乳腺炎奶牛乳腺组织损伤的原因及防治措施

陈伶慧 刘静雨 申艳超

摘要    乳腺炎作为一种乳腺炎症反应，给奶牛场造成了巨大的经济损失。乳腺炎奶牛的乳腺组织在细菌因子和宿主免疫等作用下其上皮组织受到损伤，其相关机制有待深入研究。本文从细胞凋亡或坏死、细菌感染、中性粒细胞、血浆蛋白等方面总结了奶牛乳腺炎乳腺组织损伤的原因，并提出防治措施，以期为有效防控奶牛乳腺炎提供科学理论基础和技术参考。

关键词    奶牛;乳腺炎;乳腺组织损伤;原因;防治

中图分类号    S858.23;S857.2+6        文献标识码    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

全世界约有奶牛2.2亿头，其中约有1/3患有各种类型乳腺炎，且以隐性乳腺炎发病率最高。每年因奶牛乳腺炎造成的经济损失高达350亿美元，仅美国一年的损失就高达20亿美元以上，因而乳腺炎被称为“奶牛场最昂贵的传染病”[1]。乳腺炎一般由机械、物理、化学、病原微生物等引起，其中病原微生物（细菌、支原体、真菌、病毒等）感染是引起乳腺炎的主要原因。感染乳腺炎后，奶牛乳腺组织在细菌因子和宿主免疫等作用下其上皮组织受到损伤，其相关机制有待深入研究[2]。本文拟从细胞凋亡或坏死、细菌感染、中性粒细胞、血浆蛋白等方面总结奶牛乳腺炎乳腺组织损伤的原因，并提出防治措施，以期为有效防控奶牛乳腺炎提供科学理论基础和技术参考。

1    乳腺炎及上皮组织损伤的发生

1.1    乳腺炎发生

乳头管是乳腺的第一道防线，腺管中的角蛋白交联结构提供了抗细菌渗透的物理的化学屏障。当细菌通过乳头管进入乳腺后，细菌克服乳腺细胞—体液防御机制后，引起乳腺炎症反应。如果挤奶后的细菌感染未完全消除，乳腺中的细菌水平最终上升并开始破坏乳腺上皮，则牛奶中体细胞数量不断增加，组织损伤加剧。当细胞外液进入腺体并与乳汁混合时，乳汁和乳腺开始出现明显的变化，包括外部肿胀、腺体发红、乳汁凝固，呈现显著乳腺炎症状[3]。

1.2    乳腺上皮组织损伤

感染乳腺炎后，奶牛乳腺组织在细菌因子和宿主免疫等作用下其上皮组织受到损伤，依据不同感染源，不同奶牛发病的严重程度差别很大[4]。大肠杆菌乳腺炎的中度病例中，存在最小的组织损伤。其主要表面变异是局限于乳头窦上皮、乳突窦及大导管，无分泌组织受到影响，而且基底膜损伤一般都是局部损伤[4]。对于葡萄球菌引起的慢性乳腺炎来说，感染后，多形核白细胞浸润到乳腺坏死的分泌组织中，导致乳腺组织损伤，使乳泡泡间基质和乳泡上皮萎缩导致奶牛表现出乳汁合成和分泌较少[5]。在乳腺组织损伤后，位于乳腺上皮细胞的溶酶体中乙酰氨基葡萄糖苷酶从受损的乳腺上皮细胞中释放到细胞外。因此，乙酰氨基葡萄糖苷酶活性常被用作组织损伤的标志物[6]。

