牛初乳中生物活性成分的研究进展

牛初乳中含有大量的免疫调节因子和生长因子,这些生物活性成分具有免疫调节等一系列的生物学功能。本文综述了牛初乳中主要生物活性物质-免疫球蛋白、乳铁蛋白、胰岛素样生长因子的生物学功能、免疫调节以及提取利用方面的研究现状。
【作者单位】：天津商业大学天津市食品生物技术重点实验室 天津300134
【关键词】：牛初乳;免疫球蛋白;乳铁蛋白;胰岛素样生长因子;生物活性
【基金】：国家自然科学基金项目(30471225)
【分类号】：TS252.1
【DOI】：CNKI:SUN:SPKX.0.2007-09-150
【正文快照】：
牛初乳功能性研究的迅速进展使之从众多功能性食品中脱颖而出,如今牛初乳已经是一种相当有前景的提高机体免疫力的功能性食品。2000年被美国食品科技协会(IEF)列为21世纪最佳发展前景的非草药类天然健康食品,有“免疫之王”、“乳黄金”之称,现已成为新一代功能性食品资源库。1牛初乳食用史人类实际利用牛初乳的历史远远早于对它的研究探世纪末,科学家发现了初乳对新生幼仔存活和生长发育的意义,此后,牛初乳研究逐步深入。1955年牛初乳制品(免疫乳)被用于治疗疾病。20世纪70年代大量喂养实验证明牛初乳的优质抗病地位。1990年前后科学家才…
Review on Development of Bioactive Components in Bovine Colostrums
YU Li-qin;PANG Guang-chang(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology;Tianjin University of Commerce;Tianjin 300134;China)
Bovine colostrum contains large amounts of the immune regulatory factors and growth factors,which provided with a series of biological functions,such as immune regulation.This paper discusses the status quo of the main bioactive substances in the biological function,immunomodulatory activity,extraction and application of the immunoglobulin,the lactoferrin and the Insulin-like growth factor.
【Keyword】：bovine colostrums;lactoferrin;immunoglobulin;insulin-like growth factors;biological activity
牛初乳功能性研究的迅速进展使之从众多功能性食品中脱颖而出，如今牛初乳已经是一种相当有前景的提高机体免疫力的功能性食品。2000年被美国食品科技协会列为21世纪最佳发展前景的非草药类天然健康食品，有“免疫之王”、“乳黄金”之称，现已成为新一代功能性食品资源库。
1、牛初乳食用史
