奶牛乳腺的防御机制与乳腺炎病理学

中国奶牛・2006年第10期

乳腺对侵入的微生物所产生的免疫反应,对维持奶牛机体的健康是极为重要的,了解乳腺免疫反应这一基本要素,对于指导疾病防治有着重要的意义,本文旨在阐明奶牛乳腺受感染后机体的免疫机制和乳腺炎的病理学,以指导临床性乳腺炎的防治。

1乳头管的屏障作用

乳头管是乳腺防御病原微生物感染的第一道有效屏障,乳头管壁呈条纹状,内衬角质蛋白,它是来自于乳头管的上皮细胞,这种角质蛋白是一种硬质蛋白,呈网状结构,充塞在开放的乳头管处,阻碍病原菌由此进入乳池。在角蛋白中,含有高浓度的脂肪酸,这样的物质构成极大地提高了角蛋白对病原微生物感染的抵抗作用。研究发现,在角蛋白中,十二碳脂肪酸、十四碳脂肪酸和软脂酸含量高的个体比角蛋白中硬脂酸、亚油酸、十八烯酸含量高的个体对病原微生物的抗性高。那么,在以后的育种工作中,对角蛋白中脂肪酸含量高的个体所具有的遗传力的应用,有可能作为一种新的途径,培育出对病原微生物感染产生非特异性抵抗力的个体。美国佛蒙特大学的遗传学家Ke v i n W e l l s 等人于2000年3月培育出一头名叫“安妮”的奶牛,2002年开始产奶,并接受乳腺炎症抵抗力的测试。

另一研究发现,如果角蛋白不能从上皮细胞上分离或分离的数量少,血液中角蛋白的含量低,则该乳腺极易受到病原微生物的感染。角蛋白也含有阳离子的蛋白质(泛激素),这些阳离子蛋白质与金黄色葡萄球菌、无乳链球菌的细胞壁结合,破坏细菌调节渗透的机制,引起细菌结构的破坏继而死亡。

乳腺导管括约肌的平滑肌对乳腺抗感染也起到重要的屏障作用,研究表明,开放性的乳头容易受到环境病原菌尤其是大肠杆菌的入侵,乳头导管在榨乳后大约2h 才能恢复到正常的关闭状态,因此,榨乳后,要立即饲喂和给水,使其具有充配的体力和精力,使奶牛保持站立状态,同时牛床和护栏也要保持清洁,以免奶牛卧下后乳头受到病原微生物的感染。此外,长时间过度榨奶、不适当治疗或者榨奶设备不完善,都可引起乳头导管的损伤,从而增加新的感染机会。

每天榨奶时对乳腺的清洁也是有效保护乳腺免受感染的措施。

2乳腺的免疫应答反应

奶牛乳腺炎的发生率有赖于三方面的因素:接触病原微生物、乳腺的防御机能和环境致病因子。乳腺天然具有的保护乳腺健康的防御机制起着重要作用。在非感染的情况下,乳腺中的体细胞群包括多形核中性粒细胞(PM N )、

巨噬细胞、淋巴细胞和上皮细胞,其中巨噬细胞大约占60%,淋巴细胞大约占30%,PM N 大约占

10%,而上皮细胞仅占约2%,体细胞计数通常低于50,000个/mL 。统计学研究表明,在95%的可信区间内,

除最后一个泌乳月外,95%的健康牛乳中体细胞数低于100,000个/mL 。

巨噬细胞、单核细胞和PM N 组成机体自然免疫防

御系统,一旦病原微生物侵入乳池,它们将组成第一道免疫防线。免疫细胞利用其非特异性的识别机制,去

奶牛保健

奶牛乳腺的防御机制与乳腺炎病理学

臧丽，李英俊，张乃生，王兴龙，周虚，潘耀谦，周昌芳

(吉林大学畜牧兽医学院,长春130062)

中图分类号:S858文献标识码:B

文章编号:1004-4264(2006)10-0025-03

收稿日期:2006-04-05

基金项目:国家自然科学基金资助(30471276)。

作者简介:臧丽(1975-),女,讲师,硕士。主要从事动物营养和毒物检验方面的研究工作。E-ma i l :Za ng l i 75216@163.c o m

摘要:乳头管的结构和内衬的角质蛋白是乳腺抵御微生物侵入的物理性屏障,角蛋白中的低级脂肪酸、阳离子蛋白质对侵入的病原微生物具有抗性;环境性致病菌是引起机体免疫应答的主要因子,巨噬细胞、

单核细胞、中性粒细胞和淋巴细胞之间的相互协调组成了自然的免疫系统,它们通过分泌细胞因子、抗体和吞噬作用等活动来灭杀、清除侵入机体的病原体;乳中的可溶性因子具有免疫调节作用,对细菌的结构具有破坏性;妊娠期及围产期奶牛由于内分泌的变化而导致免疫抑制,结果造成临床型和亚临床型乳腺炎的发病率相对较高。关键词:乳腺;防御机制;乳腺炎病理学

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结合、吞噬和破坏病原微生物。乳腺一旦被感染,在淋巴细胞释放的细胞因子的作用下,PM N通过细胞因子的化学诱导聚集于被感染部位。在乳腺处于炎症状态下,粒性白细胞群大约90%是PM N,PM N通过吞噬作用杀灭侵入乳腺的病原微生物。但是在乳汁中,PM N 的免疫功能也会受到抑制,这是由于乳环境限制了细胞的能量来源,细胞因子的浓度也降低,而PM N的免疫功能主要是由细胞因子介导的,同时乳脂和乳蛋白也能干扰PM N的吞噬功能。奶牛产前并发症也会抑制PM N和淋巴细胞的免疫功能,阻碍其向炎症部位募集。

