奶牛乳腺先天防御机理的研究进展

2010-7-29 01:59| 发布者: admin| 查看: 1965| 评论: 0

摘要: 长期以来, 为了增加奶产量和改善乳成分而对奶牛进行的遗传选择, 增加了奶牛对乳腺炎的易感性。为了改变这种状况, 人们开始研究通过筛选对乳腺炎抵抗力强的奶牛来降低乳腺炎的发病率, 先天防御机制的基因变异性为遗 ...

           长期以来, 为了增加奶产量和改善乳成分而对奶牛进行的遗传选择, 增加了奶牛对乳腺炎的易感性。为了改变这种状况,
            人们开始研究通过筛选对乳腺炎抵抗力强的奶牛来降低乳腺炎的发病率,
            先天防御机制的基因变异性为遗传选择提供了很大的潜在空间。随着基因组转录子和蛋白组学的出现,
            为乳腺防御机理和乳腺炎病原体在更大和更细程度上的研究提供了可能。
            1 奶牛乳腺固有防御机理
            1.1 物理性防御机理
                乳头管是乳腺阻止病原体入侵的第一道防线, 同时也是病原体进入乳腺的主要途径。乳头管内上皮分泌的角蛋白能结合和固定入侵的细菌,
            而且角蛋白还具有杀菌能力, 这种角蛋白环绕于整个乳头管道, 像过滤膜一样使细菌无法进入乳池。挤奶是一项关键性的操作技术,
            关系到乳头管的屏障效果。当乳汁流出时, 乳头管膨胀。乳头管周围含有括约肌, 括约肌也是乳腺阻止病原体入侵的物理性屏障,
            不挤奶时括约肌能保持乳头管紧密闭合,挤奶后, 括约肌收缩和乳头管闭合至少需要2 h。
                机械挤奶对乳头管的完整性有很大的影响。不合理的机械挤奶导致乳头末端腐烂, 诱导乳头组织机械性损伤, 降低括约肌机能,
            从而改变乳头管的先天防御机能。乳头周围皮肤保持健康能降低病原体的入侵机率,
            因为它能减少细菌在乳头周围皮肤上的聚集。在乳头管屏障的正常保护下, 乳房内腔环境是无菌的,
            这使得先天免疫机制发挥作用。与其他一些上皮(肠、口腔黏膜, 上呼吸道上皮)不同, 乳房上皮不易受到细菌刺激。基于乳腺的免疫特性(
            上皮下和上皮内的白细胞或乳房上皮细胞上分布有大量的感觉受体) , 正常乳汁才能处于无菌环境中, 这方面与泌尿系统相近, 而与肠道不同。
            1.2 体液防御机理
                近年来, 人们对补体系统在奶牛乳腺免疫中的作用做了大量研究。补体存在于健康无炎症的乳中, 尽管含量很低,
            但意义重大。由于缺乏C1q, 经典途径不起作用, 但旁路途径能发挥作用, 旁路途径来自2 方面的结果: ①调理素C3b 和细菌C3bi
            的沉淀作用; ②促炎症反应片段C5a 的产生。由于乳中C3 浓度高于来自血浆被动渗透的浓度, 旁路途径的激活导致C3b/C3bi 沉淀,
            大约相当于成年奶牛血清的2 %所产生的沉淀。不同奶牛产生C5a的能力不同, 乳中C5a
            的浓度变化也很大。趋化性片段C5a在体内外通过乳腺上皮组织诱导嗜中性粒细胞移行。但C5a
            在炎症反应开始阶段的作用还需进一步研究。据报道,乳腺接种大肠杆菌或乳房链球菌后, 在早期阶段, 乳中C5a的浓度升高,
            同时伴随有嗜中性粒细胞移行。但接种金黄色葡萄球菌后, 尽管也有嗜中性粒细胞移行,
            但乳中通常检测不到C5a。表明不同的病原体所需的介质不同, 且炎症反应的途径也不同, 或认为C5a 仅能加强炎症反应,
            而不是炎症反应的引发剂。由C5a 所触发的炎症反应依赖于乳腺上皮细胞上的受体参与。C5a 受体( C5aR)
            能在人类支气管和肺泡上皮细胞上进行表达, 但能否在乳腺上皮细胞上进行表达需进一步研究。C5a
            是嗜中性粒细胞发挥吞噬作用的有效刺激剂。补体在炎症反应时能增加血管和上皮组织的通透性, 允许补体成分通过组织和乳汁,
            补体被细菌和白细胞激活, 从而发挥乳腺的防御功能。
            1.3 细胞介导防御机理
