Lactoferrina

A presenza dunha proteína vermella que contiña ferro no leite bovino foi detectada xa en 1939;^[4] 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.^[5][6] 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.^[7]

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,^[6] 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.^[8] 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.^[1].

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.^[9][10] 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.^[11]

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.^[12]

Cada molécula de lactoferrina pode unirse reversiblemente a dous átomos de ferro, cinc, cobre ou outros metais.^[13] 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.^[14] 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.^[15] 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.^[16] A presenza de ións de cinc e cobre libres non afecta á capacidade de fixación do ferro da lactoferrina, e mesmo podería incrementala.

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.^[15] 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.^[17][18][19]

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.^[17][20] 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.

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.^[21]

A función principal da lactoferrina é secuestrar o ferro libre, e ao facelo retira unha substancia esencial para o crecemento bacteriano, o ferro.^[22] 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).^[22]

Aínda que a lactoferrina ten tamén outros mecanismos antibacterianos non relacionados co ferro, como a estimulación da fagocitose,^[23] a máis importante é a interacción coa membrana bacteriana externa que se describiu antes e tamén a máis estudada.^[24] 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.^[25][26] 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.^[27]

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.^[28]

A lactoferrina actúa (principalmente en estudos in vitro) sobre unha ampla gama de virus humanos e animais con xenomas de ADN ou de ARN,^[29] como os virus herpes simplex 1 e 2,^[30][31] citomegalovirus,^[32] VIH,^[31][33] virus da hepatite C,^[34][35] hantavirus, rotavirus, poliovirus tipo 1,^[36] virus sincicial respiratorio humano e virus da leucemia murina.^[26]

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.^[35] 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.^[29]

Ademais de interaccionar coas paredes celulares, a lactoferrina tamén se une directamente a partículas virais, como aos virións da hepatite.^[35] Este mecanismo tamén se confirmou na actividade antiviral da lactoferrina contra os rotavirus,^[26] que actúan sobre uns tipos celulares diferentes.

A lactoferrina tamén suprime a replicación viral unha vez que o virus penetrou na célula.^[26][33] 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).^[37]

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.^[38] A lactoferrina tamén actúa contra o lévedo diploide Candida albicans, que causa infeccións oportunistas orais e xenitais en humanos.^[39][40] 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.^[39] Obsérvase a acitividade antifúnxica coa incubación secuencial de Candida con lactoferrina e despois con fluconazol, pero non na orde inversa. A actividae 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.^[39]

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.^[41] 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.^[42] 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.^[43] 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.^[40]

Utilizouse a lactoferrina enriquecida con ribonuclease para examinar como afecta a lactoferrina aos ósos. A lactoferrina mostrou efectos positivos sobre a remodelación do tecido óseo. Axuda ao decrecemento da reabsorción ósea e incrementa a formación de óso. Isto estaba indicado pola diminución nos niveis de dous marcadores da reabsorción ósea (desoxipiridinolina e N-telopéptido) e por un incremento nos niveis de dous marcadores da formación de óso (osteocalcina e fosfatase alcalina).^[44] A lactoferrina reducía a formación de osteoclastos, o que significa un decrecemento nas respostas proinflamatorias e un incremento nas respostas antiinflamatorias,^[45] o que indica tamén unha redución na reabsorción ósea.

Unha das propiedades importantes da lactoferrina é a súa capacidade de unirse a ácidos nucleicos. A fracción de proteínas extraídas do leite, contén un 3,3% de ARN,^[17]e ademais, a proteína únese preferentemente ao ADN bicatenario antes que ao monocatenario. A capacidde da lactoferrina de unirse ao ADN utilízase para o illamento e purificación de lactoferrina usando cromatografía de afinidade con columnas con sorbentes que conteñen ADN inmobilizado, como agarosa con ADN monocatenario inmobilizado.^[46]

A lactoferrina hidroliza ARN e mostra ter propiedades de ribonuclease secretoria específica de pirimidina. En particular, ao destruír os xenomas de ARN, as distintas RNases do leite inhiben a transcrición inversa dos retrovirus que causan cancro de mama no rato.^[47] As mulleres do pobo parsi do oesta da India teñen o nivel de RNase do leite marcadamente máis baixo que as doutras etnias, e a súa taxa de cancro de mama é tres veces maior que a media.^[48] Deste modo, as ribonucleases do leite, entre elas a lactoferrina, poderían xogar un importante papel na patoxénese de doenzas causadas por varios retrovirus.