人类实际利用牛初乳的历史远远早于对它的研究探索。早在几千年前，印度制造牛初乳糖果，被民间视为灵丹妙药，倍受推崇至今。在北欧牛初乳布丁及其覆有蜂蜜的甜品已有一百年历史。在青霉素及其他抗生素出现以前，美国人也将牛初乳用作抗病食物。十八世纪末，科学家发现了初乳对新生幼仔存活和生长发育的意义，此后，牛初乳研究逐步深入。1995年牛初乳制品（免疫乳）被用于治疗疾病。20世纪70年代大量喂养实验证明牛初乳的优质抗病地位。1990年前后科学家才开始从功能性食品角度关注牛初乳开发问题，整理出大量有关研究报告，确认了它作为卓越天然抗病食物的地位，牛初乳可直接用于制造免疫及其他功能性的食品。BernardＪｅａｎｓｅｎ博士的专著，描述了牛初乳房的神奇功效，使用牛初乳有助于维持和恢复免役系统的健康，因而备受关注。
２、牛初乳中生物活性成分
初乳是指奶牛分娩后７ｄ内特别是３ｄ内所分泌的乳汁，新鲜初乳色泽黄而浓稠、酸度高，具有特殊的乳腥味和苦味。牛初乳除含有与常乳相同的常规成分（蛋白质、碳水化合物、矿物质、维生素等）外，更重要的是含有大量的生物活性物质，含量比常乳高１０－１００倍。主要包括免疫球蛋白、乳铁蛋白、乳过氧化物酶、胰岛素、溶菌酶以及表皮生长因子、转化生长因子、胰岛素样生长因子、白细胞介素－１Ｂ、白细胞介素－６、干扰素－Ｙ、脑瘤坏死因子－ａ等各种细胞因子，这些细胞因子虽然在初乳中含量甚微，但却具有重要的生理功能，如抗感染、抗肿瘤、免疫调节等，特别是在对肠胃道的保护方面，显示了神奇的作用。
初乳是哺乳动物提供给幼仔的最初食物，其功能性成分保障了动物幼仔的健康成长，作为人类的功能性食品，具有很高的运用价值。这些生理活性成分具有免役调节、延缓衰老、促进生长发育、抑制肿瘤等一系列的生物功能，不仅可以制造功能食品，而且还具有开发天然活性生物药物的巨大潜力。
为开发牛初功能性食品，采取某种特殊分离技术，从牛初乳中分离出其中的免疫球蛋白、乳铁蛋白、胰岛素样生长因子等生物活性组分，制备成添加剂来强化食品。作为牛初乳添加剂的生产原料应取自洁净、无污染的牧场，一保证产品的质量安全。可采用特殊选育技术，挑选高免疫力、无抗生素污染的健康乳牛，促使其受孕，生产，采集其初乳汁为原料进行分离和提纯。
２.１免疫球蛋白ＩｇＧ
免疫球蛋白是一类具有增强抗菌、免疫功能的活性蛋白质，是人类特别是婴儿健康所需的生理活性物质。根据中链稳定区氨基酸序列的不同可将免疫球蛋白非为五大类，免疫球蛋白是牛初乳中最隐忍注目的免疫因子，牛初乳中免疫球蛋白含量为５０～１５０ＭＧ／ＭＬ，是人初乳的５０倍，其中ＩｇＧ是牛初乳中含量最高的ＩｇＧ，在初乳中ＩｇＧ
的含量为５０～９０，约占百分之八九十，是常乳中含量的１００倍以上，分子量约１５０ｋＤ，有４个亚类。它能部分取代人类ＩｇＡ的功能。
２.１.１免疫球蛋白的生物学活性
免疫球蛋白具有多种生物活性功能，ＩｇＧ最主要功能是通过与细菌、病毒等抗原进行特异性结合而使之丧失在机体内的繁殖能力，ＩｇＧ同时能促进巨噬细胞的吞噬作用，并具有激活补体、通过特殊的杀伤细胞：ＮＫ细胞和巨噬细胞，表面携带的抗体ＦＣ受体与抗体包被的耙细胞结合，发挥抗体依赖细胞介导的细胞毒作用等多种生物学活性。同时ＩｇＧ也是唯一能够从母体通过胎盘转移到胎儿体内的Ｉｇ，是胎儿和新生婴儿抗感染免疫作用的主要来源。将ＩｇＧ添加到婴幼儿配方奶粉、保健品食品中，对于改善婴幼儿、中老年人及免疫力低下的人群的健康有重要意义。
免疫球蛋白ＩｇＧ是一种糖蛋白，Ｎ端糖链的存在对ＩｇＧ功能的表达起到关键作用，通过研究在去除半乳糖残基、海藻糖残基、唾液残基前后ＩｇＧ的功能已经证明ＩｇＧ的不同糖基在保护机体免受传染性疾病具有不同的功能。近年来，对ＩｇＧ的研究主要集中Ｎ端糖链的研究上，ＩｇＧ重要通过Ｆｃ段与免疫细胞上的受体结合而发挥ＡＤＣＣ作用，Ｙａｍａｇｕｃｈｉ等通过核磁共振研究了糖基的清除对Ｆｃ段三维结构的影响，发现在连续除去半乳糖、Ｎ－乙酰氨基葡萄糖残基后Ｆｃ短的三维机构只发生很小的变化。
