陳玉山

蒙陰縣畜牧發(fā)展促進(jìn)中心，山東臨沂 276200

0 引言

乳腺炎是影響奶牛泌乳性能、危害畜牧業(yè)發(fā)展的主要疾病之一，具有廣泛影響[1]。奶?；疾『螅Ｄ藤|(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益下降，還會(huì)對(duì)機(jī)體造成長時(shí)間不利影響。美國每年由于奶牛乳腺炎導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失225美元/頭，全年損失可達(dá)20 億美元[2]。加拿大每年患乳腺炎奶牛的治療成本為622 美元/頭，英國和荷蘭分別是203 英鎊/頭和240 英鎊/頭[3]。研究發(fā)現(xiàn)，乳腺炎導(dǎo)致我國奶牛場經(jīng)濟(jì)損失每年最高可達(dá)135 美元/頭[4]。通常認(rèn)為該病是由于細(xì)菌等病原體通過傷口或乳頭入侵乳腺，從而引發(fā)乳房部位的局部炎癥[5]。治療該病往往需要大量抗生素，這會(huì)導(dǎo)致抗生素在機(jī)體內(nèi)殘留，對(duì)病菌的耐藥性增加，難以起到治療作用。近年來，腸道菌群由于其治療效果和廣泛的應(yīng)用空間，進(jìn)入大多數(shù)研究者視線。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群數(shù)量和組成變化會(huì)導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)代謝產(chǎn)物合成變化、腸道屏障功能改變，引起機(jī)體炎癥，導(dǎo)致患糖尿病、心血管疾病、胃腸道疾病和腫瘤等[6]。腸道微生物菌群能編碼300多 萬個(gè)基因，是人體內(nèi)基因總數(shù)的150 倍，這可能是腸道微生物能調(diào)節(jié)機(jī)體代謝和健康的原因之一[7]。腸道菌群可通過腸-腦途徑、腸-腎途徑、腸-肺途徑、腸-肝途徑等多渠道調(diào)節(jié)機(jī)體各臟器健康狀況，還可通過血液淋巴等循環(huán)途徑達(dá)到乳腺部位，發(fā)揮調(diào)控乳腺健康的作用[8]。因此，探究腸道菌群對(duì)乳腺炎發(fā)病機(jī)制的作用與影響，有助于為治療乳腺炎疾病提供新的防治方法，促進(jìn)奶牛養(yǎng)殖健康快速發(fā)展。

