A lactoferrina (LF), tamén chamada lactotransferrina (LTF), é unha proteína funcional da familia da transferrina. A lactoferrina é unha glicoproteína globular cunha masa molecular de aproximadamente 80 kDa que está presente en varios fluídos segregados, como o leite, saliva, bágoas, e secrecións nasais. A lactoferrina está tamén presente nos gránulos secundarios de leucocitos PMN e segrégana certas células acinares. A lactoferrina pode purificarse do leite ou obterse pola tecnoloxía do ADN recombinante. O primeiro leite humano ou costro ten a maior concentración de lactoferrina, seguido do leite humano posterior, e despois polo leite de vaca.
A lactoferrina é un dos compoñentes do sistema inmunitario do corpo; ten actividade (bactericida, funxicida) e forma parte das defensas innatas, principalmente nas mucosas. En particular, a lactoferrina proporciona protección antibacteriana aos meniños. A lactoferrina interacciona co ADN e ARN, polisacáridos e heparina, e desempeña algunhas das súas funcións biolóxicas formando complexos con eses ligandos.
Historia A presenza dunha proteína vermella que contiña ferro no leite bovino foi detectada xa en 1939;M. Sorensen and S. P. L. Sorensen, Compf. rend. trav. lab. Carlsberg (1939) 23, 55, cited by Groves (1960) pero esta proteína non puido ser debidamente caracterizada porque non se podía extraer con suficiente pureza. Os primeiros estudos detallados sobre ela datan de arredor do ano 1960. Neles documéntase o seu peso molecular, punto isoeléctrico, espectro de absorción óptica e a presenza de dous átomos de ferro por molécula de proteína. A proteína foi extraída do leite, contiña ferro e era quimica e estruturalmente similar á transferrina do plasma sanguíneo. Por tanto, déuselle o nome de lactoferrina en 1961, aínda que o nome lactotransferrina xa se viña utilizando en publicacións anteriores, e estudos posteriores demostraron que esta proteína non estaba restrinxida só ao leite. A acción antibacteriana da lactoferrina foi tamén documentada en 1961, e foi asociada coa súa capacidade de unirse ao ferro.
Estrutura e propiedades Estrutura molecular A lactoferrina é unha das proteínas transferrina que transfire ferro ás células e controla o nivel de ferro libre no sangue e secrecións externas. Está presente no leite humano e doutros mamíferos, no plasma sanguíneo e nos neutrófilos, e é unha das principais proteínas en practicamente todas as secrecións exócrinas dos mamíferos, como a saliva, bile, bágoas e secrecións do páncreas. A concentración de lactoferrina no leite varía de 7 g/L no costro a 1 g/L no leite maduro, e no leite de vaca é de 150 mg/L..
A cristalografía de raios X revela que a lactoferrina está formada por unha cadea polipeptídica que contén uns 700 aminoácidos e forma dous dominios globulares homólogos denominados lóbulos N e C. O lóbulo N corresponde aos residuos de aminoácidos do 1 ao 333, e o lóbulo C do 345 ao 692, e os extremos deses dominios están conectados por unha curta hélice α. Cada lóbulo consta de dous subdominios, chamados N1, N2 e C1, C2, e contén un sitio de unión para o ferro e un sitio de glicosilación. O grao de glicosilación da proteína pode ser diferente e, por tanto, o peso molecular da lactoferrina varía entre 76 e 80 kDa. A estabilidade da lactoferrina foi asociada co seu alto grao de glicosilación.
A lactoferrina pertence ás proteínas básicas, o seu punto isoeléctrico é 8,7. Existe en dúas formas: hololactoferrina rica en ferro e apolactoferrina libre de ferro. As súas estruturas terciarias son diferentes; a apolactoferrina caracterízase por unha conformación "aberta" do lóbulo N e a conformación "pechada" do lóbulo C, pero ambos os lóbulos están pechados na hololactoferrina.