免疫球蛋白ＩｇＧ具有双重身份，他们有时处于支持发炎的作用，有时处于抵抗发炎的作用，新研究显示ＩｇＧ是通过修饰Ｆｃ段的糖基来实现其身份的转变，ＩｇＧ　Ｆｃ段唾液酸化后获得抗炎特性，因此，ＩｇＧ　Ｆｃ段唾液酸化后可能是ＩｇＧ从恒定态时具有先天抗炎作用到遇到抗原入侵产生获得性促炎作用转换的开关。对ＩｇＧ不同糖基及其功能的研究ＩｇＧ在医药方面的应用起到重要作用。
２.１.２免疫球蛋白发分离方法
据蛋白质的分子大小、电荷多少、溶解度以及免疫学等特征，常用的有盐析法、有机溶剂沉淀法、有机聚合物沉淀法、亲和层析法等。为了获得较纯的产品经常几种方法连用。曾用于大规模生产的方法主要有：冷乙醇分离法、盐析法和柱层析法等，应用较多的为硫酸铵盐法和冷乙醇分离法。目前，国际上常用冷乙醇法有两种，一种是美国等主要使用的Ｃｏｈｎ－Ｏｎｃｌｅｙ法，另一种是西欧等国主要使用Ｋｉｓｔｅｒ和Ｎｉｓｃｈｍａｎｎ法。
在ＩｇＧ的分离过程中在工艺上要防止ＩｇＧ的生物活性，为此应仔细设计热处理工艺，在保证杀菌效果的前提下，尽量降低产品的受热强度。同时，对已经分离的ＩｇＧ可采用微胶囊技术将其包埋，可能防止酸碱变性，增加稳定性。若无微胶囊保护，需采用较高浓度蛋白质配方，最好加入变性程度低的乳清蛋白。同时，必须针对不同人群，采用不同的开发策略，获得不同形式的牛初乳添加剂。
２.２乳铁蛋白
乳铁蛋白１９６０年首先由Ｇｒｏｖｅｓ从牛初乳中分离所得，它是一个大约由７００个氨基酸构成，分子量约为８０ｋＤ，的单体糖蛋白。它在乳汁，尤其是在初乳中的含量很高。除了乳房组织分泌以外，还广泛存在于唾液、泪液等外分泌液或血液、中性类细胞中。乳铁蛋白在牛初乳中的含量约为１１５～５１０ｍｇ／ｍｌ，是常乳的５０倍。
２.２.１乳铁蛋白的生物学功能及应用
乳铁蛋白除了作为氨基酸的膳食蛋白源，还具有许多独特的生物学功能，主要有：具有广谱的抗菌效果；对人体肠道菌群有改善作用、促进肠道菌群的平衡；免疫调节作用；抗氧化作用；作为生长因子、抗炎症、抗病毒、抗癌症作用等。
ＬＦ具有的抗病毒活性，用作药物载体它们可以将药物直接运达耙细胞从而减少用药量，降低毒副作用。乳铁蛋白具有广泛而独特的生物学功能和理化特性，在饲料工业中应用前景十分广阔。
乳铁蛋白在国外生产的婴幼儿配方奶粉中早已被应用。早乳制品中也广泛应用，如酸奶、婴幼儿奶粉。在我国，卫生部国家标准《食品添加剂使用卫生标ＧＢ２７６０－１９９６》２００４年增补品种中批准允许婴幼儿配方奶中添加乳铁蛋白，添加量的允许范围是０.３～１ｍｇ／ｇ。
２.２.２乳铁蛋白免疫调节作用方面的研究
早在上个世纪８０年代报道，由单核细胞因子产生的乳铁蛋白释放因子能以计量依赖方式，使噬中性粒细胞中的一些特殊颗粒释放乳铁蛋白，而不影响初级噬中性粒细胞的释放。这些研究成果，解释了感染期间血清中乳铁蛋白升高的原因。使我们对乳铁蛋白在宿主抗感染免疫中的作用有了进一步的了解。
乳铁蛋白（ＬＦ）可被视为抗炎因子，血清中乳铁蛋白的浓度升高可作为炎症反应的一个指标。乳铁蛋白还具有促进中性白细胞对受伤部分的吸附和聚集、增加粒细胞、粘性、促进细胞间相互作用、调节免疫球蛋白分泌、参与调节机体免疫耐受能力、抑制补体系统激活已有的补体途径等功能。
目前对乳铁蛋白的研究已经非常广泛和深入，现在对他的研究热点主要集中在活性乳铁蛋白的开发应用和用转基因技术高效表达人乳乳铁蛋白两个方面。
2.2.3牛乳铁蛋白分离方法
牛乳铁蛋白分离纯化方法较多，有吸附色谱法、离子交换色谱法、亲和色谱法、固定化单克隆抗体法、超滤法、盐析法等。
吸附色谱法、离子交换色谱法、亲和色谱法、固定化单克隆抗体法能分离出高纯度的乳铁蛋白，但因其成本昂贵、效率低等缺点，难以实现工业化生产。
