基于免疫學(xué)的奶牛乳腺免疫研究,免疫學(xué)論文

基于免疫學(xué)的奶牛乳腺免疫研究,免疫學(xué)論文內(nèi)容摘要：乳房炎是奶牛乳腺組織的炎癥,是制約奶業(yè)發(fā)展的重要疾病之一。本文結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道,綜述了奶牛乳腺組織構(gòu)造特點(diǎn),說(shuō)明乳腺組織抵抗病原微生物的固有免疫和適應(yīng)性免疫機(jī)制。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：奶牛乳腺;免疫學(xué);研究進(jìn)展;近年來(lái)我們國(guó)家奶牛業(yè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展,已成為畜牧業(yè)的重要組成部分。制約我們國(guó)家奶業(yè)發(fā)展的因素有奶牛品種、飼草飼料構(gòu)造、原奶質(zhì)量及飼養(yǎng)管理水平等。主要因素牽涉養(yǎng)殖工藝粗放,優(yōu)質(zhì)飼草匱乏,疫病防制體系薄弱,乳品加工技術(shù)落后,牛奶質(zhì)量監(jiān)控體系不健全等眾多方面。奶牛乳房炎是奶牛乳腺組織的炎癥,是一個(gè)世界性難題,它的發(fā)生和奶牛遺傳因素、病原微生物、環(huán)境因素及管理因素等密切相關(guān)[1-2]。乳房炎是奶牛最為常見(jiàn),也是造成奶牛飼養(yǎng)經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重的疾病之一,可直接影響奶汁品質(zhì),導(dǎo)致產(chǎn)奶量下降,乳汁稀薄,品質(zhì)降低,造成奶牛業(yè)較大的經(jīng)濟(jì)損失。怎樣控制奶牛乳房炎是擺在全球各國(guó)專家面前的課題。研究和預(yù)防奶牛乳房炎牽涉遺傳、病原微生物及環(huán)境管理等眾多方面,本文結(jié)合近些年這方面的文獻(xiàn),重點(diǎn)闡述乳腺的構(gòu)造與免疫學(xué)在控制乳房炎方面的作用機(jī)制。1奶牛乳腺組織構(gòu)造不同品種的奶牛,乳房大小可存在差異。乳房的左右兩部分被中間韌帶隔開(kāi),而前后兩部分被分隔得愈加明顯。奶牛乳房一般由4個(gè)乳區(qū)構(gòu)成,一個(gè)乳區(qū)中產(chǎn)生乳汁不能轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)乳區(qū)中。每個(gè)乳區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)乳頭,每個(gè)區(qū)包括乳腺分泌細(xì)胞、腺泡、乳導(dǎo)管、乳池等[3]。乳腺由泌乳組織和結(jié)締組織組成。泌乳組織的數(shù)量,即泌乳細(xì)胞的數(shù)量,是制約產(chǎn)奶能力的因素之一,但是乳房的大小并不一定和產(chǎn)奶量成正比,由于乳房除乳腺外,還可能存在有大量的結(jié)締組織。泌乳細(xì)胞呈單層排列,位于類似于氣泡的球形構(gòu)造的基膜上,氣泡直徑約為50~250mm,多個(gè)氣泡就能夠組成類似于肺泡的小葉構(gòu)造。合成的乳汁儲(chǔ)存在氣泡、泌乳管、乳房和乳池中。乳頭由乳池和乳導(dǎo)管組成,乳池和乳導(dǎo)管匯合處有6~10條縱向的褶皺構(gòu)成所謂的病原體屏障(稱之為Furstenbergsrosette)來(lái)抵御病原菌的入侵。乳導(dǎo)管由很多縱向或環(huán)狀的平滑肌纖維包圍,平滑肌纖維的作用是保證非擠奶期間乳導(dǎo)管處于關(guān)閉狀態(tài),乳導(dǎo)管帶有角蛋白也能起到免受病原體細(xì)菌感染的作用。乳腺十分是乳頭上有密集的神經(jīng)末梢,對(duì)幼崽的吮吸或接觸等比擬敏感。