Lactoperoxidase

Das Enzym Lactoperoxidase (LPO) kommt in den meisten Tieren vor und wird im Menschen von den Brustdrüsen, Speicheldrüsen und Schleimdrüsen der Bronchien ausgeschieden. Es katalysiert die Oxidation von Phenolen und verschiedenen Anionen durch Wasserstoffperoxid. Die Reaktionsprodukte sind hochreaktive Moleküle, die toxisch auf in den Körper eingedrungene Mikroorganismen wirken. LPO ist daher ein Teil des angeborenen (unspezifischen) Immunsystems und ermöglicht die Neutralisierung von Bakterien in der Milch und anderen Schleimhautsekreten.^{[2][3][4][5][6][7][8][9][10][11]}

Lactoperoxidase
Bändermodell der Lactoperoxidase der Hausziege (Capra hircus). Das Protein ist in Regenbogenfarben dargestellt (N-Terminus = blau, C-Terminus = rot) während das Häm mit Kugeln dargestellt ist (Kohlenstoff-Atome = weiß, Sauerstoff-Atome = rot, Stickstoff-Atome = blau, Eisenatom = orange).[1]
Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur	612 aa
Kofaktor	Ca2+, Häm b
Präkursor	(712 aa)
Bezeichner
Gen-Name	LPO
Externe IDs	OMIM: 150205 UniProt P22079 MGI: 1923363
Enzymklassifikation
EC, Kategorie	1.11.1.7, Oxidoreduktase
Reaktionsart	Redoxreaktion
Substrat	Iodid, Bromid, Thiocyanat + H2O2
Produkte	Hypoiodit, Hypobromit, Hypothiocyanit + H2O
Vorkommen
Homologie-Familie	Hovergen
Übergeordnetes Taxon	Tiere
Orthologe
	Mensch	Hausmaus
Entrez	4025	76113
Ensembl	ENSG00000167419	ENSMUSG00000009356
UniProt	P22079	Q5SW46
Refseq (mRNA)	NM_001160102	NM_080420
Refseq (Protein)	NP_001153574	NP_536345
Genlocus	Chr 17: 58.24 – 58.27 Mb	Chr 11: 87.81 – 87.83 Mb
PubMed-Suche	4025	76113

Unter dem Lactoperoxidase-System versteht man die Kombination aus Lactoperoxidase und dessen ionischen Substraten, dem Wasserstoffperoxid sowie den Oxidationsprodukten. Bekannte Substrate sind Bromid- und Iodid-Ionen, aber auch das Thiocyanat-Ion. Die Produkte der enzymkatalysierten Oxidation sind stark antibakteriell wirksam, vermutlich durch Hemmung der Glucose-Aufnahme.^[12]

Struktur

Die Struktur der Lactoperoxidase besteht hauptsächlich aus α-Helices. Hinzu kommen zwei kurze antiparallele β-Faltblätter. Ein Häm-Cofaktor befindet sich nahe dem Zentrum des Apoproteins.^[1]

Funktion

Die Lactoperoxidase katalysiert die Oxidation verschiedener Sauerstoff-Akzeptoren durch Wasserstoffperoxid (H₂O₂):^[13]

• reduzierter Akzeptor + H₂O₂ → oxidierter Akzeptor + H₂O

Beispiele solcher Oxidationsreaktionen sind:

• Thiocyanat (SCN⁻) → Hypothiocyanit (OSCN⁻)^[14][15]
• Bromid (Br⁻) → Hypobromit (BrO⁻)
• Iodid (I⁻) → Hypoiodit (IO⁻)

Quelle des Wasserstoffperoxids ist vielfach die Reaktion von Glucose mit Sauerstoff in Gegenwart des Enzyms Glucose-Oxidase (EC 1.1.3.4), die ebenfalls im Speichel stattfindet. Die Glucose wiederum kann in Gegenwart des Speichel-Enzyms Amyloglucosidase (γ-Amylase (EC 3.2.1.3)) aus Stärke entstehen. Derartige Oxidationsprodukte sind hoch reaktiv und antibakteriell stark wirksam.^[11][16] Das Lactoperoxidase-System ist in der Lage, eine ganze Reihe von aerobischen^[17] und anaerobischen Bakterien,^[18] darunter auch mikroaerophile Helicobacter pylori.^[19] Der Effekt des Lactoperoxidase-Systems hängt von bestimmten experimentellen Bedingungen ab. Wenn Bakterien unter aerobischen Bedingungen auf Nähragar kultiviert werden sollen, nachdem sie dem Lactoperoxidase-System ausgesetzt waren, wachsen sie nicht. Allerdings wachsen sie sehr wohl auf Blut-Agar unter anaerobischen Bedingungen.^[20] Das Lactoperoxidase-System scheint synergistisch mit Lactoferrin^[21] und Lysozym^[22] zu agieren. Ist Wasserstoffperoxid im Überschuss zum Thiocyanat vorhanden, kann das Lactoperoxidase-System auch cytotoxisch wirken.^[20]

