乳铁蛋白在化妆品中的应用

李 谋，杨小琳，赵金礼

(陕西慧康生物科技有限责任公司，陕西 西安 710054)

乳铁蛋白(Lactoferrin ,Lf)相对分子质量大小约为80kDa，是一种不依赖血红素铁离子结合的铁离子结合糖蛋白，是转铁蛋白(Transferrin,Tf)家族的成员之一。1939年Sorense等首次发现牛乳铁蛋白[1]，1960年Johanson等学者首次从人乳中分离得到人乳铁蛋白[2]，乳汁中含有大量乳铁蛋白，胆汁、唾液、眼泪等外分泌液中也检测到乳铁蛋白存在[3-5]。人乳汁中含有大量的乳铁蛋白，其他哺乳动物亦同，但存在种属差异。人乳铁蛋白是人乳中含量最多的乳清蛋白，其含量高达2～4 mg/mL，初乳中达6～8 mg/mL[6]。研究表明乳铁蛋白具有抗细菌[7]、抗真菌[7]、抗病毒[6]、抗炎[8]、抗氧化[9]、美白[10]、促进铁离子吸收[11]等广泛的生物功能，可应用于功能食品、化妆品、保健品及药品等多种生物制剂的开发，而被研究者广泛关注。

随着经济快速发展，越来越多的人开始注重生活品质的提升，美丽的容颜和不老的肌肤成为爱美人士的重要需求之一。安全、功效显著的生物功能护肤品可满足此类需求，而乳铁蛋白具有丰富的生物学功能被认为是一种极具潜力的化妆品新原料。

1 乳铁蛋白的生物学特征

1.1 乳铁蛋白概述

人乳铁蛋白是转铁蛋白家族成员之一，人乳铁蛋白前体蛋白携带19个氨基酸的信号肽，信号肽可携带乳铁蛋白蛋白分泌至胞外，随后切除信号肽，成熟的人乳铁蛋白由692个氨基酸组成。相对分子质量大小约80kDa，人乳铁蛋白与血清转铁蛋白同源性达60%，二者氨基酸组成相似，二级结构相近，均具有较高的Fe3+铁离子结合能力。

乳铁蛋白由两个同源性极高的叶片状结构域N-叶和C-叶构成，N-叶包含氨基酸1～332，C-叶包含氨基酸344～692，N-叶和C-叶之间由333～343氨基酸组成的α螺旋构成的铰链区连接，N-叶和C-叶均由α螺和β折叠组成，形成二级结构，被相应的分为N1、N2区和C1、C2区[12]，N-叶和C-叶均可结合Fe2+、Fe3+，乳铁蛋白能够可逆性地结合Fe3+离子和1个CO32-离子。也有研究报道乳铁蛋白可结合Cu2+、Zn2+和Mn2+[13]。乳铁蛋白内的Cys可形成分子内二硫键，N-叶和C-叶的Asn与乳铁蛋白的糖基化相关[12]。

1.2 乳铁蛋白热稳定性

热稳定性是活性蛋白重要理化性质之一，直接影响其是否可应用于下游制剂的开发及制剂开发过程中工艺参数的制定。研究发现，乳铁蛋白85℃保温10min，对其抑菌活性无影响，酸性条件下乳铁蛋白的热稳定性良好[15-16]。LUIS等研究发现，72℃保温20s或135℃保温8s几乎不影响乳铁蛋白的铁结合能力[17]。但是，闫序东等的研究表明，乳铁蛋白属于热敏性物质，过强的热处理会降低乳铁蛋白的抗菌活性和铁结合活性，巴氏杀菌对乳铁蛋白结构和抗菌、铁结合活性影响不大[18]。加热处理是否会对乳铁蛋白的其它功能产生影响，尚待研究。

1.3 乳铁蛋白的来源

乳铁蛋白因其具有多种生物学功能，受到各领域学者的广泛关注，如何获得足量的乳铁蛋白以便用于后续制剂的开发及应用是重要的研究课题。目前主要是从乳汁中提取、通过重组表达系统获得乳铁蛋白。

已有研究报道的乳铁蛋白重组表达系统有细菌表达系统、真菌表达系统、转基因植物、转基因动物、动物细胞系表达系统。研究表明使用乳铁蛋白重组表达系统获得高产量的乳铁蛋白是可行的。大肠杆菌表达系统可获得17 mg/L的乳铁蛋白[19]，毕赤酵母表达系统中最高可获得1200 mg/L的乳铁蛋白[20]，CHO细胞系表达系统可获得200 mg/L的乳铁蛋白[21]，转基因羊可获得30000 mg/L的乳铁蛋白[22]。开发更高效的重组表达系统，尤其是具有产业化意义的乳铁蛋白重组表达系统，对满足乳铁蛋白潜在的市场需求具有重要意义。

