Лактоферрин: гликопротеин, участвующий в иммуномодулирующих, противоопухолевых и противомикробных процессах.

Квинтин Раскон-Круз, Эдвард А. Эспиноза-Санчес, Таня 5. Сикейрос-Сендон, Саюри И. Накамура-Бенкомо, Сигифредо Аревало-Гальегос и Бланка Ф. Иглесиас-Фигероа*
Дерекдж. Макфи, Академический редактор
 

Аннотация

Лактоферрин - это железосвязывающий гликопротеин, выполняющий множество функций в организме. Его участие в апоптотических процессах в раковых клетках, его способность модулировать различные реакции иммунной системы и его активность в отношении широкого спектра патогенных микроорганизмов, включая респираторные вирусы, сделали его белком, представляющим широкий интерес в фармацевтических и пищевых исследованиях и промышленности. В этом обзоре мы сосредоточились на описании наиболее важных функций лактоферрина и возможных механизмов действия, которые приводят к его функционированию.

1. Введение

Современный образ жизни и возникающие болезни, угрожающие повседневной активности, привели к поиску новых, более естественных фармакологических альтернатив для решения новых задач в медицине. Различные белки человеческого происхождения изучались в течение длительного времени из-за их многофункциональных свойств в организме и их практического применения в качестве терапевтических агентов. В этом контексте лактоферрин (Lf), описанный в первых докладах как "красная фракция молока", представляет собой негематический железосвязывающий гликопротеин, секретируемый в основном эпителиальными клетками молочной железы [1,2]. Согласно своей сохраненной трехмерной структуре и способности хелатировать ионы железа, Lf относится к семейству трансферринов [3] и, как сообщалось, является нутрицевтическим и многофункциональным гликопротеином, обладающим противомикробным, противовирусным и противогрибковым действием, а в последнее время было показано, что он эффективен при лечении невропатий и раковых клеток [4]. В настоящем обзоре мы сосредоточимся на детализации наиболее важных функций лактоферрина, которые делают его очень привлекательным для фармацевтической промышленности

2. Структура и производство лактоферрина

Лактоферрин представляет собой негематический железосвязывающий гликопротеин с молекулярной массой 78-80 кДа в зависимости от вида. Lf состоит из простой полипептидной цепи с приблизительно 700 аминокислотами, свернутыми в два глобулярных карбоксильных (C) и амино(N) концевых сегмента, которые представляют собой области, соединенные α-спиралью и состоящие из двух доменов, известных как C1, C2, N1 и N2, которые образуют β-лист [5,6,7]. N-концевой сегмент включает 1-332 аминокислоты, тогда как C-концевой сегмент включает аминокислоты 344-703 [8]. Три потенциальных участка гликозилирования были обнаружены в лактоферрине человека (HLF) (Asn138, Asn479 и Asn624) и пять потенциальных участков в лактоферрине крупного рогатого скота (BLF) (Asn233, Asn281, Asn368, Asn476 и Asn545) (рис. 1); эти участки в основном открыты на внешней поверхности молекулы и могут участвовать в распознавании специфических рецепторов [9]. Lf обладает высоким сродством к железу; каждый сегмент может связываться с ионом железа; кроме того, он может связывать ионы Cu+2, Zn+2 и Mn+2 [10]. Млекопитающие производят Lf, и его производство приписывается клеткам эпителиальной слизистой оболочки в большинстве экзокринных жидкостей, включая слезы, слюну, вагинальную и семенную жидкости, носовые и бронхиальные выделения, а также желчь и желудочный сок. Однако его самая высокая концентрация обнаруживается в молоке и молозиве; люди производят приблизительно 2 г/л и 7 г/л в молоке и молозиве соответственно, в то время как у коров его концентрация в молоке и молозиве составляет 0,2 г/л и 1,5 г/л соответственно [11,12]. Значительное количество Lf содержится во вторичных гранулах нейтрофилов (15 пг/106 нейтрофилов, и Lf выделяется в плазму во время воспалительного или инфекционного процесса. В нормальных условиях концентрация Lf в плазме составляет 0,4-2,0 пг/мл и увеличивается до 200 пг/мл при инфекциях и иммунологических нарушениях [13,14,15]. Концентрация Lf в плазме не связана с количеством нейтрофилов, но зависит от степени их дегрануляции. Аналогичным образом, уровни Lf в плазме могут изменяться во время беременности [16]. Lf имеет высокое сходство между видами; Lf человека (HLF) и Lf крупного рогатого скота (BLF) имеют наивысшую степень сходства с точки зрения структуры и функции; 78 % последовательности Lf человека идентичны Lf крупного рогатого скота [17].
 

