Актуальность данного обзора обусловлена прошедшим 75-летним юбилеем открытия лактоферрина (ЛФ) [1], стремлением подвести некоторые итоги собственных 40-летних исследований этого белка [2, 3] и желанием привлечь внимание специалистов, работающих в репродуктологии, — от андрологов до эмбриологов — к исследованию Л.Ф. Этому белку ежегодно посвящены сотни работ в мировой литературе, а в России уделяется незаслуженно мало внимания.

ЛФ является членом обширной семьи трансферрина, вместе с трансферрином, овотрансферрином и меланотрансферрином, ингибиторами карбоангидразы и другими полипептидами [4]. ЛФ вырабатывается эпителиальными клетками слизистых оболочек у различных видов млекопитающих, включая человека, коров, коз, лошадей, собак и грызунов, а также обнаружен у рыб [5]. Этот многофункциональный гликопротеин обнаруживается в слизистых выделениях, в том числе слезах, слюне, вагинальной жидкости, поте, сперме [6, 7], носовом и бронхиальном секретах, желчи, моче [5], молоке и молозиве [6].

С 1969 г. известно, что ЛФ продуцируется клетками миелоидного ряда в костном мозге и затем локализуется во вторичных гранулах зернистых нейтрофилов, где вместе с лизоцимом и щелочной фосфатазой входит в состав компонентов бактерицидной системы [8, 9]. J. Miyauchi и J. Watanabe [10] изучали иммунопероксидазным методом субклеточную локализацию ЛФ в нейтрофилах человека, с помощью электронной микроскопии и обнаружили, что объем ЛФ-положительных вторичных (секреторные) гранул значительно больше в незрелых клетках костного мозга, чем в зрелых полиморфно-ядерных лейкоцитах, т. е. гранулы, содержащие ЛФ, при созревании клеток уменьшаются в объеме. Также было обнаружено, что ЛФ содержится и в комплексе Гольджи и части выростов эндоплазматического ретикулума незрелых нейтрофилов на стадии ранних метамиелоцитов и миелоцитов [9]. Таким образом, они пришли к выводу, что ЛФ является маркером степени зрелости нейтрофилов, а вторичные гранулы нейтрофилов являются секреторными, как первичные. Благодаря этим гранулам осуществляется элиминация ЛФ в экстрацеллюлярное пространство и повышение его уровня в плазме крови [11].

Первичная экспрессия гена ЛФ наблюдается на стадии 2—4 клеток при раннем эмбриональном развитии млекопитающих и продолжается до окончания стадии формирования бластоциста. Дальнейшая экспрессия ЛФ прекращается вплоть до поздней стадии созревания плода, когда этот белок начинает синтезироваться в нейтрофильных клетках крови и эпителиальных клетках пищеварительного и дыхательного трактов [12]. Во взрослом организме животного ген ЛФ экспрессируется эпителиальными клетками внутренних желез с последующей секрецией белка в слизистую и другие биологические жидкости. Наиболее высокий уровень ЛФ обнаруживается в молозиве и молоке, тогда как в слезной жидкости, слюне, кишечнике и репродуктивных тканях концентрация белка ЛФ значительно ниже [13, 14]. Кроме того, синтез ЛФ контролируется гормонами или тканево-специфическими транскрипционными факторами. Так, экспрессия этого белка в молочной железе контролируется гормоном пролактином, тогда как в репродуктивных тканях экспрессия ЛФ индуцируется эстрогеном. В кровеносной системе ЛФ синтезируется в созревающих нейтрофилах на миелоцитной стадии развития этих клеток и накапливается во вторичных гранулах этих же клеток [15].

Нуклеотидная последовательность гена ЛФ человеческого молока впервые была определена M. Rеy и соавт. [16] в 1990 г. и сравнена с аминокислотной последовательностью ЛФ молока человека, определенной ранее [17]. Филогенетический анализ генов ЛФ показывает их консервативность. Поиск гомологии проводился в последовательности нуклеотидов для ЛФ от 13 видов, в том числе 3 приматов, 7 парнокопытных, 1 свинья, 1 вида кошачьих и 1 вида мышей [18]. Попарное исследование идентичности показало сходство от 78 до почти 100%. Наиболее схожи гены ЛФ человека и шимпанзе (95—98%), но при сравнении генов человека и орангутанга идентичность достоверно ниже (79%). У других исследованных животных доля идентичности колеблется от 81 до 78%. Эти же исследователи показали, что на относительно высоком уровне 60—65% находится идентичность нуклеотидных последовательностей ЛФ и трансферрина [18].

