乳脂球膜蛋白的研究进展

郭洪萍 石羽杰 刘彪 张玉梅

摘要：综述了乳脂球的形成及结构、乳脂球膜蛋白质的成分的研究进展及多种功能，并对未来的研究方向提出建议。

关键词：乳脂球;乳脂球膜蛋白;神经认知;免疫调节;肠道菌群;抗癌

乳汁中由三层膜结构包裹的核心为甘油三酯的球状结构称为乳脂肪球，而包裹在乳脂肪球外面的乳脂球膜（MFGM）上的蛋白质有着重要的营养价值，近年来越来越受到关注。关于MFGM蛋白质在免疫调节和抗癌方面的研究较多，而神经认知的发育和肠道菌群的研究较少。本研究对乳脂球的形成与结构、乳脂球膜蛋白质的组分进行分析，并从机制、动物及人群实验等方面综述了MFGM蛋白神经认知发育、免疫调节、肠道菌群、抗癌等方面的研究进展。

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细胞中进行的[1]。甘油三酯在乳腺上皮细胞内质网的两层膜之间聚集形成脂肪微滴，并以出芽生长的方式释放到细胞质中，此时包裹了一层来自内质网膜的脂肪微滴称为细胞质脂滴。细胞质脂滴在细胞质中与其他有膜细胞器（线粒体、过氧化物酶）相互作用[2]。细胞质中脂肪球不断融合扩大并且向顶端质膜迁移，达到一定大小从上皮细胞中再次以出芽生长的方式分泌，脂肪球的外表面又同时覆盖了一层细胞质双层膜[3]，最终形成由三层球膜包裹的三酰基甘油（TAG）为核心的球状结构称为乳脂球[4]。在脂肪球的分泌过程中，一些细胞质可能残留在脂肪滴和膜周围，位于外层膜的下面并呈月牙状，一般称为细胞质新月。研究显示，大约72%的人乳脂肪球含有这种细胞质新月[5]。细胞质新月是富含蛋白质的区域，包括乳腺上皮细胞膜相关的外周蛋白和细胞质整合膜蛋白的结构域[67]。

12乳脂肪球的结构及特点

乳脂肪球以圆形和椭圆形的方式分散存在在乳中，直径在01～15μm之间，平均直径为4～5μm。乳脂肪球的核心为甘油三酯（TAG），周围由三层膜结构包裹[4]。在牛乳中，甘油三酯（TAG）占总乳脂的 98%以上，主要存在于乳脂肪球的核心，这决定了乳脂球是乳汁中主要的脂质转运载体，并且可以提供婴儿总能量摄入量的40%～55%[8]。MFGM是一层厚度为10～20μm的薄膜，在乳中充当乳化剂和稳定剂，防止人乳脂肪球中脂肪的絮凝与融合，也阻止乳中脂肪与酶的接触，是一层稳定的具有生物活性的膜[9]。研究发现，乳脂肪球的大小与总脂肪的含量呈正相关关系，并且受MFGM上蛋白质和脂质含量的影响[10]。而乳脂肪球中的成分受母体的饮食、环境、泌乳期、产妇遗传学和身体组成、婴儿的性别和需求的变化[8]以及加工方式等的影响。另外，乳腺上皮细胞出芽之前的细胞质液滴（CLD）以前被认为是过量脂质的惰性储存，但它们最近被认为是独立的动态细胞器，不仅在脂质合成、代谢、储存和利用的许多方面起着重要作用，而且在积累和暂时储存中也起着关键作用。

2乳脂球膜包含多種活性脂类和蛋白质

MFGM主要由多种活性脂类和蛋白质构成，来自于泌乳期乳腺上皮细胞的内质网膜、顶端质膜和细胞质各区室，占乳脂肪球质量的2%～6%。MFGM上的脂质成分主要分为中性脂质和极性脂质[11]。极性脂质占MFGM脂质成分的26%～40%，包括甘油磷脂[磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰丝氨酸（PS）和磷脂酰肌醇（PI）]和鞘脂[特别是鞘磷脂（SM）]。其中，PE、PC、SM的含量更为丰富，而PS和PI的含量较少。极性脂质的作用主要为调节脂质代谢、参与神经系统活动等方面。中性脂质包括甘油三酯、甾醇及甾醇酯（主要为胆固醇）、鞘糖脂（脑苷脂和神经节苷脂），还有甘油二酯、甘油单酯、游离脂肪酸等。其中，甘油三酯占MFGM脂质成分的56%～62%，是MFGM在分离纯化过程中的非膜脂质成分。另外，神经节苷脂具有调节肠道免疫、参与神经系统发育的功能。