Предсказанная структура лактоферрина и его потенциальные участки гликозилирования (Asnn). (а) лактоферрин человека, (b) лактоферрин крупного рогатого скота. Потенциальные участки гликозилирования, связанные с аспарагином, показаны красным цветом. Гликозилирование молекулы может быть сильно вовлечено в механизм действия ее различных физиологических процессов. Последовательность белка была извлечена из GenBank: M83202_1 (HLF) и M63502_1 (BLF) и смоделирована с использованием Phyre2 (http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/phyre2 /[18]). 

3. Иммуномодулирующая и противовоспалительная активность

Иммуномодулирующая и противовоспалительная активность лактоферрина связана с его способностью взаимодействовать со специфическими рецепторами клеточной поверхности на эпителиальных клетках и клетках иммунной системы, а также с его способностью связываться с патоген-ассоциированными молекулярными паттернами (PAMP), в основном распознаваемыми толл-подобными рецепторами (TLR) [19]. О таком связывании сообщалось в отношении грамотрицательного бактериального липополисахарида (ЛПС) [20]. Механизмы взаимодействия лактоферрина с различными рецепторами тесно связаны с его конформацией гликанов; было замечено, что существует взаимодействие между некоторыми TLR и Lf, опосредованное гликанами молекулы, что обеспечивает иммуномодулирующий эффект [21,22]. Lf также играет роль в дифференцировке, созревании, активации, миграции, пролиферации и функционировании клеток, принадлежащих к антигенпрезентирующим клеткам (APC), таким как В-клетки, нейтрофилы, моноциты/макрофаги и дендритные клетки [23,24]. Исследования in vitro и in vivo показали, что макрофаги и дендритные клетки способны связывать Lf посредством его взаимодействия с поверхностными рецепторами для Lf, которые индуцируют его созревание и, следовательно, его функциональную активность [25,26,27]; кроме того, влияние Lf на дифференцировку и активацию моноцитов/макрофагов способствует снижению провоспалительного профиля [28]. С другой стороны, Lf также может уменьшить воспалительную реакцию при различных патологиях. При аллергическом рините он достигает этого, регулируя функцию клеток ТҺ1 и ТҺ2, стимулируя ответную реакцию посредством синтеза IL-2 и IFN-y и ингибируя ответную реакцию ТҺ2, уменьшая высвобождение медиаторов воспаления, таких как IL-5 и IL-17, и вызывая сшивку рецептора Т-клеток, так что реакция на воспаление снижается, таким образом активация Т-клеток ингибируется [29]. При колите Lf способствует уменьшению различных медиаторов воспаления, таких как TNF, а также инфильтрации клеток CD4, помогая улучшить воспалительное состояние [30]. В этих условиях также было показано, что введение Lf способствует восстановлению слизистой оболочки во время болезни Крона [31]. Недавнее исследование показало, что Lf может противодействовать новой коронавирусной инфекции и воспалению, действуя в качестве естественного барьера, обращая вспять нарушения железа, связанные с вирусной колонизацией, и модулируя иммунный ответ путем снижения уровня провоспалительных цитокинов [32], предотвращая образование цитокинового шторма, состояние, которое может ухудшить вышиваемость больных сахарным диабетом с Covid-19[33]. Взятые вместе, иммуномодулирующие действия, вызванные Lf, могут воздействовать на различные органы и системы, на которые наблюдался эффект, опосредованный лактоферрином (рисунок 2). 
 