ЛФ обладает очень высокой основностью. Его изоэлектрическая точка лежит в области рН >9,0. Это свойство обычно определяется первичной структурой и в случае ЛФ объясняется вставкой пептидного линкера между двумя долями, отличающего ЛФ от трансферрина. Исследователи предполагают образование этого линкера результатом дублирования нуклеотидной последовательности на ранних этапах филогенеза [19].

ЛФ — одноцепочечный гликопротеин, с молекулярной массой около 80 кД и содержащий 700 аминокислот. Трехмерная структура ЛФ была установлена кристаллографическим анализом с высоким разрешением и показала наличие двух гомологичных долей у этого глобулярного белка [20]. В молекуле лактоферрина выделяют N-долю и C-долю, каждая из которых имеет массу около 40 кД и связана с другой долей коротким альфа-спиральным сегментом. Каждая доля разделяется на два домена, которые обозначены как N1 и N2 домены N-доли и C1 и C2 домены C-доли. Железосвязывающий участок расположен внутри в междоменном кармане в каждой доле. Железосвязывающий участок состоит из четырех остатков (два тирозина, один аспартат и один гистидин). Железосвязывающими остатками в N-доле являются Asp60, Тир92, Тир192 и Гис253, а соответствующие железосвязывающие остатки на C-доле являются Asp395, Тир433, Тир526 и Гис595. Железосвязывающие аминокислоты координируются на ион трехвалентного железа и синергетический бидентатный карбонат-анион [21].

Каждая доля может связывать атом металла в синергии с карбонат ионом. ЛФ способен связывать ионы Fe²⁺ или Fe³⁺, а также наблюдается координирование ионов Cu²⁺, Zn²⁺ и Mn²⁺ [22].

Из-за его способности обратимо связывать ионы железа ЛФ может существовать в свободной от металла форме (апо-ЛФ) или в форме, связанной с Fe³⁺ (холо-ЛФ). Процесс связывания железа в значительной степени влияет на пространственную конфигурацию Л.Ф. Для Л.Ф. человека это изменение особенно заметно на трехмерной конфигурации N-доли. В холо-ЛФ N-доля значительно более плотно упакована, и молекула ЛФ в целом становится более устойчива к действию протеиназ [23].

Металлохелатная активность ранее считалась одним из основных свойств Л.Ф. Тем не менее ряд физиологических эффектов, которые проявляет ЛФ, включает взаимодействие этого белка с другими клеточными компонентами. Это относится к бактериальным липополисахаридам (ЛПС) [24, 25], глюкозоаминогликанам [26] и специфическим клеточным рецепторам, которые локализованы на мембранах эпителиальных и иммунных клеток [27—30]. Разнообразие типов клеточных рецепторов, которые связываются с ЛФ, а также то, что для этих рецепторов известны другие лиганды, затрудняют дифференцирование специфической активности, которую проявляет только молекула ЛФ как индивидуальный рецепторсвязывающий агент. Это относится к рецепторподобному липопротеину гепатоцитов [31], 136 кД кишечному рецептору [32] и нуклеолину [33]. Тем не менее современные исследования позволили установить, что ЛФ, взаимодействуя с клетками, вызывает модуляцию таких клеточных сигналов, как активация митогенактивирующей протеинкиназы (МАР-система), регуляцию экспрессии определенных генов и др. [34]. В ряде публикаций [35] показано, что молекула ЛФ может проникать в клеточное ядро и непосредственно активировать экспрессию генов, хотя подобные наблюдения нуждаются в дальнейшем изучении и подтверждении.

Благодаря широкому распространению в различных тканях ЛФ — многофункциональный белок. Действительно, он участвует во многих физиологических функциях, включая регулирование всасывания железа, и иммунных реакций; он также проявляет антиоксидантную активность и обладает противовоспалительными свойствами. Однако его антимикробные свойства наиболее широко изучены [36—40].