MFGM上蛋白质占MFGM的25%～70%，占牛奶中总蛋白质含量的1%～4%，占乳脂球质量的1%[12]。MFGM主要蛋白质包括8种，分别是黄嘌呤脱氢酶/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）、脂肪分化相关蛋白（ADPH）和脂肪相关键合蛋白（FABP）等[13]，最后2种蛋白质为非糖基化蛋白。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，其余均无差异[14]。MFGM次要蛋白质包括糖基化的酶碳酸酐酶、牛奶碱性磷酸酶（AP）、乳铁蛋白、骨桥蛋白（OPN）和溶菌酶等，而后3种主要存在于乳清中，在较小程度上存在于MFGM中[14]。

3乳脂球膜蛋白的组成分析进展

Goldfarb等[15]采用2DE的方法首次分离了人MFGM，鉴定出17种蛋白质。Quaranta等[16]提出了一个新的乳脂肪球膜蛋白的提取方案（SDSurea/thiourea/CHAPS），获得23个蛋白质点。Charlwood等[17]采用2DE分离技术结合MALDITOF鉴定的方法，研究了7种人乳MFGM蛋白质，包括α乳清蛋白、溶菌酶前体、β酪蛋白、凝聚素、乳铁蛋白、聚合免疫球蛋白受体前体和乳粘素。此后，Dewettinck等[9]综述了9种牛乳蛋白质，分别为XO/XDH、BTN、MFGE8/PAS6/7、MUC1、CD36、ADPH、FABP和PP3（TIP47）。Liao等[12]在泌乳期12个月内发现191种人乳MFGM蛋白。MFGM中的蛋白质具有重要的生物学活性。

目前，有一些研究进行了人乳和牛乳的MFGM蛋白的对比研究。一项人初乳和牛初乳MFGM蛋白研究[18]，鉴定出肽段≥1MFGM蛋白，在人初乳有l 076种蛋白质，其中有757种特异性表达蛋白质;在牛初乳有682种蛋白质，其中有363种特异性表达蛋白质，两者有319种相同表达蛋白质。通过G0功能注释分析发现，生物过程中，人初乳MFGM蛋白发挥的作用高于牛初乳，主要表现在细胞组成组织的功能上;分子功能上，人初乳MFGM蛋白主要体现在结合作用上;细胞组成上，人初乳MFGM蛋白在细胞内部的组成上参与最多。通过KEGG代谢通路分析可知，人初乳MFGM蛋白中有15种蛋白参与了与消化吸收相关的KEGG通路。又对人常乳和牛常乳MFGM蛋白进行了研究[19]，鉴定出肽段≥1MFGM蛋白，牛常乳有488种MFGM蛋白，其中有173种特异性蛋白;人常乳有1 545种MFGM蛋白，其中有1 230种特异性蛋白，两者有315种为同源蛋白。从蛋白质的GO功能注释上来看，以牛乳为对照，人乳MFGM蛋白参与的生物过程有37%为代谢过程;分子功能中55%为结合作用;细胞组成中34%为参与细胞器构成。另外，人乳脂肪球膜有24种蛋白主要以抗原加工和呈递的形式参与免疫相关的通路。人初乳和常乳中MFGM蛋白质的种类要高于牛乳，并且各种代谢活动和生理功能中发挥的作用高于牛乳。