Demostrouse experimentalmente a actividade anticancerosa da lactoferrina bovina (bLF) en carcinoxéneses de pulmóns, vexiga, lingua, colon, e fígado en ratas, posiblemente porque actúa suprimindo os encimas de fase I, como o citocromo P450 1A2 (CYP1A2).^[49] Ademais, noutro experimento feito no hámster, a lactoferrina bovina fixo decrecer a incidencia do cancro oral nun 50%.^[50] Como a bLF non mostra toxicidade e pode obterse doadamente do leite, a bLF parece ser prometedora como axente quimiopreventivo potencial para o cancro oral. Actualemnte, a bLF utilízase como un ingrediente do iogur, goma de mascar, leite de fórmula infantil, e cosméticos.^[50]

Caracterizáronse xa polo menos 60 secuencias xénicas para a lactoferrina en 11 especies de mamíferos.^[51] Na maioría das especies, o codón de parada é TAA, e no Mus musculus é TGA. As delecións, insercións e mutacións de codóns de parada afectan á parte codificante e a súa lonxitude varía entre 2.055 e 2.190 pares de nucleótidos. O polimorfismo xénico entre especies é moito máis diverso que o polimorfismo intraespecífico da lactoferrina. Hai diferenzas en secuencias de aminoácidos: 8 en Homo sapiens, 6 en Mus musculus, 6 en Capra hircus, 10 en Bos taurus e 20 en Sus scrofa. Esta variación pode indicar diferenzas funcionais entre diferentes tipos de lactoferrina.^[51]

Nos humanos o xene da lactoferrina, LTF, está localizado no cromosoma 3 no locus 3q21-q23. Nos bois, a secuencia codificante consta de 17 exóns e ten unha lonxitude de aproximadamente 34.500 pares de nucleótidos. Os exóns do xene da lactoferrina nos bois teñen un tamaño similar aos exóns doutros xenes da familia da transferrina, mentres que os tamaños dos intróns difiren dentro da familia. As semellanzas no tamaño dos exóns e a súa distribución nos dominios da proteína indican que o desenvolvemento evolutivo do xene da lactoferrina ocorreu por duplicación.^[52] O estudo dos polimorfismos de xenes que codifican a lactoferrina axuda a seleccionar razas de gando que son resistentes á mastite.^[53]

O receptor de lactoferrina xoga un importante papel na internalización da lactoferrina; tamén facilita a absorción de ións ferro pola lactoferrina. A súa expresión xénica increméntase coa idade no duodeno e decrece no xexuno.^[54]

Os pulmóns humanos e a saliva conteñen unha ampla variedade de compostos antimicrobianos, como o sistema das lactoperoxidases, producindo o hipotiocianito (anión [OSCN]^-) e a lactoferrina, e este hipotiocianito non está presente en pacientes de fibrose quística.^[55] A lactoferrina, que é un compoñente da inmunidade innata, impide a formación de biopelículas bacterianas.^[56][57] Nos pacientes de fibrose quística obsérvase unha perda de actividade microbicida e un incremento da formación de biopelículas debido á diminución da lactoferrina.^[58] Estes descubrimentos demostran o importante papel da lactoferrina na defensa do corpo humano, especialmente nos pulmóns.^[59]

A lactoferrina co hipotiocianito ten o status de medicamento orfo (desenvolvido especificamente para tratar unha enfermidade rara) na Axencia de Medicinas Europea^[60] e na FDA dos Estados Unidos.^[61]

A lactoferrina foi utilizada na síntese de clusters cuánticos de ouro fluorescentes, que teñen aplicacións potenciais en nanotecnoloxía.^[62]

Os niveis de lactoferrina no fluído lacrimal decrecen nas enfermidades de sequidade dos ollos, como a síndrome de Sjogren.^[63] Desenvolveuse unha proba rápida portátil que utiliza a tecnoloxía de microfluídos que permite a medición dos niveis de lactoferrina nas bágoas humanas in situ, coa que se pretende mellorar o diagnóstico da síndrome de Sjogren e outras formas de enfermidade dos ollos secos.^[64]

• Uniprot
• LTF no National Center for Biotechnology Information
• FDA A lactoferrina considérase segura para loitar contra E. coli.