Схематическое представление эффектов лактоферрина в организме, (а) Независимый патогенез активности Lf; Lf влияет на развитие нервной системы и некоторые нейродегенеративные повреждения и может быть вовлечен в профилактику сердечных заболеваний из-за его влияния на уровни накопления липопротеинов. Он может оказывать влияние на метаболическую активность в различных системах, (b) Зависимый патогенез активности Lf; Lf может стимулировать выработку цитокинов, усиливать фагоцитоз и стимулировать выработку антител и различные сигнальные пути в ответ на различные заболевания, такие как инфекция или рак. Возможные участки гликозилирования показаны зеленым цветом (Asn-138, Asn-479 и Asn-624), а пептид лактоферрицина показан желтым (аминокислоты 17-41). N-концевой сегмент (аминокислоты 1-332) показана розовым цветом, а C-концевой сегмент (аминокислоты 344-703) показана серым цветом. 

4. Лактоферрин, опосредованный железом, при невропатиях

Все невропатии вместе взятые имеют распространенность более 2 % в общей популяции, но распространенность превышает 15 % у лиц старше 40 лет [34,35,36]. Более того, в последние годы растет распространенность хронических невропатий, которые прогрессируют и обычно связаны с возрастом, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Хантингтона, рассеянный склероз, трансмиссивные губчатые энцефалопатии и болезнь Паркинсона, что представляет собой серьезную проблему для общества [37,38]. Ни от одного из этих заболеваний нет лекарства, или одобренные лекарства неэффективны или не переносятся многими пациентами. Поэтому современные методы лечения направлены на контроль симптомов [34,39,40]. Поскольку регуляция отложений железа имеет решающее значение для эффективного управления нервными клетками, организм использует несколько механизмов для снижения стресса, связанного с железом, таких как синтез нейромеланина, транспорт трансферрина, регуляция железа, секвестрация железа в митохондриях и индукция гемооксигеназы-1 (HO-1) [41,42,43,44]. Кроме того, клетки микроглии, которые проявляют Lf, богатый сиаловой кислотой, с высокой способностью связывать железо [45,46], были связаны с ранним развитием нервной системы и когнитивными функциями у млекопитающих, увеличением клеточных выступов, динамикой микротрубочек, формированием и организацией выростов нейритов, формированием цитоскелета и снижением тревожности [47,48,49]. Было замечено, что, когда Lf присоединяется к железу, он предотвращает спонтанную и прогрессирующую гибель дофаминергических (DA) нейронов. Кроме того, это может предотвратить гибель большой популяции нейронов, которая уже повреждена [46]. С другой стороны, было высказано предположение, что защитный эффект Lf против спонтанной потери нейронов DA, возможно, может быть результатом косвенного воздействия на делящиеся глиальные клетки [50,51], поскольку лечение Lf может увеличить деление клеток микроглии, которые являются важными медиаторами воспалительных процессов и обладают нейропротекторной функцией в головном мозге [52,53]. Помимо способности связывать железо, когда микроглия активируется нейродегенеративным процессом, увеличивается мРНК Lf, а также их рецепторы в нейронах DA [54,55]. Как только Lf вырабатывается, он сохраняется в нейронах DA, где проксимальные области связываются с протеогликанами гепарансульфата (HSPG) [46]. Возможно, что защитный эффект Lf в дофаминергических нейронах также обусловлен прямым конкурентным объединением в HSPGs. Сообщается, что белки тау, связанные с HSPG, запускают агрегацию внутриклеточных фибрилл, подобных прионам, которые могут стимулировать прогрессирование болезни Альцгеймера, лобно-височной деменции и других тауопатий прионоподобным образом. Следовательно, вмешательство связывания тау с HSPG, опосредованное объединением Lf, предотвращает рекомбинантные фибриллы тау, которые вызывают внутриклеточную агрегацию и блокируют распространение трансклеточных агрегатов и последующую невропатологию [56]. С другой стороны, анализы с использованием нейротоксина MPTP (1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридина) в нейронах DA, который вызывает повреждение митохондрий, показали, что гибель нейронов происходит из-за снижения уровня Ca2+mjt и что добавление Lf стимулировало фосфорилирование протеинкиназы В (P-AKT), вызывая устойчивый рост Ca2+mjt, что приводит к значительному увеличению выживаемости нейронов DA [1, 46, 57]. Эти наблюдения позволили предположить, что защитный эффект Lf также обусловлен его способностью модулировать митохондриальный механизм Ca2+, контролируемый фосфатидилинозитол-3-киназой (PI3K), которая стимулирует мобилизацию Ca2+ в эндоплазматическом ретикулуме [46]. Поскольку Lf участвует в улучшении когнитивных функций и развитии нервной системы и может изменять прогрессирование дегенеративного процесса, производство Lf может представлять интерес для лечения нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, поскольку уровень Lf в плазме обратно коррелирует с тяжестью заболевания, это может свидетельствовать о попытке мозга бороться с продолжающимися нейронными нарушениями и может быть полезно в качестве индикатора нейропатии [46,47,58,59,60].  

