(北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系，北京100191)
【摘要】母乳蛋白质分为乳清蛋白和酪蛋白两大类。α-乳清蛋白和β-酪蛋白分别是母乳乳清蛋白和酪蛋白中含量最高的蛋白质。本文将对α-乳清蛋白和β-酪蛋白对婴幼儿健康影响进行综述。
【Abstract】Wheyandcaseinarethetwofractionsofproteinsthatcontainedinhumanbreastmilk.Alpha-lactalbuminandbeta-caseinarethemostabundantproteininbreastmilkwheyproteinandcasein,respectively.Thisarticlewillreviewtheeffectsofalpha-lactalbuminandbeta-caseinoninfantandtoddlershealth.
1、母乳与牛乳的蛋白质组成
蛋白质是生命的物质基础，历史上第一篇母乳成分研究1851年发表，证实人类母乳与牛乳的蛋白质含量不同。母乳蛋白质分为乳清蛋白和乳酪蛋白，其中乳清蛋白含量高，二者含量的比例称为乳清蛋白/酪蛋白比值，乳清蛋白/酪蛋白比值从初乳的80:20转变为过渡乳及成熟乳早期的60:40，完全成熟乳达50:50;而牛乳中酪蛋白含量高，乳清蛋白/酪蛋白比值为20:80。
成熟母乳的α-乳清蛋白在乳清蛋白中含量最高，占乳清蛋白总量的36%;β-酪蛋白在酪单白中含量最高，占到酪蛋白总量的68%。牛乳中两种蛋白分别占总乳清蛋白的17%和总酪蛋白的36%[1]。与母乳不同，牛乳乳清蛋白和酪蛋白中含量最高分别是β-乳球蛋白和α-酪蛋白，占总乳清蛋白的52%和总酪蛋白的50%，且这两种蛋白是引发牛奶蛋白过敏的主要过敏原[2]。
2016年Nutrients杂志报告了中国母乳α-乳清蛋白的含量变化[3]，其在5~11d（过渡乳），12~30d及1~2m（成熟乳早期）含量较高，分别为3.27，3.16，2.84g/L;到4~6月降为2.28g/L，提示婴儿出生后前6月，特别是前3月α-乳清蛋白非常关键。母乳β-酪蛋白占总酪蛋白的比例，初乳中较高，成熟乳略有下降，分别占总酪蛋白含量的67%~84%及53%~67%[4-5]即母乳β-酪蛋白对早期健康也很重要。
2、α-乳清蛋白、β-酪蛋白的营养作用
α-乳清蛋白分子量为14100道尔顿[6]，其受热易变性，将捐赠的母乳采用巴氏杀菌和超高温瞬时杀菌，与新鲜母乳（α-乳清蛋白含量4.44g/L）相比，分别降为3.7、0.95g/L[7]。人类母乳与牛乳中的α-乳清蛋白序列同源性为74%，α-乳清蛋白中含有较多的色氨酸（5%）、赖氨酸（11%）、半胱氨酸（6%）。研究者将婴儿配方粉（infantformula,IF）中的乳清蛋白更换为牛乳α-乳清蛋白，其氨基酸组成及模式与母乳近似度提高，且色氨酸、赖氨酸、半胱氨酸含量显著提高[9]，研究证实，增加α-乳清蛋白的比例，降低总蛋白质含量的IF喂养儿的血浆必需氨基酸浓度与母乳喂养婴儿相似，随机对照临床研究证实，α-乳清蛋白强化的IF喂养的婴儿生长发育情况与母乳喂养儿相似。
母乳β-酪蛋白为多磷酸化蛋白质，含有多个丝氨酸及苏氨酸残基的磷酸化位点，1985年生物化学杂志报道其含有212个氨基酸残基[10]；而牛乳的β-酪蛋白含有209个氨基酸残基,人乳与牛乳β-酪蛋白的氨基酸残基有47%的同源性，并形成酪蛋白胶束，促进酪蛋白释放，进而被消化酶作用，促进钙吸收。
3、α-乳清蛋白与婴儿健康
3.1α-乳清蛋白的促进铁、锌吸收作用