2    乳腺上皮组织损伤原因

2.1    细胞凋亡与坏死

细胞凋亡在乳腺发育和发挥泌乳功能过程中起到重要作用。在哺乳期和哺乳后期，细胞凋亡对于去除分泌乳汁的乳腺上皮细胞至关重要[7]。Long等[8]已证实乳腺炎期间细胞凋亡的发生。对感染大肠杆菌的乳腺进行活检以及mRNA和蛋白质分析表明，乳腺炎过程中乳腺组织损伤后，凋亡因子bax和Il-1β转化酶上调，抗凋亡因子Bcl-2下调，凋亡上皮细胞数量显著上升。此外，有证据表明，其他乳腺炎病原体同样诱导细胞凋亡。例如，链球菌感染的乳腺炎牛，会诱导细胞凋亡和睾酮抑制前列腺黏蛋白5倍高表达[9];Bayles等[10]在体外研究表明，金黄色葡萄球菌也会引起牛乳腺细胞凋亡。当脂多糖处理奶牛乳腺上皮细胞后，上皮细胞发生细胞凋亡，泛素样连接酶1通过过度表达抑制了 TLR4/NF-κB通路的激活，减轻了LTA诱导的ER应激、凋亡、自噬和氧化应激，从而减轻炎症反应和上皮细胞损伤。

2.2    中性粒細胞

中性粒细胞的主要功能是通过氧依赖和非氧依赖系统消灭病原体。当检测到病原体侵入乳腺后，血液中中性粒细胞数量显著上升，巨噬细胞和上皮细胞释放出化学引诱物触发中性粒细胞从血液向乳腺炎症部位的迁移并杀死病原体，是早期免疫反应的标志[11]。因此，功能性PMN的存在对于宿主防御细菌病原体至关重要，被认为是乳腺的第二道防线。中性粒细胞通过多种机制防御病原体。一方面，由于PMN内颗粒含有杀菌肽、蛋白质和各种酶类，如组织蛋白酶G、巯基蛋白酶、组织蛋白酶B、酸性蛋白酶D和被释放到吞噬液泡或细胞外环境中的髓过氧化物酶，清除感染或受损的宿主细胞和碎片，能终止急性炎症反应[12]。另一方面，PMN拥有一系列细胞表面受体，使它们能够粘附并通过内皮细胞迁移，识别并吞噬细菌。中性粒细胞表面受体CD14，在控制革兰氏阴性细菌的感染方面受到相当大的关注。在体外脂多糖（LPS）感染奶牛乳腺上皮细胞过程中，PMN迅速聚集到感染区域，脂多糖与高表达CD14的中性粒细胞分泌的可溶性CD14结合，导致脂多糖中和。同时，诱导中性粒细胞中肿瘤坏死因子α和败血症的释放。此外，通过可溶性CD14等增强PMN反应的重组蛋白或介导PMN凋亡的药物来操纵PMN，可作为治疗乳腺炎的新疗法[13]。中性粒细胞也会导致乳腺上皮组织发生损伤，但是其确切机制尚不完全清楚。活化的血液PMN对乳腺上皮细胞具有细胞毒性[14]，可能通过释放细胞外活性氧，如羟基自由基、颗粒酶的释放，氧化应激会损害所有类型的生物分子（如DNA、蛋白质、脂质和碳水化合物），诱导组织损伤，干扰乳腺功能[15]。

2.3    细菌

内毒素脂多糖是革兰氏阴性菌致病性的关键因子。因此，乳腺内注入大肠杆菌脂多糖常用于研究大肠杆菌感染乳腺以模拟自然发生的乳腺炎的症状。在这过程中，能够对乳腺上皮细胞造成直接的损伤[16]。当LPS用于诱发乳腺炎症反应时，在乳腺中、泌乳组织以及上皮细胞中均观察到病变，其原因可能是因为脂多糖通过MAC-T细胞（一种已建立的牛乳腺上皮细胞系）刺激IL-1的表达[17]。金黄色葡萄球菌产生的毒素破坏细胞膜，直接损伤产奶组织，导致牛乳腺坏死，而且能够侵入乳腺上皮细胞很长时间，其导致的乳腺炎通常很难治疗并易于复发。半乳糖链球菌同样侵染乳腺上皮细胞，但侵袭过程并不影响哺乳动物上皮细胞的活力，但诱导细胞损伤，如乳酸脱氢酶释放量增加[18]。大肠杆菌是引起乳腺炎的主要原因。通过乳腺上皮粘附、浸润、反复感染，导致乳腺上皮细胞凋亡和组织损伤，而且对几种抗菌药物有先天抵抗力，从而增强了对这些化合物的抵抗力[19]。

