《Frontiers in Veterinary Science》：In situ expression of yak DEFB127 via plasmid-mediated delivery alleviates bovine Staphylococcus aureus-induced mastitis through anti-inflammatory mechanisms
编辑推荐：
专业术语翻译的论文摘要
引言：乳腺炎是一种影响产奶量和品质的疾病，对农业从业者构成重大挑战。传统的抗生素治疗存在耐药性、破坏动物肠道微生物群和乳制品安全问题等潜在问题，因此需要开发针对奶牛乳腺炎的新型替代疗法。牦牛β-防御素127（DEFB127）作为一种天然
专业术语翻译的论文摘要
引言：乳腺炎是一种影响产奶量和品质的疾病，对农业从业者构成重大挑战。传统的抗生素治疗存在耐药性、破坏动物肠道微生物群和乳制品安全问题等潜在问题，因此需要开发针对奶牛乳腺炎的新型替代疗法。牦牛β-防御素127（DEFB127）作为一种天然抗菌肽，是有望替代抗生素的候选物质，但其作为乳腺炎疗法的潜力尚未得到充分探索。
结果：在MAC-T细胞中，qRT-PCR分析显示，pLF-DEFB127处理组的IL-6和IL-1β表达水平显著低于感染组（P < 0.01）。在体内实验中，组织病理学检查表明，与感染组相比，处理组小鼠乳腺组织中的炎症细胞浸润程度显著减轻，同时伴有肺泡扩张和上皮细胞坏死的明显缓解。ELISA和qRT-PCR结果显示，pLF-DEFB127处理组小鼠乳腺组织中TNF-α、IL-6和IL-1β的表达均显著低于感染组（P < 0.01）。此外，16S rRNA基因测序揭示，pLF-DEFB127处理改变了小鼠肠道微生物群的结构，增加了拟杆菌纲（Bacteroidia）和芽孢杆菌纲（Bacilli）的相对丰度，同时降低了γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）的相对丰度。最后，基于16S rRNA相关性分析的肠道微生物群功能预测表明，牦牛DEFB127可能通过涉及鞘糖脂生物合成和免疫信号传导的机制发挥抗炎作用，但这需要实验验证。
论文解读文章
研究背景与科学问题
乳腺炎是奶牛养殖中一种高发的疾病，主要由病原体入侵引起，其中金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）是主要的致病菌之一。在中国，由S. aureus引起的奶牛乳腺炎总体患病率达36.23%，严重影响奶牛健康、产奶量和品质，给畜牧业造成巨大的经济损失。当前，传统抗生素治疗面临日益严峻的耐药性问题，并且会破坏牛胃肠道微生物群，而乳制品中的药物残留也威胁着动物健康和食品安全。抗生素的过度使用形成了耐药性加剧、肠道微生态失衡与食品安全的恶性循环。因此，亟需开发有效且副作用小的新型替代疗法。抗菌肽（Antimicrobial Peptides, AMPs）因其广谱活性、低耐药潜力和良好的安全性，成为一类极具前景的抗生素替代物。β-防御素作为哺乳动物AMPs的重要成员，具有直接的杀菌活性和免疫调节双重功能。牦牛β-防御素127（DEFB127）是β-防御素家族的一员，其在奶牛乳腺炎治疗中的应用尚属空白。本研究的核心科学问题是：质粒介导的牦牛DEFB127原位表达能否作为一种安全有效的抗生素替代方案，用于治疗S. aureus诱导的乳腺炎。
研究方法概述
研究人员首先通过生物信息学分析对牦牛DEFB127的分子特性进行表征，包括序列同源性、理化性质和三级结构预测。随后，构建了乳腺特异性表达质粒pLF-DEFB127，并在体外牛乳腺上皮细胞（MAC-T细胞）模型和体内ICR小鼠乳腺炎模型中评估其治疗效果。最后，通过16S rRNA基因测序技术，比较了pLF-DEFB127治疗与林可霉素（Lincomycin）抗生素治疗对小鼠肠道微生物群组成的影响，以此评估其作为抗生素替代品的安全性优势。S. aureus菌株由扬州大学毛永江教授提供，MAC-T细胞系由西南民族大学赵燕英教授提供，SPF级ICR小鼠购自成都达硕实验动物有限公司。
研究结果
3.1 牦牛DEFB127的生物信息学分析
通过序列比对和系统发育树分析发现，牦牛DEFB127序列与瘤牛×普通牛的序列一致性最高（99.7%），其编码区高度保守。理化性质分析显示，DEFB127蛋白含有18个正电荷残基和9个负电荷残基，不稳定指数为40.52，亲水性平均值（GRAVY）为-0.392，疏水残基占比33%，符合典型AMP的特征。三级结构预测以α-螺旋为主，拉马钱德兰图（Ramachandran plot）显示大多数残基位于最允许区和额外允许区，表明该蛋白结构稳定。