超滤法操作简便，费用相对低，易于形成工业化规模，其缺点是Lf纯度教低，膜需要经常清洗。此法是生产食品用Lf最具实现工业化潜力的方法之一。此外，盐析法和有机溶剂沉淀法也是分离蛋白质常用的方法，相对于目前报道所用的离子交换层析和凝胶层析方法比较简单，易于操作，而且成本相对较低，适用于保健品和食品添加剂等纯度要求不高的行业。
2.3胰岛素样生长因子IGF-I
胰岛素样生长因子IGF-I是牛初乳中含量最丰富的多肽类生长因子。体内几乎所有组织都可产生IGF-I，但血清中的IGF-I主要是由肝脏合成。初乳中也存在大量的IGF-I，一般认为，乳中的IGF-I来自血浆滤过和乳腺组织合成。在牛初乳中还存在一种N端缺失3个氨基酸残基的短型IGF-I，也称为截断型IGF，它与结合蛋白结合能力较弱，其活性为经典IGF-I
的1.4~10倍。
2.3.1胰岛素样生长因子IGF-I的生物学功能及应用
IGF-I的产生主要是由生长激素（GH）刺激的。IGF-I是生长激素（GH）合成和促有丝分裂的介质，IGF以内分泌，自分泌及旁分泌等作用形式，促进细胞分化，刺激RNA、DNA的合成和细胞增殖，它还可以促进软骨组织和其他各种骨髓外组织细胞有丝分裂，并能刺激一些组织细胞分化后功能的表达。IGF-I具有胰岛素样代谢作用，抑制肝糖释出，增加葡萄糖摄取和转化，抑制脂肪和分解，减少游离脂肪酸和氨基酸的血液浓度，促进脂质和糖原及蛋白质的合成，对糖尿病及其并发症具有较好的治疗效果。
经研究发现，IGF-I可用于多种疾病的治疗，如1.2型糖尿病。此外，IGF-I对肌肉、心血管系统、肝、肾、肾上腺、消化系统、脑、肿瘤细胞生长都有重要作用。李旭敏、曹劲松研究表明口饲胰岛素样生长因子具有降低血糖水平、增强机体免疫力、调节动物肠道菌群，促进肠胃生长发育或肠道组织创伤的愈合等独特的生理功能。因此，IGF-I作为一种天然、理想的功能因子，正引起当今医药界、食品界的高度关注。
2.3.2胰岛素样生长因子IGF-I的分离
目前IGF-I分离的方法主要有Francis等运用酸萃取-离子交换色谱-高压液相色谱法、酸萃取-离子交换色谱-硅胶村C18浓缩-反相高压液相色谱法、碱性稀释超滤法。由于胰岛素样生长因子含量低，提纯比较昂贵而且提纯工艺比较复杂，因此要得到高纯度的产品并实现工业化生产，对分离纯化的方法还有待进一步探索。
3牛初乳的免疫调节作用
牛初乳中富含的多种免疫调节因子，能够为机体提供很好的被动免疫，尤其是免疫力低下和体弱多病者。各种研究结果显示，肿瘤病人放、化疗后给予牛初乳粉胶囊对病人的一般生化指标及肝、肾功能无不良影响，而免疫功能指标CD3细胞、NK细胞活性及IgA的数量都有所增加。
肠胃道免疫组织是人体免疫系统中的一个重要器官。肠胃道的免疫功能主要由肠道黏膜免疫分子共同组成。牛初乳发挥免疫功能的主要部位就是在肠胃内。牛初乳对肠相关淋巴组织有一定的免疫调节作用。
Kenji Kidhohara 等研究了长期和短期口服牛初乳后对肠局部免疫的作用，认为长期服用牛初乳可能会通过抑制肠内Th2型反应从而减少变应性病和阻止传染病感染。
4结论
牛初乳中含有大量的免疫调节因子和生长因子，并具有特定功能，牛初乳能增强幼畜被动免疫，具有消除疲劳、延缓衰老、保护机体健康，提高机体免疫力功能等。但牛初乳中生物活性物质发挥作用的机理还有待进一步研究，人体的免疫系统是一个非常复杂的网络系统，在口服牛初乳后，牛初乳中的大量免疫调节因子可能就是通过细胞因子网络来调节机体的免疫系统，将牛初乳中的生物活性物质提取出来，通过不同给药途径，研究其对由免疫细胞产生的不同细胞因子的影响，将会是揭开牛初乳众多生物学功能的一个很好的思路，虽然其对细胞因子网络的影响至今还很少进行系统研究，但是几乎可以肯定的是，它们可能正是通过调节细胞因子网络来实现其多种生物学功能的，牛初乳中生物活性物质通过对细胞因子网络的作用对机体的免疫系统、代谢网络、信息传递系统和神经生理、内分泌系统的作用也是不可忽视的。牛初乳摄入体内后，对机体健康的作用应该理所当然地放到细胞因子网络中来进行系统评价。