Cada molécula de lactoferrina pode unirse reversiblemente a dous átomos de ferro, cinc, cobre ou outros metais. Os sitios de unión están localizados en cada un dos dous glóbulos proteicos. Alí, cada ión está unido a seis ligandos: catro da cadea polipeptídica (dous residuos de tirosina, un residuo de histidina e un residuo de ácido aspártico) e dous que son ións carbonato ou bicarbonato.
A lactoferrina forma complexos de cor arrubiada co ferro. A súa afinidade polo ferro é 300 veces maior que a da transferrina. A afinidade increméntase en medios debilmente ácidos. Isto facilita a transferencia do ferro desde a transferrina á lactoferrina durante as inflamacións, cando o pH dos tecidos decrece debido á acumulación de ácido láctico e outros ácidos. A lactoferrina saturada de ferro no leite humano estímase no 10 ao 30% (o 100% significaría que todas as moléculas de lactoferrina conteñen 2 átomos de ferro). Está demostrado que a lactoferrina está implicada non só no transporte de ferro, cinc e cobre, senón tamén na regulación da súa captación. A presenza de ións de cinc e cobre libres non afecta á capacidade de fixación do ferro da lactoferrina, e mesmo podería incrementala.
Formas poliméricas A lactoferrina tanto no plasma sanguíneo coma nos fluídos secretores pode existir en diferentes formas poliméricas que van desde monómeros a tetrámeros. A lactoferrina tende a polimerizar tanto in vitro coma in vivo, especialmente a altas concentracións. Varios autores atoparon que a forma dominante da lactoferrina en condicións fisiolóxicas é un tetrámero, e a razón monómero:tetrámero é de 1:4 a concentracións de proteína de 10−5 M.
Suxeriuse que o estado oligomérico da lactoferrina está determinado pola súa concentración e que a polimerización da lactoferrina está fortemente afectada pola presenza de ións Ca2+. En concreto, os monómeros son dominantes a concentracións por debaixo de 10−10−10−11 M en presenza de Ca2+, pero convértense en tetrámeros a concentracións de lactoferrina por riba de 10−9−10−10 M. A titulación de lactoferrina no sangue corresponde a esta particular "concentración de transición" e así a lactoferrina do sangue debería presentarse tanto en forma de monómero coma de tetrámero. Moitas propiedades funcionais da lactoferrina dependen do seu estado oligomérico. Por exemplo, a lactoferrina monomérica, pero non a tetramérica, é a que se une fortemente ao ADN.
Funcións biolóxicas A lactoferrina pertence ao sistema inmunitario innato. Ademais da súa misión biolóxica principal, que é fixar e transportar ións ferro, a lactoferrina tamén ten funcións e propiedades antibacterianas, antivirais, antiparasíticas, catalíticas, anticancerosas, antialérxicas e radioprotectoras.
Actividade antibacteriana A función principal da lactoferrina é secuestrar o ferro libre, e ao facelo retira unha substancia esencial para o crecemento bacteriano, o ferro. A acción antibacteriana da lactoferrina tamén se explica pola presenza de moléculas que funcionan como receptores específicos situados na superficie celular dos microorganismos. A lactoferrina únese ao lipopolisacárido da parede celular bacteriana, e a parte que leva o ferro oxidado da lactoferrina oxida a bacteria por medio da formación de peróxidos. Isto afecta á permeabilidade de membrana e acaba orixinando a rotura da célula (lise).
Aínda que a lactoferrina ten tamén outros mecanismos antibacterianos non relacionados co ferro, como a estimulación da fagocitose, a máis importante é a interacción coa membrana bacteriana externa que se describiu antes e tamén a máis estudada. A lactoferrina non só altera a membrana, senón que tamén penetra dentro da célula bacteriana. A unión á parede bacteriana está asociada co péptido específico lactoferricina, que está localizado no lóbulo N da lactoferrina e prodúcese in vitro pola clivaxe da lactoferrina realizada por outra proteína, o encima tripsina. Un mecanismo da acción antimicrobinana da lactoferrina é que a lactoferrina afecta á H(+)-ATPase e interfire coa translocación de protóns na membrana da célula, causando un efecto letal in vitro.
