UFL1在LPS诱导的奶牛乳腺炎中的作用及其调控NF-κB炎症信号通路的分子机制

Mastitis is the most frequent, costly and complex disease of dairy cows, which poses a great threat to the development of dairy industry and brings huge economic loss. UFL1 (ubiquitin-like modifier 1 ligating enzyme 1) was reported to function as a UFM1 E3 ligase in ufmylation (Ufm1-mediated conjugation). It has recently been identified by independent studies as an important regulator of NF-κB signaling and cellular stress response, but little is known about its function in bovine Mammary epithelial cells. We have found that the expression of UFL1 was significantly higher in mastitis-infected mammary tissues than those in normal mammary tissues, indicating that UFL might play an important role in bovine mastitis resistance. Therefore, the objective of this project is to study the underlying role of UFL1 in Mastitis of dairy cows, and clarify the mechanism of UFL1 on mastitis of dairy cows via NF-кB signaling pathway in order to find a new approach to develop anti-inflammatory medicine for sub- and clinical mastitis and to breed mastitis resistance dairy cattle.

乳腺炎是复杂、频发且难以治愈的一种疾病，给奶牛业带来了巨大的经济损失。奶牛乳腺上皮细胞是乳腺防御病原菌入侵的第一线，在受到革兰氏阴性细菌内毒素脂多糖(LPS)刺激后，激活TLR4/NF-κB炎症信号通路，导致炎症发应发生。前期研究发现抑制NFкB的活性可以有效减轻炎症反应。泛素折叠修饰蛋白1的特异性连接酶1(UFL1)不仅是细胞应激反应的关键调节因子，还能够抑制NF-κB转录因子的活性，在NF-κB信号途径调节中发挥重要作用。在此基础上，我们发现经LPS处理后乳腺上皮细胞中UFL1表达水平上升，但其在乳腺炎症反应中的具体作用尚不清楚。本项目拟以乳腺上皮细胞和UFL1敲除小鼠为研究对象，开展UFL1抗乳腺上皮细胞炎性损伤及其调控NF-κB信号通路分子机制的研究，以阐明UFL1在乳腺炎中的作用及作用机制，为奶牛乳腺炎临床治疗新药物的研发和抗病育种研究开拓新途径。

乳腺炎是复杂、频发且难以治愈的一种奶牛疾病，给奶牛生产业造成了巨大的经济损失。UFL1是新发现的一种功能活跃的蛋白质，不仅能抑制核转录因子NF-κB的转录活性，还是细胞应激反应的关键调节因子，对分泌型的奶牛乳腺上皮细胞稳态有重要影响。本研究以UFL1全身性条件敲除小鼠（UFL1 KO mice）和奶牛与小鼠乳腺上皮细胞为研究对象，从体内、体外两个水平分析UFL1对LPS诱导的小鼠乳腺炎及乳腺上皮细胞炎症反应的影响，明确UFL1在乳腺炎中的作用并阐明UFL1调控乳腺炎中NF-κB炎症信号通路的分子机制。研究结果显示：（1）UFL1可以有效缓解LPS诱导的奶牛及小鼠乳腺上皮细胞炎性损伤并可以通过影响炎性细胞因子的表达参与调控细胞的炎症反应；（2）敲除UFL1基因导致小鼠乳腺组织内质网应激增加、氧化还原失衡、凋亡现象加重及自噬降解功能受损，并且进一步加重了LPS诱导的小鼠乳腺组织炎性细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α及炎性介质iNOS的表达水平；（3）UFL1基因可以与IκBα相互作用从而调节NF-κB的转录活性及其靶基因的表达。敲除UFL1基因导致小鼠乳腺组织内NF-κB转录活性增强；并进一步增强了LPS激活的小鼠乳腺组织NF-κB的转录活性，主要表现在P-P65、P-IкB、P-IкK的蛋白表达显著升高。以上结果表明UFL1可以通过调控NF-κB炎症信号通路的激活来缓解LPS诱导的乳腺炎症反应和炎性损伤。本研究的意义在于以UFL1作为研究乳腺炎上皮细胞稳态平衡的新靶点，揭示了UFL1在乳腺炎中的功能，阐明了UFL1在乳腺炎NF-κB信号通路中的作用，将为奶牛乳腺炎治疗靶向新药物的研发和抗病育种研究开拓一条新的途径。