5. Противоопухолевая активность

По данным Всемирной организации здравоохранения, рак является одной из ведущих причин заболеваемости и смертности в развитых и слаборазвитых странах и является второй по значимости причиной смерти во всем мире [61]. Современные методы лечения рака неизменно сопряжены с физиологическим и психологическим сопутствующим ущербом. Кроме того, лечение химиотерапией может иметь побочные эффекты на фертильность, а в случае женщин - преждевременную менопаузу, что приводит к повышенному риску остеопороза. Кроме того, наиболее распространенные методы лечения связаны с риском повреждения сердца [62]. В этом смысле исследователи ищут более естественные противораковые методы лечения, чтобы уменьшить сопутствующий ущерб у онкологических больных. Противоопухолевые эффекты Lf были широко изучены, и было замечено, что в присутствии Lf различные раковые клетки подвергаются значительным повреждениям, таким как остановка клеточного цикла, повреждение цитоскелета и индукция апоптоза, в дополнение к уменьшению миграции клеток [63,64]. Несмотря на то, что этот ущерб был замечен, механизм, лежащий в основе этих эффектов, еще предстоит выяснить. Существует несколько возможных механизмов, с помощью которых Lf может оказывать свое противоопухолевое действие; с одной стороны, различные авторы предположили, что основа противоопухолевого действия лактоферрина может заключаться в передаче сигналов и распознавании клеток через гликаны, составляющие его структуру [65]. С другой стороны, известно, что многие раковые клетки имеют высокое содержание протеогликана, гликозаминогликана и сиаловой кислоты, которые, как известно, взаимодействуют с Lf, что, вероятно, активирует другие сигнальные пути для создания вредных воздействий на клетки [66]. Этот возможный механизм также объяснит высокую цитотоксическую селективность, которую Lf оказывает на раковые клетки, а не на здоровые клетки [65,67,68,69,70]. Несмотря на то, что различные авторы показали, что Lf обладает высокой селективной цитотоксичностью, не все сообщили об индексе селективной цитотоксичности (SCI), который дает способность соединения убивать раковые клетки с минимальной токсичностью для нераковых клеток. В таблице 1 показаны различные значения SCI для Lf против различных типов раковых клеток, о которых сообщила наша исследовательская группа. Наконец, метаболизм железа активно участвует в метаболических потребностях некоторых раковых клеток. Это может даже привести к метастазированию опухолевых клеток [71], так что Lf, будучи молекулой, способной хелатировать ионы железа, также обладает механизмом противоракового действия, основанным на его способности уравновешивать этот ион в организме [72]. Здесь мы описываем влияние Lf на наиболее распространенные виды рака во всем мире.

