金黄色葡萄球菌超抗原毒素对乳腺炎的致病机理和免疫分子机制研究

Mastitis brings significant economic losses to dairy industry annually. Staphylococcus aureus (S. aureus) is one of the most important pathogens. Recent epidemiological studies showed that most of S. aureus isolated from cow mastitis produced superantigen toxins, suggesting that these toxins are important causative agents of mastitis. However, the pathogenesis of superantigenic toxins in mastitis is unknown. We have successfully constructed recombinant strains which could express SEC and TSST-1 as well as their non-toxic mutant mSEC and mTSST-1. We also established the mouse mammary infection model in previous studies. In this study, to clarify the pathogenesis and molecular mechanism of staphylococcal superantigenic toxin in S. aureus mastitis, we will further construct the SEC and TSST-1 gene-defected S. aureus strains, then the gene-defected S. aureus and the wild strain will be infected into mice mammary respectively, comparing the histopathological changes, the number of S. aureus in the mammary gland and the persistance, invasion of inflammatory cells and various inflammatory cytokine production. Furthermore, we will immunize mice with the non-toxic mutant mSEC and mTSST-1, and then infected with S. aureus and analyse the immune response and molecular mechanisim against mammary infection. Our research will provide theological and experimental evidence for understanding the pathogenic mechanisim of superantigenic toxins and control method of cow mastitis.

乳腺炎是给奶牛养殖业带来重大经济损失的疾病，金黄色葡萄球菌(金葡菌)是其主要病原菌之一。近年国内外流行病学研究报道，奶牛乳腺炎中分离的金葡菌大部分产生超抗原毒素，推测超抗原毒素是乳腺炎的重要致病因子，但其致病作用尚不明确。我们曾成功构建了表达超抗原毒素SEC和 TSST-1以及它们的无毒诱变体蛋白的基因重组菌株，并建立了小鼠乳腺感染模型。本研究将进一步构建SEC和TSST-1基因缺损金葡菌菌株，利用乳腺感染模型，研究超抗原毒素直接引起乳腺炎的致病机理，同时通过比较野生菌株、基因缺损菌株和基因缺损菌株+相应超抗原毒素分别感染乳腺后，乳腺的组织病理变化、乳腺中金葡菌活菌数和残存时间、炎性细胞浸润及各种炎性细胞因子的产生等，探讨无毒突变mSEC和mTSST-1免疫母鼠对金葡菌乳腺炎的防御效果，在深入阐明金葡菌超抗原毒素致乳腺感染分子致病机理的同时，为有效控制奶牛乳房炎提供科学的理论和实验依据。

乳腺炎是导致奶牛养殖业重大经济损失的疾病，金黄色葡萄球菌(金葡菌)是其主要病原菌之一。国内外流行病学研究报道，奶牛乳腺炎中分离的金葡菌大部分产生超抗原毒素，超抗原毒素是乳腺炎的重要致病因子，但其致病作用机制尚不明确。本研究利用前期研究构建的能高效表达金葡菌超抗原毒素SEC和TSST-1的基因工程菌株纯化制备了重组蛋白 rSEC和rTSST-1；利用小鼠乳腺感染模型，经过乳导管将它们直接注入乳腺，发现 SEC 和 TSST-1 均能引起小鼠乳腺炎症，且二者引起乳腺的眼观与组织病变相似；建立了以4个反应管同时检测 18 种金葡菌超抗原毒素基因的特异敏感的多重 PCR 检测方法，筛选了一株不携带含sec 和tst-1在内的18 种超抗原毒素基因的金葡菌S.aureus R8（S.a R8），并用其替代sec 和tst-1基因缺损菌株作为乳腺感染研究菌株；通过比较研究以rTSST-1、rTSST-1+ S.a R8及S.a R8攻毒时引起乳腺炎症的特点，发现了超抗原毒素与菌共同感染乳腺不是加重而是显著减轻了金葡菌引起的乳腺眼观病变、显著减少了乳腺中感染菌的活菌数（降低3-4各数量级）这一预期外研究结果。经进一步比较研究组织中免疫细胞浸润情况，初步解析了这一现象产生的原因可能是由于 TSST-1的超抗原特性增强了乳腺组织中嗜中性粒细胞等免疫细胞浸润，进而增强了组织对感染菌的清除引起的。这一新发现，将为开发金葡菌及其它细菌性乳腺炎的高效治疗方法提供新的解决思路，尤其在此由于抗生素耐药性日益严重导致乳腺炎治疗难度加大的今日，此项研究具有重要理论与应用价值。