1 奶牛乳腺炎的特征、發(fā)病率和流行狀況

乳腺炎是奶牛養(yǎng)殖過程的常見疾病之一，臨床表現(xiàn)為乳腺紅腫，觸摸伴有疼痛感，會(huì)導(dǎo)致乳汁理化性狀改變，顏色變黃，體細(xì)胞數(shù)量顯著增加，產(chǎn)奶量和飲食量減少[9]。奶牛乳腺炎通常根據(jù)癥狀不同分為臨床型乳腺炎和亞臨床型乳腺炎?；寂R床型乳腺炎奶牛的癥狀較明顯，除上述表觀癥狀外，隨著病情發(fā)展，還會(huì)引發(fā)其他全身型疾病，如發(fā)熱、食欲下降和營養(yǎng)不良等[10]?；紒喤R床型乳腺炎奶牛的臨床癥狀不明顯，常通過檢測體細(xì)胞數(shù)量變化來判斷，因此又被稱為隱性乳腺炎，但此類乳腺炎具有較強(qiáng)隱蔽性，常被養(yǎng)殖人員忽視，容易未及時(shí)治療而導(dǎo)致病情惡化[11]。乳腺炎的臨床或非臨床特征主要是由病原菌類型決定，且會(huì)由多種病因誘發(fā)。奶牛乳腺受到機(jī)械性損傷、病原微生物入侵或奶牛飼喂條件不衛(wèi)生、營養(yǎng)攝入失衡而導(dǎo)致抵抗力下降等，都會(huì)導(dǎo)致乳腺炎，其中病原微生物入侵是主要病因[12]。據(jù)報(bào)道，從乳腺炎分離出的病原微生物已高達(dá)150多 種，其中20多 種較為常見，是引起乳腺炎的主要病原菌，包括金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、乳房鏈球菌、無乳鏈球菌、克雷伯氏菌、停乳鏈球菌、支原體和單胞假菌等[13]。這些病原菌根據(jù)分布和對(duì)乳腺的作用機(jī)制不同分為環(huán)境性病原菌和傳染性病原菌，前者通常存在奶牛飼養(yǎng)環(huán)境中，后者主要為接觸性傳播。由于病原菌的多樣性分布，在奶牛養(yǎng)殖過程中難以防治。數(shù)據(jù)顯示，該病在全世界廣泛流傳，美國約有50%的泌乳奶?；既橄傺?，烏拉圭奶牛隱性乳腺炎的發(fā)病率為52.4%，日本奶牛乳腺炎發(fā)病率為45.1%，丹麥臨床型乳腺炎的發(fā)病率為21.0%[14]。我國作為畜牧養(yǎng)殖業(yè)大國，乳腺炎發(fā)病情況同樣屢見不鮮。劉霄等[15]對(duì)昆明市周圍標(biāo)準(zhǔn)化奶牛養(yǎng)殖場和奶牛合作社的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)化奶牛養(yǎng)殖場的乳腺炎發(fā)病率為28.79%，奶牛合作社中隱性乳腺炎的發(fā)病率高達(dá)56.21%。郝景鋒[16]等對(duì)吉林省7 個(gè)地區(qū)31 267 頭奶牛進(jìn)行一年的持續(xù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)乳腺炎發(fā)病率高達(dá)57.21%，通化市發(fā)病率最高（76.71%），吉林市次之（69.32%），然后是白山市（53.58%）、延吉市（53.27%）、長春市（52.45%）、四平市（51.02%）和遼源市（50.31%）?？傊膛Ｈ橄傺自谌澜绶秶鷱V泛流傳，影響奶牛養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展。

2 腸道菌群與乳腺炎的關(guān)系與影響

近期研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群紊亂和奶牛乳腺炎的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系，且患病奶牛和健康奶牛的腸道菌群有較大差別。瘤胃作為反芻動(dòng)物代謝的主要部位，瘤胃微生物的作用相當(dāng)于腸道微生物對(duì)機(jī)體的作用。Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，患亞臨床型、臨床型乳腺炎的奶牛與正常奶牛相比，其糞便中的微生物群落多樣性明顯降低。臨床型乳腺炎奶牛的羅姆布茨菌屬Romboutsia、普雷沃氏菌科Prevotellaceae_UCG-003、另枝菌屬Alistipes和糞球菌屬Coprococcus等菌群豐度明顯降低，而埃希菌屬Escherichia、志賀氏菌屬Shigella、變形菌門Proteobacteria和鏈球菌屬Streptococcus等菌群豐度上升，且亞臨床型乳腺炎奶牛的克雷伯氏菌屬Klebsiella和索氏梭菌屬Paeniclostridium發(fā)生顯著富集。對(duì)其臨床指標(biāo)進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)，乳腺炎奶牛血清中的促炎癥脂質(zhì)產(chǎn)物含量較高，尿酸和肌酐等代謝產(chǎn)物含量下降。進(jìn)一步對(duì)健康奶牛、乳腺炎奶牛的瘤胃微生物菌群和代謝狀態(tài)變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)乳腺炎奶牛瘤胃中的丁酸、乙酸、乳酸、戊酸、丙酸、揮發(fā)性脂肪酸含量明顯降低，臨床型乳腺炎奶牛瘤胃中與炎癥密切相關(guān)的毛螺菌科Lachnospiraceae、奈瑟氏菌科Neisseriaceae和莫拉菌屬M(fèi)oraxella等菌群豐度上升。亞臨床型乳腺炎奶牛的瘤胃梭菌屬Ruminiclostridium_9和腸桿菌屬Enterorhabdus菌群豐度增加，而產(chǎn)生短鏈脂肪酸的菌群（Prevoterotoella_1、雙歧桿菌屬Bifidobacterium）數(shù)量明顯下降，這些數(shù)據(jù)說明瘤胃中菌群變化與乳腺炎具有密切關(guān)聯(lián)[18]。Zhao等[19]對(duì)瘤胃菌群測序發(fā)現(xiàn)，臨床型乳腺炎奶牛瘤胃中變形菌門菌群豐度增加，致病菌群莫拉菌屬M(fèi)oraxella富集，說明這2 種菌群與乳腺炎發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