5.1. Лактоферрин при раке молочной железы

Поступление эстрогенов является решающим фактором в развитии большинства видов рака молочной железы. Точно так же гомеостаз железа коррелирует с выработкой эстрогена, снижение уровня железа способствует ангиогенезу, а повышенный уровень железа способствует усилению окислительного стресса. Естественным мостом между железом и эстрогеном является Lf [73]. Поскольку стероидные рецепторы щитовидной железы модулируют экспрессию гена Lf, этот ген чувствителен к гормонам, поэтому Lf может быть вовлечен в гормонозависимые виды рака, такие как рак молочной железы, где его экспрессия, по-видимому, постепенно подавляется [74]. С другой стороны, при негормонозависимых раковых заболеваниях, таких как тройной негативный подпит рака молочной железы, когда гормонально-таргетная терапия недоступна, а прогноз в целом неблагоприятен [75], Lf также может быть потенциальным альтернативным лечением, поскольку он, как известно, оказывает цитотоксическое воздействие in vitro на клетки тройного негативного рака молочной железы у человека. В этом смысле мы ранее сообщали, что рекомбинантный лактоферрин человека из Pichia pastoris обладает апоптотическим эффектом и вызывает остановку клеточного цикла в фазе S в неметастатических и метастатических клетках MDA-MB-231 [65]. Это, по-видимому, распространяется на Lf других видов; бычий лактоферрин (bLf), как в форме свободного железа, так и в насыщенной железом форме, успешно использовался для индукции цитотоксичности и снижения клеточной пролиферации клеток рака молочной железы человека MDA-MB-231 и MCF-7 [76,77]. Таким же образом, обе формы Lf могут модулировать некоторые апоптотические молекулы, включая р53, и полностью подавлять экспрессию сурвивина, многофункционального белка, участвующего как в ингибировании апоптоза, так и в регуляции клеточного цикла, что способствует устойчивости к раковым клеткам при химиотерапии и лучевой терапии [77,78]. С другой стороны, сообщалось, что обработка наночастицами фосфата кальция, загруженными насыщенным Lf крупного рогатого скота, способна уменьшить размер опухолей e мышей[79]. В качестве альтернативы, специфические биоактивные пептиды из Lf также использовались для проверки их противоопухолевого эффекта, такие как доля C из HLF, которая использовалась против рака молочной железы, способствуя клеточному апоптозу и вызывая значительную остановку роста в клетках MDA-MB-231 [80]. Эти данные указывают на то, что как бычий, так и человеческий Lf обладает высокой эффективностью в контроле пролиферации опухоли при раке молочной железы.

5.2. Лактоферрин при лейкозе

Из всех онкологических больных во всем мире только примерно 1% составляет рак у детей. Борьба с этим заболеванием у детей ограничена. Лейкемия - это рак с самой высокой распространенностью среди детей [81]. В настоящее время лечение различных видов лейкоза, включая острый миелоидный лейкоз и острый лимфоидный лейкоз, улучшает выживаемость детей; однако долгосрочные последствия могут проявляться в виде сердечно-сосудистых заболеваний, которые повышают риск смерти [82,83]. В этом смысле, опять же, Lf может быть альтернативой, которая минимизирует побочные эффекты у пациентов, поскольку было показано, что он индуцирует апоптоз при лейкемии [70,84]. Точно так же, как Lf был успешно протестирован для лечения рака, в первую очередь рака молочной железы, как Lf, так и биологически активные пептиды, полученные из Lf, успешно использовались при лечении других видов рака, таких как лейкемия. Кроме того, было продемонстрировано, что пептид PRF, фрагмент HLF, также обладает противоопухолевой активностью. Этот пептид показал индукцию клеточной гибели в лейкозных клетках, вызывая некротический эффект. Более того, пептид PRF индуцировал остановку клеточного цикла G0/G1 [85]. Другой пептид из BLF, лактоферрицин В, оказывает мощное цитотоксическое действие на клетки Юркат и клетки Т-лейкоза CCRF-CEM [86,87]. Кроме того, он может увеличивать экспрессию каспазы-3, способствуя фрагментации ДНК и, следовательно, пути апоптоза в клеточной линии лейкоза HL-60 [88]. Наконец, было показано, что у младенцев исключительное и длительное потребление грудного молока может предотвратить риск развития детской лейкемии из-за различных иммунопротекторных агентов, присутствующих в грудном молоке, таких как лактоферрин [89,90].