3.2 DEFB127在MAC-T细胞中的抗炎效果分析
成功构建pLF-DEFB127质粒并转染MAC-T细胞后，qRT-PCR证实DEFB127表达显著升高。在S. aureus感染的MAC-T细胞模型中，与感染组相比，pLF-DEFB127处理组中促炎因子IL-6和IL-1β的mRNA表达水平显著降低（P < 0.01），显示出明确的抗炎作用。
3.3 pLF-DEFB127在小鼠乳腺炎模型中的治疗效果分析
在ICR小鼠乳腺炎模型中，与S. aureus感染组相比，pLF-DEFB127处理组小鼠体重下降幅度较小。大体解剖观察显示，pLF-DEFB127组乳腺组织仅有局部出血点，颜色略红于正常对照组，炎症反应较感染组明显减轻。组织病理学（H&E染色）检查发现，pLF-DEFB127组乳腺腺泡扩张和上皮细胞坏死程度较感染组显著减轻，未见明显炎症细胞浸润。ELISA和qRT-PCR检测结果表明，pLF-DEFB127处理组乳腺组织中TNF-α、IL-6和IL-1β的蛋白含量和mRNA水平均显著低于感染组（P < 0.01）。
3.4 pLF-DEFB127治疗对肠道微生物群的扰动小于抗生素治疗
16S rRNA基因测序分析显示，林可霉素处理组（阳性对照）的独特操作分类单元（OTU）数量远高于其他组，且主成分分析（PCA）显示其群落结构与正常对照组、感染组和pLF-DEFB127组明显分离。相比之下，pLF-DEFB127组与正常对照组和感染组聚类在一起。在门水平上，pLF-DEFB127组增加了拟杆菌门（Bacteroidetes）的丰度，降低了γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）的丰度。Alpha多样性分析（香农指数，Shannon index）显示，林可霉素组多样性显著降低，而pLF-DEFB127组保持了与正常对照组相当的高多样性。线性判别分析效应大小（LEfSe）分析揭示了各组间差异富集的分类群，例如pLF-DEFB127组富集了普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）和丹毒丝菌纲（Erysipelotrichia）。
3.5 肠道微生物群差异及功能关联预测
基于PICRUSt2的功能预测表明，不同处理组的肠道微生物群在鞘糖脂生物合成、免疫信号传导等通路上存在差异。
讨论与结论
讨论部分指出，本研究从三个层面证实了初始假设：第一，生物信息学分析表明牦牛DEFB127具备功能性AMP的分子特征；第二，在细胞和小鼠模型中，pLF-DEFB127显著下调了TNF-α、IL-6和IL-1β等促炎因子，改善了病理损伤，疗效与林可霉素相当；第三，与抗生素治疗相比，pLF-DEFB127对肠道微生物群的扰动极小，维持了更稳定的微生物多样性和群落结构，表现为芽孢杆菌目（Bacillales）增加和变形菌门（Proteobacteria）减少。研究人员强调，所观察到的微生物群差异属于相关性而非因果性，其对乳腺炎恢复的直接贡献仍需实验验证。研究还讨论了肠道-乳腺轴的可能机制，即DEFB127可能通过选择性调节肠道菌群，如降低变形菌门以减少脂多糖（LPS）入血，从而减轻全身性炎症负担。然而，这些功能解释均基于相关性数据和计算预测，属于假说范畴。研究的主要局限性包括：未深入阐明DEFB127抗炎的分子信号通路（如NF-κB、MAPK或NLRP3炎症小体）；肠道菌群分析仅为关联性研究，缺乏粪菌移植等因果验证；仅在转录水平验证了DEFB127表达，未进行蛋白质水平的验证。因此，观察到的治疗效果与DEFB127 mRNA诱导相关，但不能确凿归因于功能性DEFB127蛋白的直接作用。
研究结论翻译
总之，本研究证明，质粒介导的牦牛DEFB127原位递送通过抗炎机制，代表了一种有前景的治疗S. aureus诱导乳腺炎的抗生素替代方案。基于质粒的牦牛DEFB127递送显著减少了乳腺炎症和组织损伤，取得了与传统抗生素相当的治疗效果。至关重要的是，与林可霉素治疗不同，pLF-DEFB127治疗对肠道微生物群的扰动极小，其特征是保留了微生物多样性并相对富集了诸如芽孢杆菌目等类群。尽管这些微生物群变化对乳腺炎恢复的因果贡献仍有待确定，但pLF-DEFB127的微生物群友好特性代表了其相对于传统抗生素的一个有前景的安全优势。需要承认的是，尽管质粒递送导致乳腺组织中DEFB127 mRNA显著上调，但未进行DEFB127表达的蛋白质水平验证；因此，观察到的治疗效果与DEFB127 mRNA诱导相关，但功能性DEFB127肽段的产生对疾病改善的直接贡献尚无法最终确定。尽管如此，这些发现为一种新型的、对微生物群友好的奶牛乳腺炎生物治疗策略提供了初步证据，为实现乳业生产中减少抗生素依赖提供了一条可行途径。