α-乳清蛋白属于钙结合蛋白，除特异性结合钙离子位点外，还有结合其他必需二价金属离子如铁、锌、锰的位点[11]，从人类母乳提取的α-乳清蛋白几乎不含铁、锌、锰阳离子，仅当α-乳清蛋白经消化产生小分子多肽后，促进小肠粘膜细胞的摄取，才能结合并促进铁、锌等金属离子吸收。与摄入普通奶粉的恒河猴幼崽相比，摄入添加牛乳α-乳清蛋白奶粉的恒河猴幼崽的铁吸收增强[12]。瑞典婴儿喂养结果相似：与喂养普通IF的婴儿相比，添加牛乳α-乳清蛋白IF的婴儿体内铁元素浓度升高[13]。将铁制剂与300mg的α-乳清蛋白联合应用，可预防孕妇贫血[14]。
3.2α-乳清蛋白调节睡眠觉醒节律
色氨酸是婴儿食品蛋白质的限制性必需氨基酸之一，血浆色氨酸被认为是婴儿配方食品蛋白质充足性的重要标志。α-乳清蛋白的色氨酸含[8]量及蛋白质质量较高[8]。膳食色氨酸影响大脑中参与调节睡眠的神经递质5-羟色胺（5-HT）和褪黑素的合成。5-HT不能穿过血脑屏障，大脑内利用色氨酸合成5-HT，婴儿口服色氨酸增加尿中5-HT和褪黑素水平。新生儿睡眠对于大脑正常发育至关重要，血浆色氨酸浓度影响睡眠模式。色氨酸是婴儿觉醒/睡眠节律必需成分，夜晚吃色氨酸强化的IF显著改善婴儿觉醒/睡眠节律。非母乳喂养婴儿喂养补充色氨酸的IF可改善婴儿睡眠，并影响神经行为发育。母乳中色氨酸的平均浓度约为2.5%，而普通IF仅含1.0%至1.5%[15]。一般情况下，IF喂养婴儿的血浆色氨酸水平低于母乳喂养婴儿[16]。
3.3强化α-乳清蛋白的婴儿配方粉改善婴儿胃肠道不适
与母乳喂养儿相比，IF喂养婴儿常发生胀气、呕吐、肠绞痛等胃肠道症状，导致孩子哭闹不止。Davis等[18]观察强化α-乳清蛋白的IF对婴儿喂养有关胃肠道症状的影响，并与母乳喂养及普通IF组相比较，普通IF组婴儿喂养有关的胃肠道症状发生率为31.3%，母乳喂养组13.6%，强化α-乳清蛋白IF组为17.2%。Dupont等[19]筛选出生后3w~3m婴儿，出生后至少哭3w，每周哭3d，每天至少哭3h，分别给与普通IF及强化α-乳清蛋白及益生菌的IF，发现喂养有关的胃肠道症状发生率普通IF组为84.6%，而强化IF组显著降低，为15.4%。Wernimont等[20]分别采用α-乳清蛋白IF、α-乳清蛋白及低聚果糖IF喂养婴儿，与母乳喂养婴儿比较，配方粉的两组均能改善婴儿的粪便硬度，促使肠道双歧杆菌增殖。
3.4α-乳清蛋白可促进母乳喂养儿乳糖酶合成
α-乳清蛋白为乳糖合成酶的组分之一[21]，其需在底物存在条件下结合半乳糖基转移酶，改变其特异性，Mg2+、Zn2+等金属阳离子在乳糖合成酶作用时中起一定作用。此外，能与半乳糖基转移酶、UDP-半乳糖结合的底物也能结合α-乳清蛋白，但产物活性差，产物的生理意义尚不清楚。乳糖合成酶需Mn2+激活，Ca2+的机制尚不清楚，但已证实Zn2+与α-乳清蛋白结合能调节乳糖合成酶的功能，且有重要生理学意义[22]。
3.5α-乳清蛋白消化后产生多种活性多肽
α-乳清蛋白为钙结合蛋白，含有α及β两个功能域，通过二级及三级结构形成立体空间结构，经口摄入后，经蛋白质消化酶部分或全部水解。
α-乳清蛋白部分水解可产生由甘氨酸、亮氨酸及苯丙氨酸（甘-亮-苯丙，Gly-Leu-Phe）组成的三肽，即GLF肽。Pellegnini等研究显示，[24]其能激活中性粒细胞，促进巨噬细胞的吞噬功能，命名为“免疫调节肽”，且牛乳α-乳清蛋白经消化也能产生与人乳相同的GLF肽；α-乳清蛋白水解还能产生其他抗菌肽，有潜在抗致病菌作用。有报道α-乳白蛋白被胃蛋白酶水解后产生的一种多肽，该种多肽体外实验可刺激双歧杆菌生长，并将其命名为益生菌样肽。Wada[25]等分别给与出生后仔鼠饲喂人乳及IF,检测受试仔鼠的小肠上、下段内容物，人乳饲喂的仔鼠，母乳中富含的α-乳清蛋白在小肠上段消化，收集的下段消化液体外可抑制大肠杆菌、肺炎球菌、金黄色葡萄球菌及念珠菌等致病菌。