雖然目前認(rèn)為病原體感染乳腺部位引發(fā)炎癥是導(dǎo)致乳腺炎的主要原因，但研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群紊亂也可能導(dǎo)致乳腺炎。Ma等[20]對(duì)患乳腺炎奶牛的糞便菌群進(jìn)行測序，發(fā)現(xiàn)相比健康奶牛，乳腺炎奶牛糞便中毛螺菌科Lachnospiraceae、厭氧棒狀菌屬Anaerostipes、羅氏菌屬Roseburia和多爾氏菌屬Dorea菌群豐度明顯降低，顫螺菌屬Oscillospira和瘤胃球菌科Ruminococcaceae菌群豐度上調(diào)。將乳腺炎奶牛的腸道菌群移植給小鼠后，小鼠出現(xiàn)乳腺炎癥狀，且腸道菌群發(fā)生紊亂，脾臟、結(jié)腸和血清中的炎癥因子含量顯著增加，這說明腸道菌群紊亂可能引起乳腺炎。Hu等[21]研究發(fā)現(xiàn)，奶牛發(fā)生乳腺炎癥后會(huì)伴隨腸道菌群紊亂，引發(fā)全身炎癥，導(dǎo)致血乳屏障、腸道屏障和瘤胃屏障的通透性下降。還有研究發(fā)現(xiàn)，小鼠的腸道菌群發(fā)生紊亂后，會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)的血乳屏障減弱，對(duì)于金黃色葡萄球菌引起的乳腺炎起到惡化作用，而抑制正常小鼠的腸道菌群后，會(huì)使該現(xiàn)象扭轉(zhuǎn)，且給小鼠服用過多抗生素后會(huì)導(dǎo)致腸道菌群穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化，誘使致病性腸桿菌數(shù)量增加，降低產(chǎn)生短鏈脂肪酸菌群活性[22]。Zhao等[23]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠補(bǔ)充喂食菊粉后能增加腸道中短鏈脂肪酸的濃度及相關(guān)菌群活性，從而激活巨噬細(xì)胞的免疫反應(yīng)，吞噬病菌，延緩由于金黃色葡萄球菌引發(fā)的小鼠乳腺炎。另外，腸道菌群紊亂后還會(huì)導(dǎo)致由大腸桿菌引起的小鼠乳腺炎惡化，而通過飲食補(bǔ)充色氨酸后，腸道菌群可將其代謝為吲哚的相關(guān)衍生物（吲哚丙酸和吲哚-3-醛等），從而激活機(jī)體的代謝通路，上調(diào)AhR信號(hào)位點(diǎn)，抑制炎癥因子相關(guān)信號(hào)通路NF-κB的表達(dá)從而減少TNF-α和IL-1β等促炎因子表達(dá)，進(jìn)一步緩解由于大腸桿菌引發(fā)的小鼠乳腺炎，且單獨(dú)喂食能產(chǎn)生AhR配體的羅伊氏桿菌同樣能調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路來發(fā)揮作用，降低乳腺炎的反應(yīng)[24]?？傊c道菌群變化和乳腺炎發(fā)生具有密切關(guān)系，通過調(diào)節(jié)相關(guān)腸道菌群表達(dá)，可起到緩解乳腺炎的效果[25]。