5.3. Лактоферрин при раке шейки матки

Рак шейки матки является одним из наиболее распространенных видов рака во всем мире и четвертой по значимости причиной смерти женщин [91]. Он поражает женщин из развивающихся стран и с низким социально-экономическим уровнем в основном из-за отсутствия доступа к профилактическим тестам, таким как мазки папаниколау и вакцины против вируса папилломы человека (ВПЧ), возбудителя рака шейки матки [92]. Одним из наиболее широко используемых методов лечения этого вида рака является лучевая терапия, сама по себе или в сочетании с другими методами, такими как хирургическая операция; однако сообщается, что эффект лучевой терапии может быть скорее вредным, чем полезным, поскольку он может вызвать рецидив. В этом контексте использование потенциальных терапевтических агентов, таких как Lf, может снизить сопутствующий риск у пациентов [93]. Опять же, влияние, которое Lf оказывает на метаболизм железа, может быть связано с его противоопухолевым механизмом, поскольку предыдущие исследования показали, что Аро-Lf, но не Holo-Lf, индуцировал апоптоз в клетках HeLa и изменял экспрессию проапоптотических белков, таких как BAX, которая увеличивалась в присутствии Lf, в отличие от Bd-2 и Md-2, которые снижали его экспрессию [94].

6. Противомикробная активность

Благодаря многочисленным механизмам, которые оказывает лактоферрин, его активность в отношении широкого спектра микроорганизмов, патогенных для человека, хорошо документирована [95]. В этом контексте было продемонстрировано несколько механизмов действия Lf против бактерий, грибков, паразитов и вирусов, включая возможную активность против новой коронавирусной инфекции SARS-CoV-2 [17,32]. Два основных механизма, с помощью которых лактоферрин способен проявлять свою противомикробную активность, связаны с его способностью связывать железо [96] и прямым действием его биоактивного пептида, лактоферрицина [97]. С другой стороны, недавние исследования показали, что статус гликозилирования молекулы может быть важным фактором в усилении ее антимикробного эффекта [98].

6.1. Антибактериальная активность

>В последние годы сообщалось об антибактериальном эффекте Lf in vivo и in vitro; Lf оказывает бактериостатическое и бактерицидное действие на грамотрицательные бактерии, такие как E. coli, Ps. aeuruginosa, Salmonella, Enterobacter, H. pylori, Yersinia, Klebsiella pneumoniae, и Porphyromonas gingivalis, [97,99,100,101,102,103,104,105,106], а также на грамположительные бактерии, такие как бациллы, Listeria monocytogenes и S. aureus [99,106,107]. Он обладает различными механизмами действия. С одной стороны, он действует через свой биоактивный пептид лактоферрицин, который способен дестабилизировать бактериальную мембрану (рис. 3) и, следовательно, повышать ее проницаемость, позволяя проходить другим антибактериальным веществам, таким как лизоцим, что усиливает бактерицидный эффект. Кроме того, Lf способен конкурировать с LPS за связывание CD14; это связывание предотвращает высвобождение LPS продукции провоспалительных цитокинов, которые, в свою очередь, приводят к повреждению тканей хозяина (рис. 4) [108, 109]. С другой стороны, у грамположительных бактерий Lf может связываться с липотейхоевой кислотой клеточной стенки, снова способствуя дестабилизации мембраны, и вместе с лизоцимом он оказывает бактерицидное действие [8]. Кроме того, присутствие Lf может улучшить действие некоторых антибиотиков, таких как левофлоксацин, рифампицин, кларитромицин и клиндамицин, против различных патологических агентов, что говорит о том, что использование этой молекулы может значительно повысить эффективность современных методов лечения различных заболеваний [104,110].
 

