奶牛中性粒细胞胞外诱捕网对乳腺上皮损伤的作用研究

Mastitis is a significant infectious disease that leads to the decreases in milk yield and the disease results in severe economic lost in dairy cattle herds. During the development of mastitis, mammary epithelial damage results in the decreases in milk yield. Recent studies showed that neutrophil extracellular traps (NETs) could lead to autoimmune injury when killing pathogens. Based on the cutting-edge research, we speculate that NETs may be one of the most important reasons that leads to mammary epithelial damage during the development of mastitis. Therefore, in this proposal, we will establish E.coli and S.aureus-induced clinical and subclinical mastitis model. Firstly, we will observe the morphological characteristics of NETs in the tissues of mammary gland and evaluate the damage of mammary gland epithelium. Secondly, we will explore the relationship between the damage of mammary gland and NETs. Finally, we will clarify the detailed mechanism of the damage of mammary epithelium induced by NETs. By clarifying the mechanism, this project will provide theoretical foundation and experiment evidence for the prophylaxis and treatment of mastitis.

本课题针对奶牛乳腺炎发病时产奶量大幅下降造成巨大经济损失这一生产实践问题，从乳腺上皮受损导致产奶量下降的病理生理过程出发，结合免疫学研究中，有关中性粒细胞胞外诱捕网（NETs），在捕杀病原的同时亦可引起自身免疫损伤这一前沿研究进展，提出奶牛乳腺炎发病过程中NETs可能是导致乳腺上皮受损的原因之一，课题拟利用大肠杆菌和金葡菌等病原，分别建立奶牛临床和隐性乳腺炎发病模型，以NETs为主要研究对象，利用扫描电镜、激光共聚焦等技术手段，首先观察奶牛乳腺腺泡内NETs形态学特征，同时评价乳腺上皮受损情况；其次探讨NETs及其成分与乳腺组织损伤的相关性；最后阐述NETs引起乳腺上皮损伤的详细机制。课题旨在通过对奶牛乳腺炎发病过程中有关乳腺上皮损伤的机制进行补充和完善，从而为奶牛乳腺炎免疫学防治研究提供新的研究思路和视角，同时也为生产实践中有效防控奶牛乳腺炎的发生提供理论指导和实验依据。

奶牛乳腺炎是造成奶牛养殖业重大经济损失的主要疾病之一，根据症状表现可分为临床和隐性乳腺炎，无论哪种类型乳腺炎均以泌乳量大幅度下降为特征，主要是由于承担泌乳功能的乳腺上皮细胞在发病过程中遭受损伤所致,损伤的原因，一方面可能源自病原；另一方面，乳腺腺泡导管系统内存在数量巨大的中性粒细胞等天然免疫细胞,这些免疫细胞可通过释放胞外诱捕网、吞噬和降解等方式杀灭进入乳腺导管系统的病原，在此过程中也可能会对乳腺上皮细胞造成损伤。胞外诱捕网作为一种近年来新发现的天然免疫应答机制,在发挥抗病原作用的同时，可被迅速降解,若胞外诱捕网形成过多或降解不及时,则可能引起组织或器官的免疫性损伤。奶牛乳腺炎发生时，出现在乳腺导管系统残存乳汁当中的中性粒细胞是否会释放胞外诱捕网杀灭病原?乳腺上皮细胞损伤导致的泌乳能力下降是否也与胞外诱捕网有关?这些问题的解答对于阐述奶牛乳腺炎详细的发病机制具有重要意义。本项目首先证实乳导管存在胞外诱捕网。其次 建立临床和隐性乳腺炎模型，通过检测细胞因子、MPO和病理学切片等指标，证实乳腺导管系统内存在中性粒细胞胞外诱捕网，并且胞外诱捕网的释放与乳腺上皮损伤密切相关。再次，体外研究胞外诱捕网对奶牛和小鼠乳腺上皮细胞的损伤机制。本课题证实了乳腺导管系统内存在中性粒细胞胞外诱捕网,胞外诱捕网的主要组成成分组蛋白可通过激活caspase-1、NLRP3和caspase-3，诱导乳腺上皮细胞发生焦亡、凋亡和坏死，从而损伤乳腺组织。以上研究补充了有关奶牛乳腺炎疾病发生与发展过程中乳腺上皮损伤导致产奶量下降的详细机制，为奶牛乳腺炎免疫学防治研究提供了新的研究视角，同时也为兽医临床实践中有效防控乳腺炎的发生提供理论指导和实验依据。