消化产生的活性多肽经跨膜透过进入血液的完整肽段量很小，但生物学活性显著，如氨基酸残基同源性极高的61–68/75–80CKSSQVPQISCDKF、61–68/75–80CKDDQNPHISCDKF抑菌活性肽段分别来自人乳及牛乳的α-乳清蛋白[23]。
4、β-酪蛋白与婴幼儿健康
β-酪蛋白是母乳的主要酪蛋白，消化速度较快，牛乳α-酪蛋白的体外消化速度远低于人类母乳β-酪蛋白，动物实验显示提高β-酪蛋白的总量并不影响消化速度。模拟儿童的不同pH值（pH=3及pH=5）消化液，显示酪蛋白与乳清蛋白消化能力差异很大；pH=3时酪蛋白的消化比pH=5时更少，但乳清蛋白在pH3.0时比pH5.0消化更多[26]。牛奶蛋白质体外经胃蛋白酶消化（pH值3.5，37°C），120min后β-酪蛋白消化结束，但180分钟时还能检测到α-酪蛋白。
4.1母乳β-酪蛋白与婴幼儿发育
4.2β-酪蛋白可促进钙离子吸收
β-酪蛋白分子含一个或多个磷酸化苏氨酸或丝氨酸残基，在结构上彼此接近，可螯合钙使钙离子保持可溶状态，因而促进钙吸收[30]。β-酪蛋白消化后产生磷酸化多肽，结构呈现胶束状，可与钙离子、锌离子等二价阳离子结合[31]，也可促进钙、锌离子吸收。
4.3牛乳酪蛋白致敏问题：β-酪蛋白不是最强的酪蛋白致敏原
牛乳是主要的食物致敏原之一，总酪蛋白表现出较高的致敏性，其中αs1-,αs2-，β-和κ-酪蛋白分别占总酪蛋白的40%，10%，40%及10%，给与总酪蛋白过敏的58名儿童（平均年龄11个月）纯化的上述4种酪蛋白作为原酶免疫测定的固定抗原，检测特异性血清IgE应答，结果显示85%的患者对每种酪蛋白都呈现特异性的IgE，4种酪蛋白的致敏性排序为αs1>β>αs2≈κ，且发现对总酪蛋白过敏者的绝大多数患者对不同酪蛋白共同致敏或交叉致敏[34]。α-酪蛋白是临床上报道过敏儿童血清抗体识别的主要过敏原，临床报道关于β-酪蛋白引起过敏的数据远低于α-酪蛋白[35]。
4.4与β-酪蛋白有关的多种功能多肽
母乳含蛋白质水解酶，进入婴儿口腔前就被部分消化，产生包括活性多肽的肽类成分，对3个足月分娩新生儿奶瓶喂养母乳，显示完整母乳中的肽59%来自β-酪蛋白，而胃内容物（胃液消化）中的肽52%来自β-酪蛋白[36];该研究一方面说明β-酪蛋白易消化，另一方面也说明母乳产生的很多活性肽主要来自β-酪蛋白。有人总结源自母乳、牛乳、绵羊乳的β-酪蛋白活性肽，均与母乳β-酪蛋白有一定的位置及结构同源性，具有免疫调节、阿片受体激动剂、抗菌及降血压等功能。
5、小结
母乳α-乳清蛋白在乳清蛋白中含量最高，且出生后3月龄前母乳中含量较高。其富含色氨酸、赖氨酸及苯丙氨酸，含有两个结构功能域的立体空间结构的钙结合蛋白还能促进铁、锌等二价金属离子吸收;经过部分消化产生免疫调节肽（GLF肽）、益生元样肽、抗菌肽等活性肽成分，且能促进乳糖合成酶形成，在小肠上段消化，下段即可发挥抑制致病菌功能，对于早期肠道免疫及胃肠道发育非常重要，添加到婴儿配方粉中可改善喂养有关的胃肠道症状，一定程度影响睡眠-觉醒节律。
成熟母乳中α-乳清蛋白与β-酪蛋白呈现一定的比例，β-酪蛋白也是母乳中含量最高的酪蛋白，其消化速度比其他酪蛋白快，可促进钙吸收及婴儿发育、致敏性远远低于αs1酪蛋白。消化产生的活性功能肽在母乳和哺乳后的新生儿胃液中检测结果证实主要来自β-酪蛋白，有免疫调节、阿片受体激动剂、抗菌及降血压等作用。
总之，母乳中上述两种蛋白及其消化产生的活性功能肽的生理功能还有很多尚未证实，亟待相应研究解码其对婴儿生长发育的影响及作用机制。
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