>Схематическое представление лактоферрицин в привязке с LPS. Когда лактоферрицин (желтый) высвобождается из Lf, он может связываться с бактериальным LPS, активировать иммунный ответ и разрушать наружную мембрану бактерий.

>Схематическое представление взаимодействия лактоферрина с LPS. (A) Взаимодействие LPS с CD14 может вызвать воспалительную реакцию с высвобождением некоторых провоспалительных медиаторов, таких как IL-6, через TLR4. (B) В присутствии лактоферрина он может связываться с LPS и блокировать взаимодействие с CD14. Таким образом, передача сигналов провоспалительных медиаторов через TLR4 может быть уменьшена. Последовательность белка была извлечена из GenBank: CAG33297 (CD14), AF177765.1 (TLR4) и AAD13886.1 (IL-6). 

6.2. Противовирусная активность

>Противовирусная активность Lf наблюдалась в отношении оболочечных и открытых вирусов, таких как вирус гриппа (H1H1, H3N2), норовирус человека, вирус папилломы человека, Чикунгунья, Зика и ВИЧ [111,112,113,114,115,116]. Кроме того, Lf может играть профилактическую роль при инфекции SARS-CoV-2 из-за его наблюдаемого влияния на интернализацию SARS-CoV-1, в дополнение к его способности уменьшать воспалительную реакцию [117]. Некоторые исследования показали, что лактоферрин способен подавлять инфекцию псевдовирусом SARS [118]. В этом смысле считается, что грудное молоко, содержащее значительное количество Lf, может обеспечить важную защиту новорожденного от нового коронавируса SARS-CoV-2[119]; к сожалению, для подтверждения поведения нового коронавируса и его последующего лечения все еще необходимо провести множество исследований, но Lf представляется очень перспективным профилактическим вариантом. Его противовирусная активность заключается в способности блокировать определенные рецепторы, такие как гликозаминогликановые клеточные рецепторы гепарансульфата, и путем взаимодействия с вирусным гемагглютинином, который может сделать Lf способным разрушать вирусную оболочку [120,121,122]. Ключом к пониманию этих взаимодействий может является профиль гликозилирования; в некоторых отчетах показано, как изменение гликозилирования молекулы, в свою очередь, может изменить интенсивность передачи сигналов различных толл-подобных рецепторов, таких как TLR-3 и TLR-8, участвующих в распознавании вирусных частиц [123,124]. Тем не менее, есть еще много вопросов, на которые необходимо ответить, чтобы получить более четкое представление о противовирусной активности гликопротеинов.

6.3. Противогрибковая активность

>Высокая распространенность вульвовагинита, вызванного кандидозом, во всем мире является важной проблемой общественного здравоохранения из-за роста медицинских расходов и смертности среди пациентов с ослабленным иммунитетом [125]. Lf вместе с лактоферрицином, лактоферрампином и N-концевой областью (Lf 1-11) проявляет активность в отношении различных видов кандиды, изменяя ее клеточную стенку и образуя поверхностные пузырьки, которые вызывают гибель клеток [126,127]. Аналогичным образом, Lf использовался в синергии с различными противогрибковыми препаратами против различных дрожжей, таких как C. dubliniensis, C. albicans, C. glabrata и криптококк, где их действие усиливается [128,129]. В том же контексте активность Lf в отношении Candida albicans также была повышена, когда она была выражена в Lactobacillus casei, члене вагинальной микробиоты [130]. Другие грибы, такие как Aspergillus nidulans, были восприимчивы к лечению Lf [131]. Таким образом, было отмечено, что Lf обладает четко определенными противогрибковыми свойствами, что открывает возможности для новых направлений исследований в этой области.