Антимикробная активность ЛФ обусловлена в основном двумя механизмами. Первый включает связывание железа в местах сосредоточения инфекции, которая лишает микроорганизмы этого микроэлемента и вызывает бактериостатический эффект. Второй механизм — прямое взаимодействие молекулы ЛФ с инфекционными микроорганизмами. В таких случаях положительно заряженные аминокислоты в ЛФ взаимодействуют с анионными молекулами на бактериальных, вирусных, грибковых и паразитарных поверхностях, вызывая лизис клеток.

Результаты изучения ЛФ в акушерской и гинекологической практике представлены в меньшем количестве работ. В обзоре А.Н. Дюгеева и А.Н. Шипулина [41] приводятся сведения об исследовании содержания ЛФ в плазме крови, влагалищной слизи, молоке, плаценте и околоплодных водах у женщин. По их данным, у молодых пациенток максимальный уровень ЛФ в плазме крови отмечается во время менструаций. При этом его содержание в вагинальной слизи после менструации значительно выше, чем до нее, соответственно 62,9—218,0 и 3,87—11,4 мкг/мл. Содержание Л.Ф. в вагинальном секрете в течение всего менструального цикла снижается у женщин, принимающих гормональные контрацептивы. В более старшем возрасте содержание ЛФ в плазме крови гораздо выше у женщин в постменопаузальном периоде, чем в пременопаузе. По мнению авторов, эти данные могут свидетельствовать о гормональной зависимости изменений концентрации ЛФ в биологических жидкостях. Опубликованы данные [42] исследования 32 медиаторов иммунного ответа в вагинальном секрете женщин, страдавших различными заболеваниями, передаваемыми половым путем (гонорея, хламидиоз, цервицит, бактериальный вагиноз и трихомониаз). Показано, что наибольшую отрицательную корреляцию с уровнем колонизации слизистой влагалища патогенами показали ЛФ и интерлейкин-1β.

Неблагоприятные исходы беременности, такие как аборт и преждевременные роды, являются следствием дисбаланса цитокинов и в наибольшей степени высокого уровня интерлейкина-6 [43]. Поэтому в акушерстве особый интерес вызывают возможности снижения уровня интерлейкина-6 в околоплодных водах. В связи с этим было показано [44], что интравагинальное применение ЛФ достоверно снижает риск абортов и преждевременных родов. Повышение уровня ЛФ в плазме крови и его корреляция с длительностью безводного периода, выявленная при преждевременных родах как у матери, так и у плода, может рассматриваться как компенсаторная реакция на повышение уровня интерлейкина-6. Это связывают с воспалительными процессами при осложненной беременности. И, действительно, повышение концентрации ЛФ в плазме крови и амниотической жидкости наблюдается при внутриматочной инфекции у беременных при повышении уровня интерлейкина-6 [45, 46] и при нефропатиях [47].

Исследование ЛФ наряду с определением уровня многочисленных маркеров воспаления (нейтрофилов, витамина C, витамина Е, продуктов перекисного окисления липидов, эластазы, С-реактивного белка, γ-глутамилтранспептидазы, гаптоглобина, мочевины, креатинина, мочевой кислоты, трансаминаз (аспартатаминотрансфераза, аланинаминотрансфераза), лактатдегидрогеназы, тромбоцитов) при нормальной беременности и преэклампсии показало, что роды индуцируют рост воспалительного ответа при нормальной беременности, а при преэклампсии пик воспалительной реакции отмечается в III триместре беременности и после родов происходит значительное снижение уровня исследованных маркеров. Особенно характерно снижение уровня ЛФ в нейтрофилах как показателя их активации [48].

Факт отсутствия ЛФ в эндометрии при некоторых видах бесплодия, а также в эндометрии во время беременности или при приеме больших доз гестагенов также свидетельствует о гормональной регуляции этого антигена в тканях [49].

В последние годы определены некоторые молекулярные механизмы регулирования функции эстрогенсвязывающих рецепторов эндометрия и генов ЛФ [50, 51].

Особенности строения ЛФ (аномально высокая изоэлектрическая точка) предопределяют и другие пути влияния этого белка на фертильность. Показана способность ЛФ образовывать устойчивые комплексы с ингибином-А, одним из факторов, определяющих уровень овариального резерва, и опосредованно снижать фертильность [52].

Кроме эстрогенсвязывающих рецепторов, ЛФ взаимодействует также с рецепторами инсулиноподобных факторов роста в тканях молочных желез, регулируя лактацию [53].

Другие исследователи [54—57] указывают на гормональную регуляцию ЛФ на модели нормальных и малигнизированных тканей молочных желез и эндометрия.