3 乳腺菌群和腸道菌群的關(guān)系

除了腸道微生物和乳腺炎發(fā)病相關(guān)之外，奶牛的乳腺菌群對(duì)調(diào)解乳腺炎發(fā)病也有密切關(guān)系，且可能受腸道菌群調(diào)節(jié)。Fernandez等[26]認(rèn)為乳腺炎的本質(zhì)是乳腺部位菌群失調(diào)的結(jié)果。Pang等[27]對(duì)兩家亞臨床型乳腺炎的奶牛場進(jìn)行腸道菌群檢測發(fā)現(xiàn)，與正常健康奶牛相比，兩家奶牛場中患病奶牛中鏈球菌屬Streptococcus菌群豐度明顯上升?；疾÷噬缘偷哪膛鲞€伴有克氏桿菌Klebsiella和志賀氏大腸桿菌Escherichia-Shigella菌群豐度增加，患病率高的奶牛場則伴有棒狀桿菌屬Corynebacterium菌群豐度提高，且在所有牛奶樣品中均能檢測到來自腸道的瘤胃球菌屬Ruminococcus、理研菌屬Rikenella、普雷沃氏菌屬Prevotella、擬桿菌屬Bacteroides和另枝菌屬Alistipes等菌群，這說明乳腺中菌群可能來自腸道菌群。Zhu等[28]對(duì)健康奶牛和患病奶牛的乳腺組織探索分析，發(fā)現(xiàn)乳腺炎奶牛中乳腺菌群和正常奶牛存在明顯差異，其中存在變化的主要為瘤胃菌科Ruminococcaceae、根瘤菌屬Rhizobium、瘤胃球菌屬Ruminococcus、糞球菌屬Coprococcus和梭菌屬Clostridium等菌群。瘤胃菌科Ruminococcaceae與乳腺免疫相關(guān)疾病的表達(dá)有密切關(guān)系，主要包括ICAMI、HSPA1A、LGMN、HSPA1B、THBS1等與抗原加工和提呈的基因、以及CCN1和IL15RA等與細(xì)胞因子受體和趨化因子相關(guān)的基因。而瘤胃球菌屬Ruminococcus、糞球菌屬Coprococcus和梭菌屬Clostridium等菌群則與乳腺組織中的CD8+T細(xì)胞的表達(dá)密切相關(guān)，這些數(shù)據(jù)說明乳腺中微生物和、炎癥的表達(dá)以及免疫調(diào)節(jié)相關(guān)，可進(jìn)一步調(diào)節(jié)乳腺炎發(fā)病，影響奶牛乳腺健康。乳腺中微生物可能和腸道中微生物存在關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群可穿過腸道屏障進(jìn)入乳腺，調(diào)節(jié)乳腺的健康表達(dá)[29]。研究者對(duì)奶牛血液、牛奶和糞便中的微生物群落進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)乳腺炎奶牛與健康奶牛糞便中的差異菌群主要為梭菌屬Clostridium、Turicibacter和多爾氏菌屬Dorea等菌群，在牛奶中差異較大的菌群為Olsenella和紅球菌屬Rhodococcus，在血液中差異較大的菌群主要為支原體類的菌[30]。研究發(fā)現(xiàn)，乳腺炎奶牛中分離出的大腸桿菌與腸胃道中自然存在的共生菌沒有差異，且大腸桿菌中能引起乳腺炎的毒力因子也在大腸桿菌定植，并生存于多樣性胃腸道環(huán)境中，發(fā)揮重要作用[31]。Hoque等[29]對(duì)比健康奶牛和乳腺炎奶牛中菌群差異，發(fā)現(xiàn)糞腸球菌Enterococcus faecalis、脆片乳酸桿菌Lactobacillus crispatus、分散泛菌Pantoea dispersa、綠膿桿菌Pseudomonas aeruginosa和催產(chǎn)素克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca等菌群存在較大差異，這種差異同時(shí)存在于乳腺炎奶牛的乳汁和腸道中。