牛初乳作为一种天然食品， 营养丰富，它不同于药物，它在发挥自身生物功能的同时不会对机体产生副作用，我国牛初资源丰富，随着对牛初乳研究的深入和现科技的进步，它的开发利用将带来可观的经济效益，牛初乳在功能食品中的应用必将有更加广阔的前景。
美国营养研究中心CNR［Center for Nutritional Research］发表的有关初乳的功能信息
1．               美国政府在亚特兰大的疾病控制中心研究证实初乳中含有广泛的抗病因子——各种病毒的抗体。（医学病毒学杂志）。
2．               初乳中含广泛的非特异性抑制剂，可抑制呼吸道疾病如感冒病毒特别来自动物的变异株——亚洲流感。（热带儿科学杂志）。
3．               初乳中的一种糖蛋白可抑制引起胃溃疡的幽门螺旋标杆菌的粘附，初乳还含有细胞介素-10［一种很强的炎症抑制剂］，发现初乳能显著降低关节的及创伤的炎症。
4．               初乳能刺激新生儿免疫系统的发育并加速淋巴细胞的成熟。（科学新闻）。
5．               人体临床研究口服初乳帛制剂是一种防止肠道病［由细菌引起的］的有效的被动免疫方法。（儿科研究）
6．               对成年人志愿者研究证实初乳中的抗体在体内分泌的消化液中保存了生物学活性，口服初乳达到了被动，此法可用来防治急性肠炎，微生物和优越传染病免疫生物学。
7．               初乳口服可激发免疫缺损的人与老年人的淋巴组织发育，安全有效，简便无副作用在医学上可用于纠正免疫缺损。［生物学杂志］
8．               口服初乳的免疫球蛋白可有效的降低和防止免疫力低下的人群感染病毒的细菌，如骨髓移植病人，中产儿，爱滋病人等等。［新英格兰医学杂志］。
9．               研究报导口服初乳制剂能激发淋巴细胞成熟和产生抗体，促使白细胞生长和分化，同时它能增加活化型巨噬细的数量。玛结尔大学　　蒙特利尔［加拿大］；科技新闻。
10．           初乳免疫球蛋白已成为功的用于治疗：低血小扳性贫血，贫血，中性细胞减少病，重症肌无力，急性感染性多发性神经炎，多发性组织硬化病，系统性红班狼疮，风湿性关节炎，大泡症，川崎病，慢性疲劳症，柯龙病等等。［新英格兰医学杂志］。
11．           初乳中的ＰＲＲ富脯肽具有胸腺激素相同的调节免疫系统的活性，它对免疫力低下的人可以活化免疫系统提高机体的抗病能力，对免疫力失调如自身免疫病，过敏反应等，它具有抑制调节作用使机体的免疫系统恢复正常ＰＲＰ．具有强的抗炎症的作用，它同样显示能激活Ｔ细胞的前身使演化成邦助型Ｔ细胞的抑制型Ｔ细胞。［分子免疫］。
12．           ＰＲＰ富脯肽没有种簇特异性，它可使白细胞形成Ｔ细胞可治疗自身免疫病及肿瘤，ＰＲＰ对免疫系具有双向调节功能，对免疫力低下的人可激发免疫力，增强抗病能力，对免疫力失控的可抑制调节免疫力达到正常。［免疫学报］。
13．           牛初乳含ＴＧＦ－［转化生长因子］，能抑制癌细胞的生长，对骨癌细胞的抑制达７５％激发间质细胞的生长，及血管的生长和分化，ＴＧＦ－还修复心肌和血管创伤，加速创伤的愈合。［日本Kanazawa大学肿瘤研究所］。