4乳脂球膜蛋白的功能

41乳脂球膜蛋白与神经认知发育

母乳喂养婴儿的认知功能高于配方奶喂养婴儿，提示婴儿配方奶粉中缺乏某些影响婴儿神经发育的重要人乳成分[20]。很多动物或人群研究支持，饮食或者配方粉中补充脂质成分可以提高婴儿的认知发育。给小鼠提供了大量磷脂包被脂滴的饮食（模仿出生后第16～44天MFGM中发现的脂滴），实验组与标准食物对照组相比，显示出改善的T迷宫交替和新的物体识别性能[21]给新生仔猪补充磷脂和神经节苷脂膳食提高了空间学习能力[22]。MFGM作为人乳主要的脂质转运载体，其潜在的健康效应近年来受到越来越多的关注。在一项大鼠研究中，MFGM补充剂组与母乳饲养组在成熟年龄、脑磷脂及其代谢物无差异，添加MFGM补充剂可以缩小标准配方粉与母乳饲养组在神经发育上的差距[23]。另一个添加益生元，MFGM和乳铁蛋白的仔猪试验中，发现了对照组皮质中白质和灰质的浓度更高，内囊中径向和平均扩散的速度更快，提示实验仔猪在内囊和皮质浓度中的微观成熟度更高[24]。喂养脱脂奶的大鼠，生长受限的大鼠认知评分低于正常生长的大鼠，而喂养MFGM补充剂的大鼠中，生长受限的大鼠认知评分（T迷宫交替）接近于正常生长的大鼠[25]。添加MFGM补充剂可以缩小母乳饲养组和标准配方喂养组在神经发育上的差距，使得添加MFGM补充剂组更接近于母乳饲养组水平。

目前，一项多中心非劣效随机双盲对照（DBRCT）研究对此进行了安全性评价，发现富含蛋白质MFGM组较富含脂质MFGM组的湿疹发生率较高，但是有限的观察对象和缺乏系统的湿疹评分使得这一结果不确定。瑞典的一项随机双盲对照实验中，对于健康足月婴儿补充低能量、低蛋白质（其中MFGM蛋白质组分占配方粉总蛋白质的4%）的实验配方粉直至婴儿6月龄，发现在婴儿12月龄时，实验组Bayley婴儿发育量表第3版的认知范围内比标准配方粉组获得的评分更高，并且更接近母乳组[2627]。关于MFGM蛋白质组分对于神经认知发育的机制和人群作用还有待进一步的研究。

42乳脂球膜蛋白与免疫力

MFGM蛋白作为总乳蛋白的一部分，不仅可以维持婴儿的生长发育、保护婴儿免受细菌病毒的感染，还可以帮助婴儿建立自身免疫系统。MFGM蛋白质中的BTN、MFGE8、FABP可以抑制体外培养的产肠毒素大肠杆菌F4ac受体[28]。MCU1和XDR/XO具有抗微生物活性、抑制肠道病原体的作用。黄嘌呤氧化还原酶（XOR）通过产生反应性氧化物质（如过氧化氢和超氧阴离子）和活性氮物质，以及表面碳水化合物产生诱饵效应，使得其具有抗微生物作用[29]。MFGM中的XOR在口腔期的释放和活化可提供抵抗病原体入侵的第一道防线。与婴儿免疫防御相关的XOR的一个有趣特征是婴儿唾液中含有XOR的底物为次黄嘌呤和黄嘌呤，浓度比成人高10倍，导致产生足够量的过氧化氢酶以抑制S金黄色葡萄球菌和沙门氏菌属的活性[30]。含有MUC1的牛乳已被证明可抑制霍乱弧菌和大肠杆菌的血细胞凝集[31]。在体外，MUC1抑制鼠伤寒沙门氏菌对Caco2和FHs74细胞（胎儿肠细胞模型）的侵袭，其浓度与人乳浓度相似[32]。通过与DCSIGN的相互作用，由婴儿胃肠道中的树突细胞表达，MUC1阻断病原体与树突细胞的相互作用，并可能有助于塑造婴儿免疫[33]。此外，纯化的粘蛋白（一种MFGM成分）被证明可以降低小肠结肠炎耶尔森氏菌对肠粘膜的粘附[34]。人乳粘蛋白成分能够与各种轮状病毒株结合并阻止复制，并且该能力与乳黏集素相关。人乳凝集素通过与轮状病毒特异性结合并在体外和体内抑制病毒复制，预防实验性的胃肠炎[35]。并且在墨西哥婴儿的研究中显示，母乳中乳凝集素的含量与症状性轮状病毒感染呈负相关[36]。人乳凝集素可以支持上皮细胞的生长和维持，因为它已经被鉴定为将凋亡细胞与吞噬细胞连接的因子[37]。人乳凝集素这几年对于胃肠道的保护作用成为了研究的热点，主要表现为减少肠上皮细胞的凋亡、抵御肠道内病毒感染等作用。将富含多种MFGM 蛋白质添加到配方粉中，可以增强配方粉喂养婴儿的免疫力。对于小于2月龄的婴儿喂养MFGM补充的配方粉直至婴儿6月龄，研究发现，从入组直至婴儿6月龄时，实验组的急性中耳炎发生率显著低于标准配方粉组（1%vs 9%），并且退热药使用率较低（25%vs 43%）[38]，中耳炎的发生率减少可能与黏膜炎莫拉氏菌的减少有关[39]。在秘鲁的一项研究中，给予6～11月齡主要为母乳喂养的健康婴儿富含MFGM的蛋白质补充剂持续6个月，减少了腹泻的纵向流行率和血性腹泻的发生率[40]。