乳房也有神經(jīng)組織,這些神經(jīng)組織與血液循環(huán)系統(tǒng)和乳導(dǎo)管的平滑肌相連,但是沒(méi)有直接控制泌乳組織的神經(jīng)。乳腺有密集的動(dòng)脈和靜脈系統(tǒng),不斷地為細(xì)胞提供合成乳汁的養(yǎng)分。每1L牛奶需要流過(guò)乳房的血液約為500L,乳房淋巴系統(tǒng)負(fù)責(zé)去除外來(lái)雜質(zhì)殘留,可以啟動(dòng)免疫反響來(lái)防止細(xì)菌感染[4-6]。2固有免疫2.1屏障構(gòu)造乳腺組織因具有獨(dú)特的生理構(gòu)造,起到抗感染保衛(wèi)作用。乳頭管括約肌和乳頭管內(nèi)上皮細(xì)胞分泌的角蛋白能阻止病原菌粘附在上皮細(xì)胞外表,還可分泌抗菌活性的蛋白質(zhì)和有機(jī)酸類,如棕櫚酸、豆蔻酸、亞油酸等脂肪酸具有抗菌作用,因此構(gòu)成了乳腺抗感染的第一道防線[2]。同時(shí),乳頭管周?chē)s肌在擠奶間隔期處于收縮狀態(tài),可防止病原菌入侵,并在擠奶時(shí)將乳頭管內(nèi)角蛋白上的病原菌固定在局部,在擠奶時(shí)隨角質(zhì)層脫落被擠出。2.2乳汁中抗微生物物質(zhì)乳汁中含有的補(bǔ)體蛋白、溶菌酶、乳鐵蛋白和乳過(guò)氧化物酶系統(tǒng)等抗菌活性物質(zhì)發(fā)揮保衛(wèi)乳腺和維持乳腺功能的重要作用。補(bǔ)體是存在于血清和乳汁當(dāng)中具有酶活性的一組不耐熱的蛋白質(zhì),主要由肝細(xì)胞、單核細(xì)胞或組織中的巨噬細(xì)胞等合成。一些病原微生物成分可直接激活補(bǔ)體替代途徑,到達(dá)溶解病原微生物的目的。除此之外補(bǔ)體還能夠起到調(diào)理作用及介導(dǎo)炎癥反響,補(bǔ)體活化后釋放的小片段可吸引吞噬細(xì)胞抵達(dá)感染部位。在抵抗大腸桿菌性乳房炎的炎癥中,補(bǔ)體發(fā)揮重要作用[7]。補(bǔ)體在健康乳汁中濃度含量較低,而炎性乳汁中補(bǔ)體濃度大幅提高,來(lái)共同對(duì)付入侵微生物。溶菌酶(lysozyme)又稱胞壁質(zhì)酶(muramidase),是一種能水解致病菌中黏多糖的堿性酶。主要通過(guò)毀壞細(xì)胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之間的-1,4糖苷鍵,使細(xì)胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽,導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂內(nèi)容物逸出而使細(xì)菌溶解。有研究報(bào)道,采用溶酶體轉(zhuǎn)基因到奶山羊乳腺能明顯抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)速度[8],溶菌酶含量在臨床型乳房炎乳樣中可高達(dá)15.6mg/mL,在亞臨床乳房炎乳樣中含量為11.2mg/mL,而健康奶樣中含量為6.9mg/mL[9],這表示清楚乳汁中溶菌酶含量與乳腺炎癥有關(guān)。1939年,Sorensen等人在分離乳清蛋白時(shí)得到一種紅色蛋白,但至1959年Groves用色譜得到純的紅色物質(zhì)后,才確認(rèn)這種紅色物質(zhì)是一種與鐵結(jié)合的糖蛋白,稱之為乳鐵蛋白(lactoferrin,LF)。LF是乳汁中一種重要的非血紅素鐵結(jié)合糖蛋白,是中性粒細(xì)胞顆粒中具有殺菌活性的單體糖蛋白,其分子量為80kDa,主要由乳腺上皮細(xì)胞和白細(xì)胞表示出和分泌。LF有效抑制大腸桿菌和沙門(mén)氏菌等需鐵性革蘭氏陰性菌及金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽(yáng)性菌的生長(zhǎng)繁衍[5]。