Очень мало известно о влиянии гестационного сахарного диабета (ГСД) на лактацию и компоненты молока. Последние исследования [58] предполагают, что гипергликемия во время беременности связана с изменениями иммунных факторов грудного молока. В частности, в ЛФ переходного молока уровень общего N-гликозилирования, фукозы и сиаловых кислот был выше у женщин с ГСД по сравнению со здоровыми женщинами. Известно, что изменение углеводного компонента ЛФ снижает его антимикробную и иммуномодулирующую функции [59]. Полученные результаты свидетельствуют, что нарушение регуляции глюкозы матери во время беременности имеет долговременные последствия, которые могут повлиять на врожденные иммунные защитные функции грудного молока.

Содержание ЛФ в плазме крови у беременных изучено недостаточно. Так, I. Crocker и соавт. [60], исследуя активность нейтрофилов крови, не выявили изменений в них уровня ЛФ при нормально протекающей беременности у здоровых женщин и у беременных с ревматоидным полиартритом вне обострения. При изучении продукции нейтрофилами супероксидных анионов под воздействием иммуномодуляторов у беременных женщин с преэклампсией также не обнаружено изменений количества ЛФ по сравнению с небеременными и женщинами с нормально протекающей беременностью. Отмечено лишь относительное повышение генерации супероксидов при преэклампсии [48].

Обнаружено, что ЛФ участвует в защите против инфекции и контролирует аллогенные реакции и клеточный рост. Так, C. Thaler и соавт. [61] с помощью моноклональных антител к ЛФ выявили реакцию интерстиция трофобласта базальной площадки плаценты человека и ворсинок цитотрофобласта, но не ворсинок хориона. Они пришли к выводу, что клетки трофобласта плаценты экспрессируют уникальные эпитопы Л.Ф. Такая экспрессия повышается в присутствии активированных макрофагов и является экстраэмбриональным ответом на воспаление и реакцией организма матери, направленной на защиту трофобласта. Этому не противоречат сведения о повышении концентрации ЛФ в цервикальной слизи у беременных с бактериальными вагинозами при преждевременных родах [62, 63].

Особое место занимает ЛФ в обеспечении мужской фертильности. Он входит в число 5 белков семенной плазмы, поддержание уровня которых необходимо для сохранения оплодотворяющей способности сперматозоидов [64, 65].

Исследование 10 гликопротеинов семенной плазмы, связываемых конконвалином А, показало, что при азооспермии и олигоспермии подавлена продукция только трех белков ЛФ, простатической кислой фосфатазы и пролактининдуцируемого белка. Авторы [66] рассуждают о потенциальной возможности использования определения уровня этих белков в прогнозе развития идиопатического бесплодия. Идиопатическая астенозооспермия рассматривается как одна из причин мужского бесплодия и характеризуется снижением подвижности сперматозоидов. Для лучшего определения патогенетических механизмов астенозооспермии исследовали экспрессию белков в нормальных сперматозоидах и при идиопатической астенозооспермии. Шестнадцать белков были исследованы и уровень ЛФ наряду с еще 5 белками был определен как маркер идиопатической астеноспермии с уровнем отрицательной корреляции 0,76. Примечательно, что исследование с помощью полимеразной цепной реакции не показало корреляции экспрессии гена ЛФ и уровня этого белка [67].

Другие исследователи [68] подошли к проблеме мужского бесплодия с позиций влияния окислительного стресса на развитие этого состояния. Они исследовали протеом семенной плазмы и сперматозоидов, состоящий из более чем 50 белков, и показали отрицательную корреляцию экспрессии ЛФ и еще 4 белка на мембране сперматозоидов и степенью окислительного стресса (в частности уровня активных форм кислорода и перекисей).

Дальнейшие направления исследований связаны с расширением сообщества белков протеома семенной плазмы и сперматозоидов и, с другой стороны, вычленением наиболее важных и репрезентативных белковых компонентов этих протеомов для формирования уникальных протеомных профилей при различных нарушениях фертильности.

Таким образом, функция ЛФ при различных физиологических и патофизиологических процессах представляется многообразной. Это дает основание для использования иммунохимических тестов на ЛФ наряду с другими белками в комплексной диагностике, лечении, прогнозе и профилактике самых различных нарушений репродуктивной функции.