乳腺炎奶牛乳腺組織損傷的原因及防治措施

陳伶慧 劉靜雨 申艷超

摘要? ? 乳腺炎作為一種乳腺炎癥反應，給奶牛場造成了巨大的經濟損失。乳腺炎奶牛的乳腺組織在細菌因子和宿主免疫等作用下其上皮組織受到損傷，其相關機制有待深入研究。本文從細胞凋亡或壞死、細菌感染、中性粒細胞、血漿蛋白等方面總結了奶牛乳腺炎乳腺組織損傷的原因，并提出防治措施，以期為有效防控奶牛乳腺炎提供科學理論基礎和技術參考。

關鍵詞? ? 奶牛;乳腺炎;乳腺組織損傷;原因;防治

中圖分類號? ? S858.23;S857.2+6? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

Abstract? ? Mastitis，as an inflammation of the breast，causes huge economic losses in dairy farms.The mammary gland tissue of dairy cows with mastitis is damaged by bacterial factors and host immunity，and the related mechanisms need to be further studied.This paper summarized the causes of breast tissue damage in dairy cow with mastitis from apoptosis or necrosis， bacterial infection，neutrophils，plasma protein and other aspects，and put forward prevention and treatment measures in order to provide scientific theoretical basis and technical reference for effective prevention and control of dairy cow mastitis.

Key words? ? cow;mastitis;mammary tissue damage;cause;prevention and treatment

全世界約有奶牛2.2億頭，其中約有1/3患有各種類型乳腺炎，且以隱性乳腺炎發(fā)病率最高。每年因奶牛乳腺炎造成的經濟損失高達350億美元，僅美國一年的損失就高達20億美元以上，因而乳腺炎被稱為“奶牛場最昂貴的傳染病”[1]。乳腺炎一般由機械、物理、化學、病原微生物等引起，其中病原微生物（細菌、支原體、真菌、病毒等）感染是引起乳腺炎的主要原因。感染乳腺炎后，奶牛乳腺組織在細菌因子和宿主免疫等作用下其上皮組織受到損傷，其相關機制有待深入研究[2]。本文擬從細胞凋亡或壞死、細菌感染、中性粒細胞、血漿蛋白等方面總結奶牛乳腺炎乳腺組織損傷的原因，并提出防治措施，以期為有效防控奶牛乳腺炎提供科學理論基礎和技術參考。

1? ? 乳腺炎及上皮組織損傷的發(fā)生

1.1? ? 乳腺炎發(fā)生

乳頭管是乳腺的第一道防線，腺管中的角蛋白交聯結構提供了抗細菌滲透的物理的化學屏障。當細菌通過乳頭管進入乳腺后，細菌克服乳腺細胞—體液防御機制后，引起乳腺炎癥反應。如果擠奶后的細菌感染未完全消除，乳腺中的細菌水平最終上升并開始破壞乳腺上皮，則牛奶中體細胞數量不斷增加，組織損傷加劇。當細胞外液進入腺體并與乳汁混合時，乳汁和乳腺開始出現明顯的變化，包括外部腫脹、腺體發(fā)紅、乳汁凝固，呈現顯著乳腺炎癥狀[3]。

1.2? ? 乳腺上皮組織損傷

感染乳腺炎后，奶牛乳腺組織在細菌因子和宿主免疫等作用下其上皮組織受到損傷，依據不同感染源，不同奶牛發(fā)病的嚴重程度差別很大[4]。大腸桿菌乳腺炎的中度病例中，存在最小的組織損傷。其主要表面變異是局限于乳頭竇上皮、乳突竇及大導管，無分泌組織受到影響，而且基底膜損傷一般都是局部損傷[4]。對于葡萄球菌引起的慢性乳腺炎來說，感染后，多形核白細胞浸潤到乳腺壞死的分泌組織中，導致乳腺組織損傷，使乳泡泡間基質和乳泡上皮萎縮導致奶牛表現出乳汁合成和分泌較少[5]。在乳腺組織損傷后，位于乳腺上皮細胞的溶酶體中乙酰氨基葡萄糖苷酶從受損的乳腺上皮細胞中釋放到細胞外。因此，乙酰氨基葡萄糖苷酶活性常被用作組織損傷的標志物[6]。