                先天免疫细胞由嗜中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞组成。除了这些白细胞外,
            先天免疫细胞也应该包括乳腺上皮细胞。由于乳腺不是分泌器官, 因此来自健康奶牛乳中含有的体细胞很少,
            体细胞浓度随泌乳的进行变化很大。在全乳期, 无炎症的乳中几乎没有白细胞移行, 体细胞数( SCC) 少于10 万/ml,
            此时嗜中性粒细胞的比例较小。随着泌乳的进行, 总细胞浓度增加, 在接近干乳期, 嗜中性粒细胞的比例能达到40 %, 在干乳早期,
            细胞浓度在前7 d 升高, 达到20 万～50 万/ml, 然后下降稳定在10万～30 万/ml。在分娩时, SCC 通常高于100
            万/ml, 产犊7～10 d后, 下降到10 万/ml。在干乳期和正常泌乳期, 巨嗜细胞是主要的细胞型。在初乳期,
            嗜中性粒细胞是主要的细胞型。
                在泌乳期, 淋巴细胞占细胞的10 %～27 %。在退化的乳腺分泌物中, 淋巴细胞的浓度很高, 但在产犊前7 d,
            淋巴细胞的浓度下降至很低。在感染或免疫后, 先天免疫细胞从血液大量进入乳腺分泌物中。嗜中性粒细胞的主要作用是吞菌和胞内杀菌。B
            淋巴细胞主要功能是产生抗体, T 淋巴细胞具有调节细胞免疫反应的能力。淋巴因子能增加血管渗透性、白细胞趋化和集合的能力,
            对机体的免疫应答、免疫保护和免疫损伤效应的产生具有重要作用。
            2 诱导型防御机理
            2.1 乳铁蛋白(Lf)
                牛乳腺中乳铁蛋白(Lf)表达的调节与其他乳蛋白质不同。Lf 的浓度在停乳期升高, 但在临床乳腺炎期间,
            当奶产量下降或酪蛋白分泌降低时, Lf 的浓度也会升高。在急性乳腺炎期间, 乳汁中Lf 的浓度急剧升高, 这与Lf
            是急性期反应蛋白相一致。在LPS 诱导的乳腺炎期间, 乳腺组织中mRNA 表达急剧升高。亚临床乳腺炎伴随轻微的( 平均2 倍) Lf
            浓度升高。但在急性乳腺炎期间, Lf 浓度能达到5～6 mg/ml。Lf 与LPS、LTA、CpG 的结合和Lf
            的解蛋白作用能减轻急性乳腺炎期间的炎症反应, 对宿主有益。LPS 刺激后, 致炎细胞因子通过Lf 的抑制作用,
            减轻了乳汁和乳腺组织的炎症反应, 也降低了嗜中性粒细胞的活性, 有效地保护了MG
            不受嗜中性粒细胞的诱导破坏。乳腺中的另一个急性期蛋白质是血清淀粉样蛋白A(SAA)。在乳腺炎期间, 血浆中SAA 明显增加,
            高密度脂蛋白的含量也增加。SAA 对乳腺防御机理的作用还不清楚, 但已报道与促炎症反应和SAA 的调节功能有关。
            2.2 宿主防卫肽
                宿主防卫肽由广泛的动物、植物和昆虫的保守肽( 12～50 个氨基酸)
            家族组成。宿主防卫肽的主要细胞源有粒性白细胞、巨嗜细胞、单核细胞、血小板和上皮细胞。在牛中, 已经报道了12
            个这样的肽。在体外试验中,防御素的抗菌活性很高,
            能抵抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。防御素在乳腺抵抗乳腺炎的先天免疫应答中起重要作用。抗菌肽的体外试验证实了抗菌肽有抑菌和杀菌活性。在生理学的盐浓度下,
            Na、Ca、Mg 等阳离子能抑制宿主防卫肽的抗菌活性。乳汁也能抑制阳离子肽的抗菌活性。在特殊条件下, 比如白细胞吞噬小体存在,
            宿主防卫肽能杀灭入侵的细菌, 但在细胞外环境中, 免疫调节显得更为重要。许多人抗菌肽能使单核细胞、未成熟的树突状细胞和T
            淋巴细胞具有趋化活性, 上皮细胞和成纤维细胞的增殖使抗菌肽诱导IL!8 的分泌。模型肽缺乏直接的抗菌活性,
            但对金黄色葡萄球菌和沙门氏菌感染的动物有保护作用。这些说明了宿主防卫肽能通过免疫调节发挥保护作用。