2 乳铁蛋白的生物学功能

乳铁蛋白广泛存在于外分泌液中，具有丰富的生物学功能，已有研究报道乳铁蛋白具有抗菌、抗病毒、抗炎、抗氧化、促进成骨细胞胶原形成及抑制黑色素形成等功能。

2.1 抗菌

体内外研究表明，乳铁蛋白具有广泛的抑菌能力，被称为体内第一道免疫防御，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌、真菌均有抑制作用，对金色葡萄球菌、李斯特菌及肺炎球菌这些耐药株亦有抑制作用，乳铁蛋白对这些可整合到宿主细胞的流感嗜血杆菌和链球菌也能有效抑制。

目前认为乳铁蛋白的抑菌机理是通过螯合铁离子，竞争性地剥夺细菌生长所需要的铁元素，从而抑制细菌的生长[23]；也有研究报道乳铁蛋白通过与革兰氏阴性菌的脂多糖(LPS)结合，使得LPS从细菌细胞壁中渗漏，导致细菌崩解死亡[24-25]；另有报道乳铁蛋白通过阻止G+性菌和G-性菌与宿主细胞结合，从而发挥抗菌功能[26]。

2.2 抗病毒

研究报道，乳铁蛋白具有广泛的抗病毒活性，其对RNA病毒和DNA病毒均有效[27]，可有效抵御多种病毒感染，如轮状病毒、人免疫缺陷病毒、肠道病毒、腺病毒等。目前乳铁蛋白抗病毒的机理尚不明确，主要的抗病毒机理假设为：乳铁蛋白通过与病毒的粘多糖受体结合，与之结合的受体主要为硫酸肝素，从而阻止病毒和宿主细胞结合，产生抗病毒功能[28-29]。

2.3 抗炎

乳铁蛋白可以结合脂多糖，预防炎症途径激活、败血症及组织损伤，参与机体天然免疫和获得性免疫的调节，是重要的炎症反应调节因子。Sfeir等研究报道，乳铁蛋白可增加IgA的产生，增加血清IgG(2a)抗体和Th1细胞因子的分泌，调节粘膜免疫和T细胞介导的免疫应答[30]，具有降低免疫细胞的活化、迁移和生长的功能。可能与乳铁蛋白的靶标为带负电荷的分子，这些负电分子如促炎的微生物分子、脂多糖、病毒DNA、蛋白聚糖链和表面细胞受体。乳铁蛋白通过与上述受体相互作用，影响免疫细胞活化、分裂和迁移[31]。

2.4 抗氧化

戴亚妮等通过二苯代苦味肼基( DPPH) 自由基抑制率、羟基自由基抑制率、超氧阴离子自由基抑制率、还原能力和抑制大鼠肝脏体外脂质过氧化等试验评价重组人乳铁蛋白和牛乳铁蛋白的体外抗氧化性能，发现重组人乳铁蛋白和牛乳铁蛋白具有抗氧化活性[32]。李婷等采用分光光度法测定乳铁蛋白的脂质过氧化抑制率、羟自由基(·OH)清除率和DPPH自由基清除率，结果表明乳铁蛋白对各种自由基的作用能力由大到小为：脂质过氧化抑制率>·OH清除率>DPPH自由基清除率[33]。提示乳铁蛋白可作为天然抗氧化剂用于化妆品制剂开发。

2.5 促进胶原形成

周泽渊等研究表明，乳铁蛋白可显著促进MC3T3-E1细胞I型胶原蛋白(Col1)mRNA和蛋白的表达，加入ERK1/2通路抑制剂后，Col1显著降低，提示乳铁蛋白可能通过ERK1/2信号通路的传导影响I型胶原蛋白的表达[34]。Yaonan等研究发现50～100 mg/mL的乳铁蛋白在体外实验中可促进胶原蛋白的形成，然而机理尚不明确，有待深入研究[35]。

2.6 抑制黑色素形成

宋薇等的专利中报道牛乳铁蛋白和虾青素联合使用获得了良好的美白效果，然而未提及美白机理[36]。Nanase等研究表明人乳铁蛋白和牛乳铁蛋白抑制黑色素形成的效果相当，该研究团队采用3D皮肤模型对乳铁蛋白美白效果进行研究，结果表明，乳铁蛋白可透过皮肤；乳铁蛋白的美白效果具有剂量效应，可减少黑色素20%；乳铁蛋白通过抑制小眼转录因子(MITF)，在转录水平抑制小眼转录因子mRNA形成，在蛋白水平降解MITF蛋白，降低黑色素形成限速酶-酪氨酸酶的活性，减少黑色素形成的数量实现美白功效[10]。