2? ? 乳腺上皮組織損傷原因

2.1? ? 細胞凋亡與壞死

細胞凋亡在乳腺發(fā)育和發(fā)揮泌乳功能過程中起到重要作用。在哺乳期和哺乳后期，細胞凋亡對于去除分泌乳汁的乳腺上皮細胞至關重要[7]。Long等[8]已證實乳腺炎期間細胞凋亡的發(fā)生。對感染大腸桿菌的乳腺進行活檢以及mRNA和蛋白質分析表明，乳腺炎過程中乳腺組織損傷后，凋亡因子bax和Il-1β轉化酶上調，抗凋亡因子Bcl-2下調，凋亡上皮細胞數量顯著上升。此外，有證據表明，其他乳腺炎病原體同樣誘導細胞凋亡。例如，鏈球菌感染的乳腺炎牛，會誘導細胞凋亡和睪酮抑制前列腺黏蛋白5倍高表達[9];Bayles等[10]在體外研究表明，金黃色葡萄球菌也會引起牛乳腺細胞凋亡。當脂多糖處理奶牛乳腺上皮細胞后，上皮細胞發(fā)生細胞凋亡，泛素樣連接酶1通過過度表達抑制了 TLR4/NF-κB通路的激活，減輕了LTA誘導的ER應激、凋亡、自噬和氧化應激，從而減輕炎癥反應和上皮細胞損傷。

2.2? ? 中性粒細胞

中性粒細胞的主要功能是通過氧依賴和非氧依賴系統(tǒng)消滅病原體。當檢測到病原體侵入乳腺后，血液中中性粒細胞數量顯著上升，巨噬細胞和上皮細胞釋放出化學引誘物觸發(fā)中性粒細胞從血液向乳腺炎癥部位的遷移并殺死病原體，是早期免疫反應的標志[11]。因此，功能性PMN的存在對于宿主防御細菌病原體至關重要，被認為是乳腺的第二道防線。中性粒細胞通過多種機制防御病原體。一方面，由于PMN內顆粒含有殺菌肽、蛋白質和各種酶類，如組織蛋白酶G、巰基蛋白酶、組織蛋白酶B、酸性蛋白酶D和被釋放到吞噬液泡或細胞外環(huán)境中的髓過氧化物酶，清除感染或受損的宿主細胞和碎片，能終止急性炎癥反應[12]。另一方面，PMN擁有一系列細胞表面受體，使它們能夠粘附并通過內皮細胞遷移，識別并吞噬細菌。中性粒細胞表面受體CD14，在控制革蘭氏陰性細菌的感染方面受到相當大的關注。在體外脂多糖（LPS）感染奶牛乳腺上皮細胞過程中，PMN迅速聚集到感染區(qū)域，脂多糖與高表達CD14的中性粒細胞分泌的可溶性CD14結合，導致脂多糖中和。同時，誘導中性粒細胞中腫瘤壞死因子α和敗血癥的釋放。此外，通過可溶性CD14等增強PMN反應的重組蛋白或介導PMN凋亡的藥物來操縱PMN，可作為治療乳腺炎的新療法[13]。中性粒細胞也會導致乳腺上皮組織發(fā)生損傷，但是其確切機制尚不完全清楚。活化的血液PMN對乳腺上皮細胞具有細胞毒性[14]，可能通過釋放細胞外活性氧，如羥基自由基、顆粒酶的釋放，氧化應激會損害所有類型的生物分子（如DNA、蛋白質、脂質和碳水化合物），誘導組織損傷，干擾乳腺功能[15]。

2.3? ? 細菌

內毒素脂多糖是革蘭氏陰性菌致病性的關鍵因子。因此，乳腺內注入大腸桿菌脂多糖常用于研究大腸桿菌感染乳腺以模擬自然發(fā)生的乳腺炎的癥狀。在這過程中，能夠對乳腺上皮細胞造成直接的損傷[16]。當LPS用于誘發(fā)乳腺炎癥反應時，在乳腺中、泌乳組織以及上皮細胞中均觀察到病變，其原因可能是因為脂多糖通過MAC-T細胞（一種已建立的牛乳腺上皮細胞系）刺激IL-1的表達[17]。金黃色葡萄球菌產生的毒素破壞細胞膜，直接損傷產奶組織，導致牛乳腺壞死，而且能夠侵入乳腺上皮細胞很長時間，其導致的乳腺炎通常很難治療并易于復發(fā)。半乳糖鏈球菌同樣侵染乳腺上皮細胞，但侵襲過程并不影響哺乳動物上皮細胞的活力，但誘導細胞損傷，如乳酸脫氫酶釋放量增加[18]。大腸桿菌是引起乳腺炎的主要原因。通過乳腺上皮粘附、浸潤、反復感染，導致乳腺上皮細胞凋亡和組織損傷，而且對幾種抗菌藥物有先天抵抗力，從而增強了對這些化合物的抵抗力[19]。