研究表明,巨噬细胞在乳腺防御机制的生理功能中起着重要的作用。巨噬细胞可吞噬病原微生物、异物和细胞碎片,但是更为重要的作用是在与主要组织相溶性复合体缔合的过程中对抗原的加工和提呈。此外,巨噬细胞可产生细胞因子和少量的炎性介质,特别是炎性介质,在病原微生物侵入后炎症反应的初期起着重要作用。

淋巴细胞具有维持机体稳定的免疫反应状态的功能,在健康奶牛的乳汁中,T细胞约占60%,B细胞约占20%,大多数T细胞是CD8+(细胞毒性T细胞),CD4+ (Th细胞)数量相对较少。这些淋巴细胞产生大量的细胞因子,对维持机体的免疫平衡和抵抗外源微生物的入侵具有重要的作用。此外细胞因子所形成的化学梯度,其主要作用是维持中性粒细胞的趋化运动。淋巴细胞也具有清除衰老细胞的功能。T细胞主要分布在乳腺粘膜的表面(As a i等人,2000)。

PM N在乳腺的防御系统中是主要的免疫细胞,其功能是吞噬和杀灭侵入乳腺的病原菌。

在炎症反应的过程中,所有定位于乳腺的免疫细胞形成一个有序的整体,彼此协调地消除炎症。在炎症反应的早期,它们吞噬和杀伤病原体,并分泌细胞因子来诱导其它的免疫细胞趋向炎症部位,PM N是第一批进入炎性部位的免疫细胞,当病原体存在的情况下, CD4+T细胞优先进入,因为该类细胞依赖于病原体的介导。

尽管抗体在初乳中的浓度范围是30～50mg/mL,但是在正常乳腺中的浓度却不到1mg/mL,只有在血管屏障受到破坏的感染状态下,才引起乳腺中I g水平上升。

I g具有选择转移的特性,只有I g G、I g M和I g A才出现在乳腺的分泌物中。I g G的主要功能是调理细胞的吞噬作用,在细胞吞噬的过程中,I g G与病原体结合,通过PM N 的吞噬或摄食,增强对病原体的破坏作用。I g A不具有调理作用,但是具有阻止病原菌与乳腺组织上皮的粘附,抑制细菌的增殖,中和细菌毒素和凝集细菌的作用。

病原菌侵入机体后,粒性白细胞可立即识别并试图清除病原体。如果最初的免疫反应不能解决感染的问题,在感染大约4～12h后,乳腺的防御系统将启动

感应性免疫反应。不管引起最初感染的细菌种类如何,在乳腺中定位的PM N的数量和效能对乳腺的防御功能都是极为重要的。细菌和粒性白细胞在炎症部位所产生的物质(如细胞因子)大多数是循环系统中粒性白细胞所释放的,可介导PM N快速从循环血流中移向感染的部位。如果病原菌被破坏,PM N向乳腺中的募集将停止。

在非正常状态下,被感染乳腺的防御机制可能会疏于对侵入细菌的免疫抑制作用,这样可能由于大量的可溶性因子(如细胞因子等)的产生而导致临床性乳腺炎的发生。一些细胞因子,如I L-1和TNF,可以触发严重的全身性炎症反应,引起体温升高,免疫细胞动员,血流量增加和休克,这些症状在多数情况下都是由内毒素介导的,当然内毒素并不是唯一的介导因素。

另一种情况下,更多的慢性反应可能发生,细菌的增殖和免疫系统的反应是连续的生理活动,当乳腺处于慢性感染的状态时,可导致长期的乳汁体细胞数增加,研究表明,乳腺发生慢性感染时,细菌多处于细胞内寄生,造成乳中体细胞数增加。

3免疫细胞的趋化性、吞噬和杀细菌作用

血液中粒性白细胞进入感染乳腺的能力称为细胞的趋化性,研究表明,这种趋化性可作为乳腺的免疫系统攻克病原菌感染的基本参数。PM N的趋化性与乳腺受感染的程度具有相关性,可通过连续的细菌计数得到证实。白细胞从血管移出或外渗进入炎症部位的机制,依赖于趋化物质介导的细胞间粘附的交互作用。

粘附分子E-选择素表达在血管内皮细胞上,该分子的细胞外区域朝向于血管的内壁,表达在白细胞上的整合素,如CD11

a

/CD18和CD11

b

/CD18,将形成细胞间的粘附分子-1(I CAM-1),它们互为受体,白细胞能牢固地粘在血管内皮细胞上并在其上滚动,同时,在趋化物质的影响下,白细胞从血管渗入乳腺组织,这一环节与共同表达在白细胞和血管内皮细胞上的CD31密

切相关。但是在感染前白细胞所表达CD11

a

和CD11

b 的量与乳腺炎的严重程度无关,这一特性可能由于整合素在发生感染后表达上调所致。另一研究发现,在感染12h后趋化运动消失,同时CD18表达上调,表明了PM N延迟向炎症部位募集,导致了最初免疫细胞对病原菌识别和炎症介质产生的障碍(Shus t e r等,1997)。

因此,感染后整合素表达上调与乳腺的防御能力有着密切的关系,此外,在免疫测定实验中发现另一类

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