NLRP3炎性体对奶牛乳腺炎症发生的调控机制

Mastitis is a significant infectious disease that is harmful to the development of dairy industry and the health of human. However, the pathogenesis, especially the mechanisms of host-pathogen interactions are not well understood. Based on the theory of innate immunity pathogen associated molecular pattern and our finding that bovine mammary epithelial cells (bMECs) express multiple TLRs and induce the release of IL-1β, we speculate that inflammasomes may exist in bMECs and play an important biological role in dairy cattle mastitis. Thus, in this study we will investigate the pathogenesis of NLRP3 inflammasomes in the development of S.aureus-induced mastitis. Firstly, we will compare the expression of NLRP3 inflammasomes in mammary tissues and bMECs from healthy and diseased dairy cattles. Secondly, we will use NLRP3 knockdown mice to clarity the functions of NLRP3 in the development of S.aureus-induced mastitis. In the last, we will analyze the signaling pathway of S.aureus-stimulated bMECs through gene silencing and overexpression technology to reveal the mechanism of NLRP3 inflammasomes in the development of S.aureus-induced mastitis. It will be not only important to charity the mechanisms of host-pathogen interactions in the development of mastitis, but also provide new ideas for the diagnosis and prevention of mastitis.

针对乳腺炎对奶牛业发展和消费者健康的严重危害、且发病机制特别是病原与宿主互作机制不详这一难题，依据宿主天然免疫病原分子模式识别与调控理论，基于本课题组证实乳腺上皮细胞表达多种TLRs且调控IL-1β释放的研究基础，推论奶牛乳腺上皮细胞存在功能性炎性体且发挥重要生物学作用。本研究拟从NLRP3炎性体及其介导的炎症信号通路入手，探讨其在金葡菌性乳腺炎过程中的作用及调控机制。首先比较健康与患病奶牛乳腺组织和乳腺上皮细胞中NLRP3相关分子的表达差异；然后利用NLRP3基因缺陷小鼠乳腺炎模型，明确乳腺炎过程中NLRP3炎性体的作用；最后通过金葡菌刺激小鼠乳腺上皮细胞，观测NLRP3炎性体信号相关分子沉默或过表达对乳腺炎症信号转导通路的影响，揭示NLRP3炎性体在金葡菌性乳腺炎过程中的调控机制。这不仅对阐明乳腺炎过程中病原与宿主互作机制具有重要意义,也为乳腺炎的诊断及防控提供新的研究思路和理论指导。

针对乳腺炎对奶牛业发展和消费者健康的严重危害、且发病机制特别是病原与宿主互作机制不详这一难题，依据宿主天然免疫病原分子模式识别与调控理论，基于本课题组证实乳腺上皮细胞表达多种TLRs且调控IL-1β释放的研究基础，推论奶牛乳腺上皮细胞存在功能性炎性体且发挥重要生物学作用。本研究从NLRP3炎性体及其介导的炎症信号通路入手，探讨其在金葡菌性乳腺炎过程中的作用及调控机制。首先比较健康与患病奶牛乳腺组织和乳腺上皮细胞中NLRP3相关分子的表达差异；然后利用NLRP3基因缺陷小鼠乳腺炎模型，明确乳腺炎过程中NLRP3炎性体的作用；最后通过金葡菌刺激小鼠乳腺上皮细胞，观测炎症信号转导通路的表达，揭示NLRP3炎性体在金葡菌性乳腺炎过程中的调控机制。结果表明，NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1和IL-18在健康奶牛特别是患有乳腺炎的奶牛乳腺上皮细胞中高表达，并且金葡菌刺激奶牛乳腺上皮细胞会导致NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1和IL-18的表达量显著升高。为了探索NLRP3炎性体在金葡菌性乳腺炎中的作用，通过对正常小鼠和NLRP3基因缺陷小鼠乳导管灌注金葡菌建立乳腺炎动物模型，结果表明，与正常小鼠相比，NLRP3基因敲除鼠受到金葡菌刺激后，乳腺组织的病理性损伤、MPO活性、炎性细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18的表达量显著升高。通过金葡菌刺激乳腺上皮细胞研究NLRP3炎性体对乳腺炎的调控机制表明，金葡菌刺激导致炎性细胞IL-1β、IL-18、TNF-α、IL-6和炎性体相关蛋白NLRP3、caspase-1、IL-1β以及炎性信号通路NF-kB和MAPKs相关蛋白的表达显著升高。上述结果表明，NLRP3炎性体在乳腺炎的发生过程中起着非常重要的作用，抑制炎性体的表达可以有效的防治乳腺炎的发生。这不仅对阐明乳腺炎过程中病原与宿主互作机制具有重要意义,也为乳腺炎的诊断及防控提供新的研究思路和理论指导。