2.4? ? 血漿蛋白和細胞因子

牛奶含有2種來源于血液的蛋白酶系統(tǒng)，其中一種與溶解血凝塊有關，即纖維蛋白酶;另一種防御入侵微生物，即體細胞溶酶體原。纖溶酶是優(yōu)質牛奶中的主要蛋白酶，隨著牛奶體細胞計數的增加，其他蛋白酶，包括組織蛋白酶和彈性蛋白酶也起到積極作用[20]。乳腺炎發(fā)病時，乳腺上皮的血乳屏障滲透性增加，首先導致血清成分如纖溶酶原、纖溶酶和其他酶的大量流入濃度會增加，其次是體細胞PMN大量聚集[21-22]。此外，乳腺上皮細胞還會產生表達的某些MMP和絲氨酸蛋白酶，參與纖溶酶原激活成纖溶酶[23]。血漿纖溶酶在多大程度上導致組織損傷存在爭議。中性粒細胞中基質金屬蛋白酶-9、基質溶解素-1、基質金屬蛋白酶9表達增高，可能會導致乳腺上皮細胞外基質發(fā)生改變進而影響細胞的通透性、電解質降解導致組織損傷并且使細胞死亡[22]。

細胞因子是炎癥事件的中心介質。細菌釋放強有力的毒素，刺激乳腺中的白細胞和上皮細胞分泌細胞因子[24]。在重組牛（Rb）IL-8作為潛在的治療劑治療奶牛隱性乳腺炎等方面的研究發(fā)現，乳腺內注射rbIL-8后，乳體細胞數和化學發(fā)光活性均顯著增加[25]。高水平的體細胞數和自由基誘導將導致組織損傷，而且乳腺感染后，中性粒細胞分泌細胞炎癥因子，諸如IL1B、IL6、CXCL8、TLR4和TNF基因的mRNA表達顯著上升。這些細胞因子可以促進中性粒細胞的多種功能，包括粘附、表面受體的表達、自由基的產生并釋放溶酶體成分在牛乳腺上皮細胞可以誘導細胞凋亡，但隨著濃度升高，則反而通過調控和激活中性粒細胞對組織造成損傷[24]。

3? ? 防治措施

雖然乳腺炎組織損傷的機制尚未完全闡明，但藥物干預可能會阻斷乳腺炎組織中的蛋白水解或氧化級聯，從而減少乳腺炎過程中的組織損傷。迄今為止，該領域的研究主要集中在采用不同抗氧化劑如何減少乳腺組織中自由基。當采用活化的牛中性粒細胞和免疫屏障-T細胞的共培養(yǎng)模型進行研究發(fā)現，兒茶素谷胱甘肽乙酯可部分或全部消除活化的牛中性粒細胞對免疫屏障-T細胞的損傷作用，表明抗氧化劑能夠保護乳腺組織免受中性粒細胞誘導的牛乳腺氧化應激[26]。鐵螯合劑去甲氧胺的輸注使牛奶中乳酸脫氫酶和乙酰氨基葡萄糖苷酶活性降低，表明對中性粒細胞誘導的損傷有保護作用[26]。此外，最近的研究發(fā)現，對10只奶牛經乳內接種乳酸菌，分別分析接種前及接種后1 h、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h、7 d、14 d的乳汁和血樣，發(fā)現與對照相比，增加了血液和牛奶中的IgG同種型數量并能夠識別金黃色葡萄球菌表位。由此表明，益生菌可以起到免疫調節(jié)的作用抵抗奶牛乳腺炎[27]。

4? ? 結語

目前，在理解奶牛乳腺炎的發(fā)病機制方面已取得很大進步，但該病在世界各地的乳品工業(yè)中仍然是重大的經濟問題。目前，相當多的研究關注在中性粒細胞、細菌、宿主蛋白酶和細胞因子參與乳腺組織損傷，但對乳腺組織的損傷認識仍不夠精確，有許多詳細機制尚不清楚[28]。因此，即使在最好的防控計劃下，乳腺炎仍然會發(fā)生，減少乳腺炎造成的經濟損失是一項艱巨的任務。

5? ?參考文獻

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