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本研究聚焦于肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）感染诱导的氧化应激和铁死亡（ferroptosis），通过分析牛乳细胞外囊泡（EVs）的作用机制，揭示其在缓解感染相关损伤中的潜力，为乳腺炎防治提供新思路。
在奶牛养殖中，乳腺炎是影响奶牛健康和奶产量的重要疾病之一。其中，肺炎克雷伯菌是引起临床乳腺炎的主要病原菌之一，其感染不仅会导致奶牛乳腺组织损伤，还会引发严重的氧化应激和铁死亡。铁死亡是一种由铁催化的脂质过氧化引起的细胞死亡方式，与多种疾病的发生发展密切相关。近年来，细胞外囊泡（EVs）作为一种具有多种生物活性的纳米级膜结构，因其在抗氧化、免疫调节等方面的作用受到广泛关注。那么，牛乳来源的细胞外囊泡是否能够缓解肺炎克雷伯菌诱导的氧化应激和铁死亡呢？中国农业大学的研究人员开展了一项研究，揭示了牛乳细胞外囊泡在缓解乳腺炎相关损伤中的潜在作用。
本研究中，研究人员从初乳、成熟乳和临床乳腺炎乳中分离出细胞外囊泡（分别命名为C-EVs、M-EVs和CM-EVs），并对其形态、粒径、蛋白标志物以及miRNA组成进行了详细分析。研究发现，这三种细胞外囊泡均具有双层膜结构，且含有EVs标志蛋白HSP70、TSG101和CD63，但在粒径和miRNA组成上存在差异。通过体外细胞实验和体内小鼠乳腺组织模型，研究人员发现肺炎克雷伯菌感染能够诱导牛乳腺上皮细胞（bMECs）的氧化应激和铁死亡，表现为Nrf2、Keap1、HO-1等抗氧化相关蛋白表达下降，ROS水平上升，以及铁死亡相关蛋白GPX4、ACSL4和S100A4表达下调。然而，添加C-EVs、M-EVs或CM-EVs能够显著减轻肺炎克雷伯菌诱导的氧化应激和铁死亡，恢复细胞抗氧化能力和细胞连接功能。
在技术方法方面，研究人员采用了多种先进的实验技术，包括透射电子显微镜（TEM）观察细胞外囊泡的形态、纳米颗粒追踪分析（NTA）测定粒径分布、miRNA测序分析细胞外囊泡的遗传物质组成、免疫荧光和Western blot检测蛋白表达水平，以及流式细胞术检测活性氧（ROS）水平等。样本来源于中国农业大学实验动物中心的ICR小鼠和河北某奶牛场的荷斯坦奶牛。
研究结果显示，肺炎克雷伯菌感染诱导的氧化应激和铁死亡在牛乳腺上皮细胞中表现为线粒体损伤、抗氧化蛋白表达下调和铁死亡相关蛋白表达异常。而牛乳细胞外囊泡通过调节Nrf2/Keap1通路和GPX4等关键蛋白的表达，显著抑制了氧化应激和铁死亡的发生。此外，在小鼠乳腺组织模型中，细胞外囊泡的预处理能够减轻肺炎克雷伯菌感染引起的紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达下调，维持乳腺组织的完整性。
研究结论指出，牛乳来源的细胞外囊泡（EVs）能够有效缓解肺炎克雷伯菌诱导的氧化应激和铁死亡，其作用机制可能与调节Nrf2/Keap1通路和铁死亡相关蛋白的表达有关。这一发现不仅为乳腺炎的防治提供了新的潜在治疗策略，也为深入研究细胞外囊泡在动物健康和疾病中的作用机制提供了重要参考。通过进一步探索细胞外囊泡的具体作用机制和临床应用潜力，有望为奶牛乳腺炎的预防和治疗提供更加有效的手段，同时也为其他相关疾病的治疗提供了新的思路。