43乳脂球膜蛋白与肠道微生物

MFGM蛋白对于肠道菌群影响的研究还相对较少。研究发现，MFGM的糖蛋白（MUC1，乳黏集素）通过抑制致病菌干扰肠粘膜病原体识别或附着的能力，导致病原体与嵌入MFGM内的抗微生物组分相互作用[41]。MFGM蛋白质组分可以抑制幽门螺杆菌在胃黏膜上的定植。粘蛋白已被证明可抑制常见肠道致病菌的侵袭[42]，这可以部分解释母乳喂养婴儿与配方奶喂养婴儿相比，沙门氏菌感染的风险较低。母乳中的益生菌能够利用聚糖粘附因子使其能够与MFGM表面的粘蛋白结合，从乳腺传递到婴儿结肠，提示MFGM可能是益生菌载体[41]。婴儿早期肠道菌群的定植受羊水及胎盘的菌群、分娩方式、母乳喂养等因素影响。MFGM蛋白可能是母乳喂养婴儿肠道菌群定植过程中很重要的一个中间因素。

44乳脂球膜蛋白与抗癌

牛MFGM的一种分离蛋白脂肪酸结合蛋白（FABP）在体外极低浓度下抑制一些乳腺癌细胞系的生长[4344]。一组法国研究人员使用亲和色谱法检测了人和牛MFGM提取物中的BRCA1和BRCA2[45]。BRCA2蛋白以及BRCA1蛋白参与DNA修复过程，尽管BRAC2具有作为胞质分裂的直接调节剂之一的额外功能[46]。FABP 肽可以抑制细胞生长，BRAC1肽可以抑制肿瘤的生长。对此，Spitsberg做了这样的假设：在消耗MFGM片段后，可以释放一定数量的抑制性肽并随后在消化道中被吸收。被吸收的肽将进入血流，并且在到达器官或组织后，它们可以对经历致癌转化的细胞发挥其抑制作用。尽管如此，这一假设尚未得到进一步阐述或测试。此外，发现MFGM蛋白质的有效成分抑制大肠杆菌 β葡萄糖醛酸酶的活性，预防大肠癌的发生。

5展望

隨着蛋白质组学技术的提高，人们对于MFGM蛋白质的研究越来越深入。到目前为止，在人乳中发现的MFGM蛋白质已经接近200种，它们在脂质和能量的代谢、免疫调节、神经认知、肠菌群和抗癌等多方面发挥着重要的作用，但是从人乳和牛乳的比较研究上来看，人乳的MFGM蛋白成分及其作用明显高于牛乳。因此，将人乳MFGM蛋白质添加到牛乳为原料的婴儿配方粉中，具有巨大的应用价值。未来可以进一步开展大样本婴幼儿MFGM蛋白质的安全性评价及其神经发育、调节肠道菌群等方面功能的研究。◇

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