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为解决围产期奶牛酮症导致的乳腺损伤和产奶性能下降问题，研究人员开展了 β- 羟基丁酸（BHB）诱导奶牛乳腺上皮细胞炎症反应机制及自噬激活作用的研究。结果发现高 BHB 致细胞质线粒体 DNA（mtDNA）释放，激活 cGAS-STING 通路引发炎症，自噬激活可缓解。该研究为防治奶牛乳腺炎症提供新方向。
在奶牛养殖领域，围产期奶牛的健康问题一直备受关注，其中酮症是一种极为常见且影响巨大的代谢紊乱疾病。想象一下，一群原本活力满满、产奶量可观的奶牛，却因为酮症，不仅产奶量大幅下降，还容易患上各种疾病，这给养殖户带来了沉重的经济负担。酮症发生时，奶牛血液中的 β- 羟基丁酸（BHB）水平会异常升高，已有研究表明，这可能与乳腺组织的线粒体功能障碍以及慢性炎症存在紧密联系，但具体的内在机制却如同迷雾一般，让科研人员困惑不已。同时，虽然已知细胞质线粒体 DNA（mtDNA）与慢性无菌炎症有关，且自噬激活或许能起到改善作用，可在奶牛酮症引发乳腺损伤的过程中，这些因素究竟发挥着怎样的作用，依旧无人知晓。在这样的背景下，为了揭开这些谜团，中国农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一项意义非凡的研究。他们的研究成果发表在《Journal of Animal Science and Biotechnology》上，为我们深入了解奶牛酮症和乳腺健康之间的关系带来了新的曙光。
研究人员采用了多种关键技术方法来探索其中的奥秘。在样本方面，他们从河北保定的奶牛场挑选了 101 头荷斯坦奶牛，选取了 10 头健康奶牛和 10 头临床酮症奶牛进行后续研究。实验技术上，运用了细胞培养技术，培养牛乳腺上皮细胞系（MAC-T）；通过免疫荧光（IF）染色、免疫组织化学（IHC）染色、Western blotting 等技术，检测相关蛋白的表达和定位；利用定量逆转录聚合酶链式反应（qRT-PCR）分析基因的转录水平；还通过分离细胞质 mtDNA 并测定其含量，来探究 mtDNA 的变化情况 。
下面来看看具体的研究结果：
- 基线特征和血液参数：临床酮症奶牛血清 BHB 和非酯化脂肪酸（NEFA）浓度较高，血清葡萄糖水平和产奶量较低，体况评分（BCS）更高，表明其处于严重的负能量平衡状态。
- cGAS-STING 通路激活和双链 DNA（dsDNA）释放：与健康奶牛相比，酮症奶牛乳腺组织中 cGAS、STING 蛋白水平更高，p-TBK1/TBK1 比值更高，相关 mRNA 水平也升高，炎症因子表达增加，同时细胞质中 dsDNA 丰度上升，这意味着 cGAS-STING 通路和炎症反应在酮症奶牛乳腺组织中被激活。
- BHB 暴露诱导 MAC-T 炎症激活：用不同浓度 BHB 处理 MAC-T 细胞，发现 2.4 mmol/L BHB 处理 12、24 和 36 小时后，cGAS、STING 蛋白丰度显著升高，P65、IκB 磷酸化水平增强，综合确定 24 小时为后续实验 BHB 处理的最佳时长，说明 BHB 能诱导 MAC-T 细胞发生炎症反应。
- cGAS-STING 通路激活介导 BHB 诱导的 MAC-T 炎症：2.4 和 3.6 mmol/L BHB 处理 MAC-T 细胞，cGAS、STING、TBK1 转录和蛋白水平上升，IκB、P65 磷酸化水平升高，促炎因子 IL-1β、IL-6 和 TNF-α 显著增加，表明 BHB 应激可激活 cGAS-STING 通路并引发炎症反应。
- si-STING 转染有效减轻 BHB 诱导的 MAC-T 炎症：转染 si-STING 后，STING 转录和翻译水平降低，BHB 处理下相关炎症指标改善，说明抑制 STING 可减轻 BHB 诱导的炎症反应，证实 cGAS-STING 通路在其中的关键作用。
- BHB 暴露诱导 MAC-T 自噬缺陷和 mtDNA 释放：2.4 和 3.6 mmol/L BHB 处理使 MAC-T 细胞自噬相关指标异常，自噬体和自溶酶体数量减少，细胞质 mtDNA 增多且发生泄漏，表明 BHB 应激导致 MAC-T 细胞自噬缺陷和 mtDNA 释放。
- 雷帕霉素（Rapa）预处理有效缓解 BHB 诱导的自噬缺陷和 mtDNA 释放：Rapa 预处理可改善 BHB 处理导致的自噬相关指标异常，减少细胞质 mtDNA，说明激活自噬能缓解 BHB 诱导的自噬缺陷和 mtDNA 释放。
- 自噬激活减轻 BHB 诱导的先天炎症反应：Rapa 预处理抑制 BHB 诱导的 cGAS、STING、TBK1 表达，降低炎症因子水平，表明自噬激活可减轻 BHB 诱导的炎症反应。
综合研究结果和讨论部分，我们可以得出以下重要结论：高浓度 BHB 会导致奶牛乳腺上皮细胞的细胞质 mtDNA 释放增加，这些释放的 mtDNA 就像一个个 “导火索”，激活了 cGAS-STING 通路，进而引发了炎症反应，这揭示了奶牛酮症期间乳腺炎症发生的重要机制。而令人欣喜的是，研究发现激活自噬能够有效缓解这一过程，它可以促进细胞质 mtDNA 的降解，就像是为这场 “炎症大火” 找到了灭火器。这项研究不仅清晰地阐明了过量 BHB 引发奶牛乳腺上皮炎症的潜在机制，还为缓解酮症引起的乳腺炎症提供了新的治疗策略，即通过激活自噬来保护乳腺组织。这对于提高奶牛的健康水平、增加牛奶产量和质量具有重要的现实意义，有望为奶牛养殖业带来新的发展机遇，让养殖户们能够更好地应对奶牛酮症这一难题，促进奶牛养殖行业的可持续发展。