14．           仅在初甩中含有的视黄酸可防止和降低疱疹病毒感染，使疱疹病毒降低到万分之一的水平，此时人体免疫系统可以轻而易举的扫除疱疹病的暴发，［实验造物学，科学］。
15．           在初乳中的生长因子对促进创伤愈合很有效如内外科手术的应用。［科学］。
16．           研究发现初乳中的ＩＧＦ－１［类胰岛素生长因子－１］能促进骨髓和肌肉的生长和神经的再生，并发现口服初乳制剂可有效的治疗骨髓，肌肉的神经的损伤。［瑞典斯堪的纳维亚儿科学报］。
17．           人体与高龄相联系的是ＧＨ［生长素］分泌的下降，血清ＩＧＦ－１的水平下降，口服初乳制剂增加ＧＨ的分泌提高血清ＩＧＦ－１的水平，使骨密度增加，肌肉增加，脂肪减少，从而使人年轻化［哥圣堡大学病理和药学系］。
18．           初乳含有多种生因子且含有很高，它们促进一般细胞生长和一般细胞的ＤＮＡ合成，［比较生化生理学］。
19．           医药上慢性创伤的愈合是个大问题，而初乳含有许多生长因子，Ｄrs.Bhora.等认为生长因子在促进伤口愈合上起很重要的作用，事故创伤和外科手术创伤用初乳可加速愈合，建议用初乳生长因子治疗。［外科研究杂志］。
20．           初乳中的软骨诱导因子－Ａ，可激发软骨修补［生物化学杂志］。
21．           临床研究发现在牛初乳中的免疫球蛋白igE在调过敏免疫反应中具重要作用［微生物学］。
22．           初乳中的各种免疫球蛋白可中和大部分有害的细菌，病毒的酵母，［纽约科学年鉴］。
23．           初乳制剂能激发人体的天然免疫力，降低体内ＨＩＶ病毒水平，［科学美国人］。
24．           初乳含有视黄酸可帮助人体抵抗疱疹，初乳还含有糖蛋白，［Ｋappa casein K 酪蛋白］它防止细菌［函门螺旋杆菌－注］引起胃，十二指肠溃疡。［科学新闻］。
25．           在初乳中含量很高的乳铁蛋白，它们使食物的铁进入血液中是必需的，没有它们食物中的儿就不能吸收［生物化学］。
牛初乳重要文摘   2001年7月31日
1.               牛初乳含IGF-I比人初乳高10倍。摘自Royal Body cane公司的First food-colotrum介绍。
2.               富脯肽在初乳中含量很高，可对免疫双向调节。摘自Royal Body cane公司的First food-colotrum介绍。
3.               IGF-I刺激T细胞的产生，刺激肌肉生长，调节血糖。
4.               低聚糖（在初乳中含有）防止细菌黏附于粘膜。  摘自Royal Body cane公司的First food-colotrum介绍。
5.               初乳中的乳清酸可使用红细胞保持完整。摘自Royal Body cane公司的First food-colotrum介绍。
6.               初乳中的白细胞能刺激机体产生干扰素。摘自Royal Body cane公司的First food-colotrum介绍。
7.               牛初乳IGF-I第一次挤乳的乳中为218-1850ng/ml.TGF-I为12.1-42.6 ng/ml。
8.               牛初乳抑制两种幽门螺菌对肠胃的结合。
9.               牛初乳提高训练运动员血清IGF-I的水平。
10.            牛初乳含有较多2-巨球蛋白。
11.           副甲状腺素类似蛋白在牛初乳中。