A lactoferrina impide a adhesión da bacteria Helicobacter pylori na mucosa do estómago, o cal á súa vez, axuda a reducir os trastornos do sistema dixestivo. A lactoferrina bovina ten máis actividade contra H. pylori que a humana.
Actividade antiviral A lactoferrina actúa (principalmente en estudos in vitro) sobre unha ampla gama de virus humanos e animais con xenomas de ADN ou de ARN, como os virus herpes simplex 1 e 2, citomegalovirus, VIH, virus da hepatite C, hantavirus, rotavirus, poliovirus tipo 1, virus sincicial respiratorio humano e virus da leucemia murina.
O mecanismo máis estudado de actividade antiviral da lactoferrina é impedir a unión das partículas víricas ás súas células diana. Moitos virus tenden a unirse ás lipoproteínas das membranas da célula e despois penetran dentro da célula. A lactoferrina únese ás mesmas proteínas e dese modo repele as partículas víricas. A apolactoferrina libre de ferro é máis eficiente nesta función do que a hololactoferrina; e a lactoferricina, que é responsable das propiedades antimicrobianas da lactoferrina, case non mostra actividade antiviral.
Ademais de interaccionar coas paredes celulares, a lactoferrina tamén se une directamente a partículas virais, como aos virións da hepatite. Este mecanismo tamén se confirmou na actividade antiviral da lactoferrina contra os rotavirus, que actúan sobre uns tipos celulares diferentes.
A lactoferrina tamén suprime a replicación viral unha vez que o virus penetrou na célula. Este efecto antiviral indirecto prodúcese ao afectar ás células asasinas naturais, granulocitos e macrófagos, os cales xogan un papel fundamental nos primeiros estadios das infeccións virais, como no caso da síndrome respiratoria aguda severa (SARS).
Actividade antifúnxica A lactoferrina e a lactoferricina inhiben in vitro o crecemento de Trichophyton mentagrophytes, que é un fungo responsable de graves enfermidades cutáneas, como a dermatofitose. A lactoferrina tamén actúa contra o lévedo diploide Candida albicans, que causa infeccións oportunistas orais e xenitais en humanos. O fármaco fluconazol leva utilizándose desde hai tempo contra Candida albicans, o que orixinou a aparición de cepas resistentes a el. Porén, unha combinación de lactoferrina con fluconazol pode actuar contra as cepas resistentes ao fluconazol de Candida albicans e outras especies de Candida, como C. glabrata, C. krusei, C. parapsilosis e C. tropicalis. Obsérvase a actividade antifúnxica coa incubación secuencial de Candida con lactoferrina e despois con fluconazol, pero non na orde inversa. A actividade antifúnxica da lactoferricina é maior que a da lactoferrina. En concreto, o péptido sintético 1–11 lactoferricina mostra unha actividade moito maior contra Candida albicans que a lactoferricina nativa.
A administración de lactoferrina na auga para beber a ratos que tiñan sistemas inmunitarios debilitados e síntomas de aftas reducía o número de cepas de Candida albicans na boca dos animais e o tamaño das áreas danadas na lingua. A administración oral de lactoferrina a animais tamén reducía o número de organismos patoxénicos nos tecidos que están preto do tracto gastrointestinal. Candida albicans mesmo podía ser completamente erradicada cunha mestura de lactoferrina, lisozima e itraconazol en pacientes VIH positivos que eran resistentes a outros fármacos antifúnxicos. Esta acción antifúnxica cando se estima que outros axentes son ineficientes é característica da lactoferrina e é especialmente valiosa para os pacientes infectados polo VIH. Ao contrario que sobre as actividades antivirais e antibacterianas da lactoferrina, sábese pouco sobre o mecanismo da súa actividade antifúnxica. A lactoferrina parece destruír a parede celular e únese á membrana plasmática de C. albicans.
Actividade no óso