LF不僅介入鐵的轉(zhuǎn)運(yùn),而且具有廣譜抗菌、抗氧化、抗癌、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等強(qiáng)大生物功能。Barreto等證實(shí),奶牛LF能夠降低腸炎沙門(mén)氏菌對(duì)Hep-2細(xì)胞的侵襲。泌乳期LF含量低于干奶期和炎癥期,在干奶期阻止大腸桿菌侵染,起到防御作用[7]。乳過(guò)氧化物酶(Lactoperoxidase,LP)是乳汁中抵抗病原菌的過(guò)氧化物酶,免疫學(xué)上與哺乳動(dòng)物血紅素有關(guān)。LP也存在于哺乳動(dòng)物的淚液和唾液中,對(duì)很多病原菌具有殺滅作用。這種酶依靠于過(guò)氧化氫(H2O2)和硫氰酸鹽(SCN)發(fā)揮作用。LP在過(guò)氧化氫作用下,催化的硫氰酸鹽(SCN-)轉(zhuǎn)換構(gòu)成氧化硫氰酸鹽(OSCN)。OSCN是硫氰酸鹽的主要中間氧化產(chǎn)物,它是LP抗菌成分。LP與SCN-和OSCN合稱為L(zhǎng)P系統(tǒng)(LP-S),LP-S是乳汁中天然的抵抗微生物物質(zhì),可殺滅存在于乳汁的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門(mén)氏菌等[5,7]。3適應(yīng)性免疫3.1細(xì)胞免疫乳腺內(nèi)部的細(xì)胞免疫防御功能廣義地講包括T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞等發(fā)揮的作用。巨噬細(xì)胞主要通過(guò)蛋白酶和活性氧吞噬和殺傷病原微生物,來(lái)維持乳腺和乳汁健康。當(dāng)病原菌侵入乳腺后,乳腺巨噬細(xì)胞主要釋放前列腺素、白三烯和細(xì)胞因子等化學(xué)物質(zhì),吸引大量多核巨細(xì)胞(PMN)進(jìn)入感染部位,加劇炎性反響并中和毒性產(chǎn)物,同時(shí)在乳區(qū)周?chē)淌珊拖≡?減少病原菌數(shù)量[4-5]。特異性T細(xì)胞包括CD4+、CD8+T細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞。固然T細(xì)胞進(jìn)入乳腺是母牛對(duì)抗乳房?jī)?nèi)入侵病原體的關(guān)鍵,但是何種淋巴細(xì)胞亞群起作用仍有待于研究。乳腺發(fā)生炎癥時(shí),外周血中的CD4+T細(xì)胞占主導(dǎo)地位,激活其他細(xì)胞如巨噬細(xì)胞或B細(xì)胞介入免疫反響,血液中分泌修復(fù)受感染部分生長(zhǎng)因子的T細(xì)胞數(shù)量增加。但在金黃色葡萄球菌引起慢性感染的乳腺中,CD8+T數(shù)量大于CD4+T,因而CD8+T占主導(dǎo)作用。為了研究淋巴細(xì)胞亞群動(dòng)力學(xué),有試驗(yàn)對(duì)大腸桿菌性乳房炎初產(chǎn)奶牛乳汁及血液中T淋巴細(xì)胞亞群、CD4+/CD8+比率、CD21+T細(xì)胞及淋巴細(xì)胞增殖情況進(jìn)行了研究。乳腺內(nèi)接種104CFU大腸桿菌(A組)和106CFU(B組),與A組相比,在感染后6~24h的B組更多的淋巴細(xì)胞遷移到感染區(qū),而CD8+T是第一個(gè)被吸引至感染乳汁中的T細(xì)胞。在感染后6~24hB組CD4+/CD8+比率顯著下降,CD4+/CD8+大幅下降主要由于乳汁中CD8+T細(xì)胞濃度的升高。相反,在感染后72h,CD4+/CD8+比值增加,兩組均增加了約2倍。這一增長(zhǎng)主要是由于CD4+T細(xì)胞濃度的增加。CD4+T細(xì)胞濃度的增加正好與乳汁的CD21+T細(xì)胞數(shù)量增加相一致。