of diferric bovine lactoferrin at 2.8 A resolution. J Mol Biol. 1997;274:222–36. 
  6. Sorensen M., Sorensen S. Compte Rendu des Travaux du Laboratoire de Carlsberg. Copenhague: The Proteins inWhey, Hagerup in Komm (1939).
  7. Querinjean P., Masson P.L., Heremans J.F. Molecular weight, single-chain structure and amino acid composition of human lactoferrin. Eur J Biochem. 1971;20:420–5. 
  8. Bluard-Deconinck J.M., Masson P.L., Osinski P.A., Heremans J.F. Amino acid sequence of cysteic peptides of lactoferrin and demonstration of similarities between lactoferrin and transferrin. Biochim Biophys Acta. 1974;365:311–7.
  9. Jameson G.B., Anderson B.F., Norris G.E., Thomas D.H., Baker E.N. Structure of human apolactoferrin at 2.0 A resolution. Refinement and analysis of ligand-induced conformational change. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 1998;54:1319–35. 
  10. Rosa L., Cutone A., Lepanto M.S., Paesano R., Valenti P. Lactoferrin: a natural glycoprotein involved in iron and inflammatory homeostasis. Int J Mol Sci. 2017;18:1985. doi: 10.3390/ijms18091985.
  11. Teraguchi S.,Wakabayashi H., Kuwata H., et al. Protection against infections by oral lactoferrin: evaluation in animal models. Biometals. 2004;17:231–4. 
  12. Togawa J., Nagase H., Tanaka K., et al. Lactoferrin reduces colitis in rats via modulation of the immune system and correction of cytokine imbalance. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 002;283:G187–95. 
  13. Ashall L., Horton C.A., Nelson D.E., et al. Pulsatile stimulation determines timing and specificity of NF-kappaB-dependent transcription. Science. 2009;324:242–6.
  14. Anderberg R.J., Meek R.L., Hudkins KL, et al. Serum amyloid A and inflammation in diabetic kidney disease and podocytes. Lab Invest. 2015;95:250–62. 
  15. Brock J.H. The physiology of lactoferrin. Biochem Cell Biol. 2002;80:1–6.
  16. Brock J.H. Lactoferrin−50 years on. Bio...

Artykuł jest dostępny w całości tylko dla zalogowanych użytkowników.

Jak uzyskać dostęp? Wystarczy, że założysz bezpłatne konto lub zalogujesz się.
Czeka na Ciebie pakiet inspirujących materiałow pokazowych.
Załóż bezpłatne konto Zaloguj się

Przypisy

    Piotr Albrecht

    prof. dr hab. n. med.; specjalista z pediatrii, gastroenterologii i gastroenterologii dziecięcej. Klinika Gastroenterologii i Żywienia Dzieci WUM.

    Autor ponad 197 publikacji, IF >55; liczba cytowań z bazy Scopus – 391 bez autocytowań; h index = 10. Ponad 16 tysięcy endoskopii górnego i dolnego odcinka przewodu pokarmowego z polipektomiami, rozszerzaniem przełyku i usuwaniem różnorodnych ciał obcych z żołądka i przełyku. Popularyzator nauki i wiedzy: redaktor naukowy podręcznika: Gastroenterologia Dziecięca – Przewodnik lekarza praktyka – Czelej 2014 oraz tłumaczenia z języka niemieckiego podręcznika: S. Illing, S. Spranger, „Pediatria – Poradnik kliniczny”. Urban&Partner, Wrocław 2001; 16 lat współpracy z miesięcznikiem „Dziecko” – konsultacje, własna dwustronicowa rubryka odpowiedzi na pytania rodziców; autor rozdziału: „Pierwsza pomoc”, w wydawnictwie pt. Rower, Pascal, 2004; autor książek: Albrecht P, Niecikowska O. „Rodzice pytają, pediatra odpowiada”. Prószyński i S-ka, 2000, Warszawa; Szajewska H, Albrecht P. „Jak żywić niemowlęta i małe dzieci”. PZWL – ostatnie wydanie 2009. Redaktor naczelny czasopisma „Pediatria Współczesna – Gastroenterologia, Hepatologia i Żywienie Dziecka”, redaktor prowadzący „Forum Pediatrii Praktycznej”. Członek Zarządu Głównego PTP, konsultant wojewódzki – gastroenterologia dziecięca. Zainteresowania: narciarstwo, kajakarstwo, muzyka, ogrodnictwo, majsterkowanie.