            3 细胞征募防御机理
            3.1 乳汁细胞的作用
                体外试验表明,
            从退化乳腺分离出来的巨嗜细胞能吞噬受条理素作用前已被杀死的金黄色葡萄球菌和分泌能刺激奶牛嗜中性粒细胞移行的介质。与单核细胞相比,
            乳巨嗜细胞的活性较低。当考虑到正常乳中, 特别是高产奶牛乳中, 巨嗜细胞的浓度较低, 以及它的活性有限,
            人们可能质问巨嗜细胞对泌乳期乳腺的防御机理的生物学意义在哪里。特别是依靠细菌与杂散的巨嗜细胞的随机碰撞来对入侵的细菌进行检测是一个公开的疑问。乳巨嗜细胞对炎症反应开始的作用机理还需进一步研究。
            3.2 乳腺上皮细胞的作用
                尽管乳腺上皮细胞对白细胞征募的作用机理还不是十分清楚, 但已经证实了通过入侵细菌之间的相互作用,
            乳腺上皮细胞能产生各种各样的炎性介质( 细胞因子化学增活素、宿主防卫肽和精氨基琥珀酸代谢产物) 。由MEC
            分泌的信使分子能通过自分泌和旁分泌, 发挥调节功能, 也参与白细胞和淋巴细胞征募进入乳中的过程。牛MEC 能合成化学增活素, 当用LPS
            刺激时, 牛MECIL!8 mRNA 分泌IL!8 蛋白。重组体IL!8 能通过由牛主动脉上皮细胞系和MAC!T
            细胞所组成的上皮内屏障来诱导嗜中性粒细胞移行。除了MEC 诱导化学增活素的分泌外,在羊的乳房上皮细胞系的培养基上层,
            观察到了嗜中性粒细胞的固有分泌。抗IL!8 抗体能局部地阻滞趋化活性, 这表明IL!8
            不是唯一分泌的趋化因子。固有分泌能帮助正常腺体中处于基础水平细胞的征募。乳房内接种LPS 后或在大肠杆菌乳腺炎期间,
            TNF!α在乳中的浓度增加, TNF!α作为一个快速的炎症应答中枢介质起作用, 因此在诊断乳腺炎中起重要作用。
            3.3 乳汁和乳房组织中的炎症
                细胞细菌进入腺体, 嗜中性粒细胞是最先被征募进入乳中的, 嗜中性粒细胞移行进入受感染乳腺是由炎症细胞因子(
            TNF!α和白细胞介素) 触发的。细胞因子激活内皮细胞,
            表达更多的内皮细胞选择素和血小板选择蛋白。这些分子使嗜中性粒细胞在这个区域结合的更加紧密。这个结合以及炎症介质的刺激加强了另一个嗜中性粒细胞黏附分子(
            Mac!1) 的表达和黏附。同时,Mac!1 表达增加, L!选择蛋白从嗜中性粒细胞表面通过蛋白水解作用释放出来。Mac!1
            分子允许嗜中性粒细胞通过内皮黏附分子紧密结合活化的内皮组织。黏附分子之间的相互作用使嗜中性粒细胞沿内皮表面移行和沿化学引诱物的浓度梯度进入组织。体外试验表明,
            IL!8 在嗜中性粒细胞的征募中起重要作用, 而不参与健康乳中嗜中性粒细胞的征募。
                一旦受到感染, 嗜中性粒细胞就摄食和杀死细菌。机理是嗜中性粒细胞突然产生羟基和羟自由基,
            羟基和羟自由基是氧依赖型杀菌机制的重要组分。炎症细胞因子( IL!1、TNF!α或IFN!γ)
            能加强嗜中性粒细胞的吞噬和杀菌活性。对于不同的病原体和奶牛, 嗜中性粒细胞的移行速度也不相同。E.coli 感染几小时后,
            乳中检测到致炎细胞因子IL!1、TNF!α和趋化因子IL!8。嗜中性粒细胞浓度迅速增加, 能达到1 000 万个细胞/ml。炎症消失后,
            嗜中性粒细胞的征募停止, SCC 恢复正常。在乳房内接种LPS, 也能得到相似的结果。S.aureus 乳腺中IL!8
            和TNF!α都检测不到。除了嗜中性粒细胞外, 巨嗜细胞对炎症应答也起重要作用, 巨嗜细胞能吞噬入侵的病原体和分泌炎性介质,
            触发先天免疫应答。
            4 结语
                奶牛乳腺炎是一种复杂的多因素疾病, 了解奶牛乳腺的免疫与防御机理对抵抗病原体的入侵和预防该病的发生具有重要意义,
            但该领域的研究仍需进一步深入。