3 乳铁蛋白在化妆品中的应用

乳铁蛋白因具有广泛的抗菌、抗炎、促进胶原蛋白形成及抑制黑素素形成的作用，可应用于相应功能化妆品的开发。戴亚妮等已经就重组人乳铁蛋白对哺乳动物局部皮肤和眼睛的刺激作用、皮肤的光毒性进行考察，认为重组人乳铁蛋白安全，对皮肤和眼睛均无刺激性且无光毒性[37]。于添等对基因重组乳铁蛋白致畸效应进行考察，表明重组人乳铁蛋白和牛乳铁蛋白为安全物质[38]。乳铁蛋白作为一种安全物质且具有广泛的生物学功能被认为是一种极具潜力的化妆品新原料，可作为多种效成分用于化妆品制剂的开发。

3.1 防腐剂

乳铁蛋白具有广谱的抗G+性菌、G-性菌及真菌、DNA病毒、RNA病毒等致病微生物的功能，且乳铁蛋白为体内天然成分，可作为新型防腐剂用于化妆品制剂的开发。研究表明，乳铁蛋白的抑菌效果和pH值密切相关，在pH值为7.5～8.0 时抑菌效果最佳。HCO32-浓度与乳铁蛋白的抑菌活性成正相关；柠檬酸钠和阳离子浓度与乳铁蛋白的抑菌活性呈负相关。在50 mmol/L 磷酸盐缓冲液中，乳铁蛋白丧失抑菌活性。宋薇等已经将乳铁蛋白作为防腐成分与其它防腐剂配伍应用于化妆品的开发中[36]。但并见到将乳铁蛋白作为化妆品制剂防腐剂的系统研究报告，乳贴蛋白在化妆品制剂开发中的应用浓度及其防腐配伍体系有待深入研究。

3.2 痤疮治疗

Kim等对36名受试者进行研究，受试者饮用含乳铁蛋白200 mg的日剂量的发酵乳制品，发现乳铁蛋白组与对照组比较可显著降低痤疮的等级，痤疮体积显著变小，但乳铁蛋白组和对照组皮肤水合度和PH值无显著差异[39]。Mueller等研究表明，39名受试者每次服用含牛乳铁蛋白100 mg的咀嚼片，每日2次，8周后痤疮程度显著降低[40]。宋薇等的专利报道牛乳铁蛋白制成的化妆品可预防和祛除痤疮。但目前市场上尚未见到乳铁蛋白类化妆品上市销售。鉴于乳铁蛋白具有良好的透皮性和广谱的抗菌、抗炎功效，将乳铁蛋白及其他具有抗菌、抗炎、调节皮脂腺分泌的生物活性分子如重组人溶菌酶、抗菌肽等活性成分组合，可望开发制得具有痤疮治疗功效且安全性高的新一代生物功能化妆品。

3.3 抗衰

胶原蛋白流失、胶原蛋白错误交联是影响皮肤衰老进程的重要因素，文献中报道乳铁蛋白可促进细胞中胶原蛋白的合成，提示乳铁蛋白可开发为抗衰老化妆品制剂，刺激机体合成胶原蛋白来弥补因年龄因素、疾病因素及外部环境因素引起的皮肤内胶原蛋白的流失，从而延缓肌肤衰老。但目前文献报道的乳铁蛋白促进胶原蛋白合成的功能仅局限于成骨细胞，未对成纤维细胞中乳铁蛋白的功能进行研究。后续研究亟待明确乳铁蛋白在成纤维细胞中对胶原蛋白合成是否有影响。

3.4 美白

宋薇等的专利中已经将乳铁蛋白开发成化妆品，专利报道牛乳铁蛋白和虾青素为核心成分的化妆品美白效果显著。Nanase等对乳铁蛋白的美白机理进行深入研究，结果显示乳铁蛋白可抑制黑色素形成限速酶(酪氨酸酶)的活性，从而减少黑色素形成，虽然乳铁蛋白的分子量较大，但3D皮肤模型测定结果显示乳铁蛋白的透皮性较好，开发为美白化妆品制剂可被有效吸收，研究结果显示乳铁蛋白可减少黑色素数量的20%。目前关于乳铁蛋白美白化妆品制剂研究的报道较少，市场上尚无此类产品销售，乳铁蛋白美白制剂的开发市场潜力大。

4 展望

乳铁蛋白作为天然活性分子，具有抗菌、抗病毒、抗氧化、促进胶原蛋白合成及抑制黑色素形成等功效，被各领域学者广泛关注。在化妆品领域被认为是极具潜力的化妆品新原料，可开发为多种功效无防腐剂化妆品制剂，具有广阔的应用前景，对乳铁蛋白功能进一步深入研究、并对其安全性持续监测，将促进乳铁蛋白化妆品制剂的开发。

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