间充质干细胞及其分泌组通过调节应激反应和增强脂质生成改善牛乳腺上皮细胞功能

本研究针对现代奶牛高产量导致的乳腺上皮细胞(MEC)应激反应和产奶性能下降问题，创新性地探索了间充质干细胞(MSC)及其分泌组(CM)的调控作用。研究发现MSC通过旁分泌机制不仅能减轻LPS诱导的炎症反应(降低IL-6和TNFα表达)，还能显著增强MEC的脂质生成能力(上调ACC、FASN、SCD1和DGAT表达)，且该效应与葡萄糖浓度相关。这项发表于《Stem Cell Research》的研究为改善奶牛乳腺健康和产奶质量提供了新策略。

　　

现代奶牛养殖面临一个关键矛盾：遗传选育带来的高产奶量需求与乳腺上皮细胞(MEC)承受的代谢压力之间的失衡。随着产奶量提升，乳腺组织需要更多能量支持，导致活性氧(ROS)积累、内质网应激和促炎状态——这些变化会损害MEC功能，影响牛奶产量和品质。尤其值得注意的是，牛奶中的脂肪成分主要来源于MEC合成的脂滴(LD)，而应激会改变LD的大小分布和脂质组成。虽然抗氧化剂等传统方法能部分缓解这些问题，但寻找更有效的干预措施仍是畜牧业的重要课题。

以色列Hebrew University的研究团队Roni Tadmor-Levi等创新性地将再生医学领域的间充质干细胞(MSC)技术引入畜牧研究。他们发现源自脐带华通胶(Wharton's jelly)的MSC不仅能调节免疫反应，还可能通过旁分泌机制影响代谢通路。这项发表于《Stem Cell Research》的研究首次系统评估了MSC及其分泌组对牛MEC在应激条件下脂质代谢的调控作用。

研究采用三种关键技术方法：(1)从屠宰场获取的三头荷斯坦奶牛乳腺组织建立原代MEC培养体系，并通过胰岛素/氢化可的松/催乳素诱导分化；(2)将MEC与MSC以10:1比例共培养或使用MSC条件培养基(CM)处理；(3)综合运用qPCR(检测IL-6、TNFα等炎症因子和ACC、FASN等脂质基因)、尼罗红染色(分析LD形态)和HPLC(定量三酰甘油含量)等多维度分析手段。所有实验均设置牛胎儿成纤维细胞(BFF)CM作为对照，并考察了培养基葡萄糖浓度的影响。

MEC对应激的响应特征
研究首先刻画了MEC对两种应激源(LPS和H₂O₂)的差异响应。LPS主要激活炎症通路，使IL-1β表达最高提升802倍，而H₂O₂更显著影响脂质代谢基因——使乙酰辅酶A羧化酶(ACC)表达持续升高，但抑制硬脂酰辅酶A去饱和酶(SCD1)。两种应激均导致细胞内三酰甘油(TAG)含量增加48%、LD尺寸减小，但H₂O₂促使LD数量显著增多。这些发现证实应激类型会特异性改变MEC的脂质代谢模式。

MSC的免疫调节作用
在LPS刺激模型中，MSC共培养使MEC的IL-6和TNFα表达分别降低85%和92%，同时上调抗氧化酶GPx。值得注意的是，MSC单独作用就使脂肪酸合成酶(FASN)表达增加2.1倍，且与LPS协同使TAG含量提升2倍。这提示MSC具有"双重功能"：既缓解炎症又促进脂质储存。

分泌组的独立效应
使用MSC条件培养基(CM)的实验获得突破性发现：无需细胞直接接触，CM即可模拟MSC的双重效应。在基础状态下，MSC-CM使所有检测的脂质基因(ACC、FASN、SCD1和二酰基甘油酰基转移酶DGAT)表达显著提升，同时降低TNFα和IL-6水平。这种促脂质生成效应在LPS存在时依然保持，且与培养基葡萄糖浓度相关——低葡萄糖条件下SCD1表达仍显著升高。

葡萄糖浓度的调节作用
当MSC在低葡萄糖培养基中培养时，其CM的免疫调节能力减弱，但促脂质生成效应依然存在。这表明MSC分泌组中含有葡萄糖敏感和非敏感的两类活性成分，前者主要参与炎症调控，后者则持续增强脂质合成。

这项研究首次揭示MSC可通过旁分泌机制协调调控乳腺上皮细胞的炎症反应和脂质代谢。在应用层面，该发现为开发基于MSC分泌组分的饲料添加剂或治疗剂提供了理论依据，有望帮助奶牛应对泌乳期代谢压力。在机制层面，研究提出了"代谢-免疫交叉调控"的新视角：MSC可能通过重塑SREBP(固醇调节元件结合蛋白)信号网络，同时影响炎症通路和脂质基因表达。未来研究需要鉴定分泌组中的关键活性分子，并探索其在活体动物中的效果。这项跨学科研究不仅对畜牧业有直接价值，也为理解干细胞与代谢细胞的互作提供了新见解。