Naot D, Grey A, Reid IR, Cornish J. Lactoferrin — a novel bone growth factor. Clin Med Res. 2005;3(2):93-101. doi:10.3121/cmr.3.2.93
Одно из самых распространенных возрастных заболеваний — остеопороз, при котором происходит уменьшение костной массы и снижение плотности костной ткани, что повышает риск переломов. Причина болезни — дисбаланс между активностью клеток-остеокластов, разрушающих костную ткань, и активностью создающих ее остеобластов.
Основными препаратами, останавливающими процесс резорбции (разрушения) костной ткани, являются бифосфонаты и эстрогены. Однако они не способны полностью остановить потерю костной ткани и в лучшем случае уменьшают риск развития остеопороза на 50 %. Поэтому поиск более эффективных средств для борьбы с возрастной резорбцией костей костной ткани продолжается.
В частности, ученые из University of Auckland (Новая Зеландия) заинтересовались отдельными компонентами молока: этот продукт богат факторами роста и играет ключевую роль в развитии скелета у новорожденного. В ходе предварительных экспериментов на клеточных культурах некоторые фракции молочной сыворотки стимулировали рост остеобластов. В большинстве фракций был обнаружен гликопротеин лактоферрин, который стал предметом данного исследования.
Что такое лактоферрин
Лактоферрин — это крупный (80 кДа) гликопротеин (белок + углевод) из семейства трансферринов. Белки из этого семейства — хелаторы, «ловушки» для ионов железа. Они могут связывать такие ионы и переносить с током крови по всему организму.
Нормальная концентрация лактоферрина у здорового человека — 2—7 мкг/мл. Он вырабатывается многими экзокринными железами и входит в состав нейтрофилов (разновидность лейкоцитов). Тот лактоферрин, который выявляют в сыворотке крови, как раз берется из нейтрофилов. Неудивительно, что при воспалении его концентрация возрастает.
Лактоферрин задействован во множестве процессов: он обладает антимикробной активностью, влияет на рост и дифференцировку клеток, участвует в процессах развития эмбриона, образования некоторых клеток крови (тех же нейтрофилов), в производстве цитокинов (переносчиков информации в клетке), в формировании воспалительной реакции и др.
Этапы исследования и результаты
Ученые исследовали механизм действия лактоферрина в клетках костной ткани in vitro («в пробирке», на клеточной культуре) и после инъекции in vivo (на живом объекте, мыши). Были получены следующие результаты.
Лактоферрин стимулирует рост и размножение остеобластов. Лактоферрин из коровьего молока и из клеток человека метили радиоактивной меткой и смотрели, как он действует на остеобласты крысы, человека и на другие клеточные культуры (in vitro). Оказалось, что любой лактоферрин активизирует процессы пролиферации (разрастания) остеобластов. Анализировали также образование островков окостенения (остеогенных островков), для чего остеобласты должны сформировать костный матрикс и начать процесс минерализации.
Согласно полученным данным, лактоферрин в концентрациях 100 мкг/мл эффективно стимулировал количество островков и увеличивал площадь матрикса. А еще лактоферрин ингибировал (угнетал) процесс гибели остеобластов.
Лактоферрин подавляет созревание остеокластов. Эксперименты in vitro на культуре клеток костного мозга мыши показали, что лактоферрин подавляет процессы созревания остеокластов («разрушителей» костной ткани). При концентрации 100 мкг/мл он полностью останавливал их. В ходе других экспериментов выяснилось, что на уже созревшие остеокласты лактоферрин никак не влияет.
То есть, лактоферрин замедляет разрушение кости тем, что уменьшает количество зрелых остеокластов.
Лактоферрин активизирует рост костей in vivo. Эксперимент проводили на мышах. Животным вводили лактоферрин в правое полушарие в течение 5 дней подряд. Группы сравнения получали другой белок альбумин или инъекцию вовсе без белка. В то же время им несколько раз подкожно вводили флуорохромные метки, которые встраиваются в костную ткань и позволяют отследить временные этапы ее формирования.
Оказалось, что лактоферрин значительно увеличивает скорость минерализации кости и формирования костной ткани. Ученые считают, что такой эффект in vivo обеспечен как раз комбинацией стимулирующего воздействия лактоферрина на остеобласты и ингибирующего — на остеокласты, как описано выше.
Как это работает
Известно (и было подтверждено), что лактоферрин связывается с двумя разновидностями рецепторных белков: LRP1 и LRP2 — рецепторами липопротеинов низкой плотности. Это запускает процесс попадания лактоферрина внутрь остеобластов.
Белки семейства LRP — еще и сигнальные рецепторы. И они также активируют процесс фосфорилирование пары MAP-киназ — ферментов, регулирующих множество процессов, связанных с размножением.
Далее было показано, что именно LRP1 является митогенным (запускающим деление клеток) рецептором лактоферрина. То есть, лактоферрин связывается с белком-рецептором LRP1, что и запускает все события, связанные с остеобластами и остеокластами.
Выводы
Получены первые доказательства того, что лактоферрин:
• Активирует процессы роста остеобластов.
• Угнетает (ингибирует) процессы образования остеокластов.
• Увеличивает масштабы образования костной ткани.
Учитывая, что в костном мозге могут формироваться «запасы» нейтрофилов, вполне возможно локальное повышение концентрации лактоферрина до 200 мкг/мл. То есть, он может защищать костную ткань от разрушающего действия веществ, вызывающих воспаление.
Таким образом, лактоферрин обладает анаболическим (увеличивающим рост) действием на костную ткань in vivo, что обусловлено его способностью активизировать процессы пролиферации (деление клеток), дифференцировки и антиапоптоза (останавливающим разрушения) в остеобластах, а также подавлять процессы созревания остеокластов. Рецептор LRP1, который опосредует анаболические эффекты лактоферрина на костную ткань, представляет собой митогенный сигнальный рецептор остеобластов.
Лактоферрин может играть физиологическую роль в процессах роста костей, поэтому он может рассматриваться как потенциальное терапевтическое средство при заболеваниях костной ткани, таких как остеопороз, и применяться в качестве местного агента, способствующего восстановлению кости.