6.4. Противопаразитарная активность

>Хотя антимикробное действие Lf против вирусов, бактерий и грибков было широко изучено, его изучение у паразитов было намного сложнее из-за сложности этих организмов. Однако современные направления исследований предполагают, что лактоферрин может быть интернализован посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза, вызывая необратимое повреждение клеток [132], в дополнение к влиянию Lf на баланс Т-клеток, что может способствовать ответу на этот тип инфекции [133]. Эти противопаразитарные эффекты Lf и его биоактивных пептидов наблюдались у различных организмов, таких как Giardia lamblia, Entamoeba histolytica и трипаносома [132,133,134,135]. С другой стороны, Lf из разных видов был наноинкапсулирован для проверки его эффективности против различных видов паразитов. Это лечение было успешным против Plasmodium berghei и токсоплазмы гондии [136,137].

6.5. Антимикробная активность у домашних животных

>Наконец, использование Lf в качестве защитной молекулы против патогенных микроорганизмов не ограничивается людьми. Несколько исследований доказали благотворную активность Lf в отношении патогенных микроорганизмов, имеющих ветеринарное значение, таких как Babesia caballi, простейший, вызывающий бабезиоз лошадей [138]; кроме того, его совместное применение с антибиотиками, такими как пенициллин, может помочь вылечить мастит у крупного рогатого скота, вызванный S.aureus, Streptococcus uberis и Streptococcus dysgalactiae [95]. С другой стороны, защитный эффект Lf был проверен на поросятах-отъёмышах. Когда поросят лечили Lf, популяция сальмонелл и кишечной палочки уменьшалась, а полезные бактерии, такие как лактобациллы и бифидобактерии, увеличивались из-за Lf [139]. В этом смысле Lf также способствует повышению показателей роста недавно отлученных поросят за счет снижения частоты диареи, скорее всего, из-за его иммунопротекторного и противомикробного действия [140,141].

7. Другие применения лактоферрина

>Из-за своего широкого распространения в организме, Lf может играть ключевую роль в различных органах и системах. Исследования in vivo описали его благотворное влияние на процессы регенерации костей [142,143], а также на профилактику метаболических заболеваний, таких как ожирение и диабет [144], который оказал бы положительное глобальное влияние на весь организм.

8. Заключительные замечания

>Несмотря на обширную литературу, подтверждающую вклад лактоферрина в здоровье и болезни, различные механизмы действия белка остаются предметом исследований. Наша исследовательская группа опубликовала несколько отчетов, посвященных противораковой и противомикробной активности Lf. В этих отчетах рассматривались взаимодействия различных возможных гликоформ различных видов Lf с клеточными рецепторами. Понимание механизма действия Lf при различных патологиях до сих пор не совсем ясно. Необходимо устранить некоторые препятствия, такие как взаимодействие между ним и различными клеточными рецепторами, механизмы его действия, последствия лечения in vivo и степень влияния структурных различий различных лактоферринов на лечение. Тем не менее, это область исследований, которую стоит изучить, потому что она может способствовать современным методам лечения очень важных патологий во всем мире.

Подтверждения

>Эта работа была поддержана внутренним грантом Факультета гуманитарных наук, Автономного университета Чиуауа.
Авторский вклад
Написание — подготовка оригинального проекта, Q.R.-C. и B.F.I.-F.; молекулярное моделирование и генерация изображений, E.A.E.-S. и T.S.S.-C., написание — рецензирование и редактирование, S.I.N.-EJ. и S.A.-G. 
Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.
Финансирование
Это исследование не получило внешнего финансирования.
Конфликты интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Доступность образцов: Образцы соединений недоступны у авторов.
Примечание издателя: MDPI сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональном принадлежности.

Ссылки
1. Гроувс М.Л. Выделение красного белка из Молока. 2. J. Am. Chem. Soc. 1960;82:3345-3350. doi: 10.1021/ja01498a029. [Перекрестная ссылка] [Google Scholar]