在血液和乳汁中,B組比A組CD8+T細(xì)胞的增殖快很多,這也表示清楚大腸桿菌接種劑量的增加能夠加速CD8+細(xì)胞在炎癥區(qū)域積聚,而這些細(xì)胞是引起大腸桿菌性早期乳房炎乳腺和乳汁中主要的T細(xì)胞[13]。乳腺抗原特異性炎癥取決于CD4+分泌的IL17A和IFN-[14]。炎癥NK細(xì)胞介導(dǎo)乳腺產(chǎn)生免疫應(yīng)答經(jīng)過(guò),主要起殺滅靶細(xì)胞、保衛(wèi)乳腺組織的作用。3.2體液免疫奶牛乳腺中B細(xì)胞是介入體液免疫應(yīng)答的重要成分。B細(xì)胞對(duì)復(fù)雜抗原及多種有絲分裂原的辨別均需要T細(xì)胞協(xié)助?；既榉垦讜r(shí),血液中的B細(xì)胞數(shù)量降低,而乳房淋逢迎中的該細(xì)胞數(shù)量則升高,可能原因是炎癥發(fā)展經(jīng)過(guò)中B細(xì)胞從血液進(jìn)入乳腺和乳汁中。3種主要免疫球蛋白IgG、IgM和IgA,通過(guò)血液選擇性進(jìn)入乳腺內(nèi)對(duì)侵入的致病菌起到重要的殺滅和抑制作用[6]。抗體的滴度高低與奶牛的泌乳階段和乳房炎癥病程發(fā)展有關(guān)。泌乳初期免疫球蛋白濃度一般較低;接近干乳期和分娩時(shí),乳汁中免疫球蛋白含量逐步增加,使初乳中免疫球蛋白到達(dá)較高水平,可為新生犢牛提供早期被動(dòng)保衛(wèi)。乳房炎發(fā)生時(shí),乳汁中的免疫球蛋白濃度上升。健康乳汁中,IgG1調(diào)理作用較弱,不能有效發(fā)揮促進(jìn)中性粒細(xì)胞對(duì)金黃色葡萄球菌的吞噬。但乳汁中IgG2的濃度會(huì)隨炎癥的發(fā)展而增加。IgM不是乳汁中抵抗病原菌的主力,僅在感染后早期存在[7]。乳汁中IgG2的含量少,但在金黃色葡萄球菌及鏈球菌感染中起調(diào)理作用。正常乳汁中IgA含量低,但能有效阻止病原黏附乳腺上皮細(xì)胞,在局部黏膜免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。乳頭管黏膜和乳頭管近端產(chǎn)生的局部IgA抗體和淋巴因子均有抵抗細(xì)菌入侵的能力[3]。4結(jié)束語(yǔ)乳腺不是一個(gè)獨(dú)立的組織器官,受機(jī)體遺傳、環(huán)境及管理因素影響。鑒于奶牛乳腺獨(dú)特的解剖構(gòu)造,以及產(chǎn)生具有豐富蛋白乳汁的功能特點(diǎn),使得乳腺易遭受病原菌的侵入,侵入的病原菌易于遭到乳蛋白的保衛(wèi)而不易被機(jī)體去除。為了應(yīng)付各種病原微生物入侵,乳腺首先采用固有免疫機(jī)制,如屏障構(gòu)造和重要抗微生物物質(zhì)如補(bǔ)體蛋白、溶菌酶、乳鐵蛋白和乳過(guò)氧化物酶系統(tǒng)等去除病原菌;必要時(shí)需要激發(fā)機(jī)體的適應(yīng)性免疫如細(xì)胞免疫和體液免疫協(xié)調(diào)作用機(jī)制。以下為參考文獻(xiàn)[1]徐繼英,劉俊林,李宏勝,等.奶牛乳腺炎病因?qū)W與發(fā)病機(jī)理研究大概情況[J].中獸醫(yī)醫(yī)藥雜志,2020(3):25-27.[2]WangD,ZhangL,ZhouX,etal.Antimicrobialsusceptibility,virulencegenes,andrandomlyamplifiedpolymorphicDNAanalysisofStaphylococcusaureusrecoveredfrombovinemastitisinNingxia[J].JDairySci,2021,99(12):9560-9569.[3]張喜豐,張秀英,蘇景,等.奶牛乳腺免疫與乳腺炎易感性研究進(jìn)展[J].吉林畜牧獸醫(yī),2006,27(8):13-16.[4]程艷,劉大程,張智勇.奶牛乳房炎與乳腺免疫[J].畜牧與飼料科學(xué),2006,27(4):1-4.[5]AlluwaimiAM.Thecytokinesofbovinemam