2.4    血浆蛋白和细胞因子

牛奶含有2种来源于血液的蛋白酶系统，其中一种与溶解血凝块有关，即纤维蛋白酶;另一种防御入侵微生物，即体细胞溶酶体原。纤溶酶是优质牛奶中的主要蛋白酶，随着牛奶体细胞计数的增加，其他蛋白酶，包括组织蛋白酶和弹性蛋白酶也起到积极作用[20]。乳腺炎发病时，乳腺上皮的血乳屏障渗透性增加，首先导致血清成分如纤溶酶原、纤溶酶和其他酶的大量流入浓度会增加，其次是体细胞PMN大量聚集[21-22]。此外，乳腺上皮细胞还会产生表达的某些MMP和丝氨酸蛋白酶，参与纤溶酶原激活成纤溶酶[23]。血浆纤溶酶在多大程度上导致组织损伤存在争议。中性粒细胞中基质金属蛋白酶-9、基质溶解素-1、基质金属蛋白酶9表达增高，可能会导致乳腺上皮细胞外基质发生改变进而影响细胞的通透性、电解质降解导致组织损伤并且使细胞死亡[22]。

细胞因子是炎症事件的中心介质。细菌释放强有力的毒素，刺激乳腺中的白细胞和上皮细胞分泌细胞因子[24]。在重组牛（Rb）IL-8作为潜在的治疗剂治疗奶牛隐性乳腺炎等方面的研究发现，乳腺内注射rbIL-8后，乳体细胞数和化学发光活性均显著增加[25]。高水平的体细胞数和自由基诱导将导致组织损伤，而且乳腺感染后，中性粒细胞分泌细胞炎症因子，诸如IL1B、IL6、CXCL8、TLR4和TNF基因的mRNA表达显著上升。这些细胞因子可以促进中性粒细胞的多种功能，包括粘附、表面受体的表达、自由基的产生并释放溶酶体成分在牛乳腺上皮细胞可以诱导细胞凋亡，但随着浓度升高，则反而通过调控和激活中性粒细胞对组织造成损伤[24]。

3    防治措施

虽然乳腺炎组织损伤的机制尚未完全阐明，但药物干预可能会阻断乳腺炎组织中的蛋白水解或氧化级联，从而减少乳腺炎过程中的组织损伤。迄今为止，该领域的研究主要集中在采用不同抗氧化剂如何减少乳腺组织中自由基。当采用活化的牛中性粒细胞和免疫屏障-T细胞的共培养模型进行研究发现，儿茶素谷胱甘肽乙酯可部分或全部消除活化的牛中性粒细胞对免疫屏障-T细胞的损伤作用，表明抗氧化剂能够保护乳腺组织免受中性粒细胞诱导的牛乳腺氧化应激[26]。铁螯合剂去甲氧胺的输注使牛奶中乳酸脱氢酶和乙酰氨基葡萄糖苷酶活性降低，表明对中性粒细胞诱导的损伤有保护作用[26]。此外，最近的研究发现，对10只奶牛经乳内接种乳酸菌，分别分析接种前及接种后1 h、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h、7 d、14 d的乳汁和血样，发现与对照相比，增加了血液和牛奶中的IgG同种型数量并能够识别金黄色葡萄球菌表位。由此表明，益生菌可以起到免疫调节的作用抵抗奶牛乳腺炎[27]。

4    结语

目前，在理解奶牛乳腺炎的发病机制方面已取得很大进步，但该病在世界各地的乳品工业中仍然是重大的经济问题。目前，相当多的研究关注在中性粒细胞、细菌、宿主蛋白酶和细胞因子参与乳腺组织损伤，但对乳腺组织的损伤认识仍不够精确，有许多详细机制尚不清楚[28]。因此，即使在最好的防控计划下，乳腺炎仍然会发生，减少乳腺炎造成的经济损失是一项艰巨的任务。

5   参考文献

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