Anwendungen

Aufgrund der antibakteriellen Wirksamkeit des Lactoperoxidase-Systems^[23] wird es zur Konservierung von Nahrungsmitteln und Kosmetika sowie in der Augenheilkunde eingesetzt. Weitere Anwendungen finden sich in den Bereichen Zahnheilkunde und Wundbehandlung. Möglicherweise kann das Lactoperoxidase-System auch zur Bekämpfung von Tumoren und Viren eingesetzt werden.^{[24][25][26][27]}

Milch und Milchprodukte

Das Lactoperoxidase-System hemmt das Wachstum der bakteriellen Flora in der Milch und in Milchprodukten.^[28] Die Zugabe von Wasserstoffperoxid und einem Thiocyanat verlängert die Haltbarkeit gekühlter Rohmilch.^{[13][29][30][31]} Das Lactoperoxidase-System ist vergleichsweise wärmestabil und wird als Indikator für eine Überpasteurisierung von Milch verwendet.^[32]

Zahnheilkunde

Das Lactoperoxidase-System scheint auch zur Behandlung von Karies, Gingivitis und Parodontitis geeignet zu sein^[33] und wird daher als Bestandteil von Zahnpasten und Mundspüllösungen eingesetzt. Weil es das Bakterienwachstum in der Mundhöhle hemmt, hemmt es auch die Säureproduktion dieser Bakterien.^[34]

Klinische Bedeutung des Lactoperoxidase-Systems

Zahn- und Mundgesundheit

In den letzten Jahrzehnten sind eine Reihe von klinischen Studien zur Wirksamkeit des Lactoperoxidase-Systems in verschiedenen Mundhygiene-Produkten (Zahnpasten, Mundspüllösungen) veröffentlicht worden. Nachdem indirekt über die Messung experimenteller Gingivitis- und Karies-Parameter gezeigt worden war, dass Mundspüllösungen,^[35][36] welche Amyloglucosidase (γ-Amylase) und Glucose-Oxidase enthalten, das Lactoperoxidase-System aktivieren, sind aus jüngster Zeit Studien bekannt, die den Mechanismus der Schutzfunktion von Enzymen in Mundhygieneprodukten beleuchten. So werden Enzyme wie Lysozym, Lactoperoxidase und Glucose-Oxidase von den Zahnpasten auf das Pellikel übertragen. Als Bestandteil des Pellikels sind diese Enzyme katalytisch hoch aktiv.^[37][38] Ebenso hat das Lactoperoxidase-System als Bestandteil von Zahnpasten einen günstigen Einfluss auf die Vermeidung frühkindlicher Karies,^[39] indem es die Zahl gebildeter Kolonien kariogener Mikroflora herabsetzt, während gleichzeitig die Thiocyanat-Konzentration steigt. Zahnpasten mit dem Lactoperoxidase-System erwiesen sich bei Xerostomie-Patienten im Vergleich zu fluoridhaltigen Zahnpasten hinsichtlich Plaque-Bildung und Zahnfleischentzündungen als überlegen.^[40] Weitere Studien dieser Art sollten folgen,^[41] nicht zuletzt um den Mechanismus der Schutzwirkung näher zu beleuchten, welcher noch nicht genau aufgeklärt ist.^[42] Die Anwendung von Lactoperoxidase ist nicht auf Karies, Gingivitis und Parodontitis beschränkt.^[43] So kann eine Kombination aus Lysozym und Lactoperoxidase auch zur unterstützenden Behandlung des Burning Mouth Syndroms (Glossodynie) eingesetzt werden. In Kombination mit Lactoferrin wirkt Lactoperoxidase gegen Mundgeruch,^[44] in Kombination mit Lactoferrin und Lysozym trägt Lactoperoxidase zur Linderung von Beschwerden wegen Mundtrockenheit (Xerostomie) bei.^[45] Ebenso können Gele mit Lactoperoxidase bei Mundhöhlenkrebs-Patienten, deren Speichelfluss infolge von Bestrahlungen eingeschränkt ist (Xerostomie), zur Symptomlinderung beitragen und gleichzeitig die Bakterienflora günstig beeinflussen.^[46][47][48]

Zystische Fibrose

Im Speichel von Patienten mit zystischer Fibrose wird weniger Thiocyanat gefunden als in gesunden Patienten.^[49] Weil so auch weniger antibakteriell wirksames Hypothiocyanit gebildet werden kann, könnte dies ein Grund dafür sein, dass diese Patienten gehäuft unter Atemwegserkrankungen leiden.^[50][51]

Krebs

Antikörper-Konjugate mit Lactoperoxidase töten Tumorzellen ab.^[24] Makrophagen, die Lactoperoxidase ausgesetzt waren, können Tumorzellen verstärkt neutralisieren.^[25] Die Oxidation von Estradiol durch Lactoperoxidase wird als mögliche Quelle für oxidativen Stress bei Brustkrebs gehandelt.^[52][53][53] Auch Östrogen wird in Gegenwart von Lactoperoxidase oxidiert. Dabei entsteht am phenolischen A-Ring des Östrogens ein reaktives Phenoxy-Radikal.^[54] Durch die Einwirkung von Lactoperoxidase könnten carcinogene Amine so aktiviert werden, dass sie vermehrt mit DNS reagieren und so zur Bildung von Brustkrebs beitragen.^[55]

Weblinks

• MeSH Lactoperoxidase