將健康奶牛的菌群定植到乳腺炎小鼠后，發(fā)現(xiàn)乳腺炎小鼠的乳汁和腸道中同時(shí)發(fā)生眼馬賽菌Massilia oculi、動(dòng)物雙歧桿菌Bifidobacterium animalis、皮氏羅爾斯頓菌Ralstonia pickettii、鄧氏菌屬Duncaniella、金黃色葡萄球菌Staphylococcus aureus和腸鼠桿菌Muribaculum intestinale等菌種富集，說明這些菌種在調(diào)節(jié)乳腺炎中發(fā)揮重要作用。Zhong等[32]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，母親口服活性菌粉后，可通過哺乳，經(jīng)過口腔-腸道-乳腺過程垂直傳遞給嬰幼兒，這些研究證明腸道菌群與乳腺菌群有密切關(guān)聯(lián)，且機(jī)體內(nèi)可能存在腸道-乳腺的傳遞途徑，并且腸道菌群可通過該途徑來調(diào)節(jié)乳腺炎發(fā)生。Yong等[33]對(duì)同一頭奶牛血液、乳汁和糞便中的菌群進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在3 種樣品中均存在瘤胃球菌屬Ruminococcus、消化鏈球菌屬Peptostreptococcus和雙歧桿菌屬Bifidobacterium等菌群，推測奶牛腸道部位的菌群能通過內(nèi)源性相關(guān)途徑遷移到乳腺中。針對(duì)Protothecazopfii引起奶牛乳腺炎的流行病學(xué)研究表明，這類乳腺炎發(fā)病可能是由于病菌從腸道遷移至乳腺。Kuehn等[34]對(duì)健康奶牛和乳腺炎奶牛中微生物進(jìn)行16s rDNA高通量測序發(fā)現(xiàn)，乳腺炎奶牛菌群中短波單胞菌屬Brevundimonas、鞘氨醇單胞菌屬Sphingomonas、伯克霍爾德菌屬Burkholderia和寡養(yǎng)單胞菌屬Stenotrophomonas菌群豐度顯著升高，嗜冷桿菌Psychrobacter、青枯菌Ralstonia和假單胞菌Pseudomonas菌群豐度下降。Oikonomou等[35]對(duì)比臨床型乳腺炎和亞臨床型乳腺炎奶牛的乳汁微生物區(qū)別，發(fā)現(xiàn)亞臨床型乳腺炎奶牛乳汁中好氧芽胞桿菌屬Aeribacillus、糞桿菌屬Faecalibacterium、丙酸桿菌屬Propionibacterium和毛螺菌科未確定菌屬Unidentified-Lachnospiraceae菌群豐度更高，且腸道中菌群也相應(yīng)變化。此外，奶牛腸道菌群發(fā)生紊亂后，可能伴隨大量革蘭氏陰性菌死亡，同時(shí)釋放大量脂多糖，而脂多糖是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的主要構(gòu)成成分，也是一種常見炎癥因子，還會(huì)誘導(dǎo)促炎因子TNF-α和IL-1β表達(dá)增多，導(dǎo)致乳腺炎發(fā)生[36，37]。

4 小結(jié)

奶牛乳腺炎的誘因除外界病原體入侵、機(jī)體抵抗能力下降、皮膚損傷等，還存在腸道菌群或瘤胃菌群及其代謝物介導(dǎo)的感染途徑。腸道菌群發(fā)生紊亂后，會(huì)導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)致病菌群數(shù)量增加，影響免疫系統(tǒng)正常作用，誘發(fā)炎癥，且能通過腸道-乳腺途徑進(jìn)入乳房，破壞血乳屏障作用。因此，對(duì)于乳腺炎的誘發(fā)病因，可分為外源性影響因素和內(nèi)源性影響因素進(jìn)行后期的探索研究。未來，可通過靶向菌群調(diào)節(jié)腸道-乳腺途徑來進(jìn)行乳腺炎防治工作，做到快速高效的靶向治療。