肌醇磷脂- Ca2+- NFAT途径在牛磺酸缓解乳房链球菌感染中的作用

Streptococcus uberis (S. uberis) infection upregulates cytoplasmic Ca2+ concentration. Inflammation mediated by Ca2+ need the participation of phosphoinositide system and transcription factors NFAT and NF-κB. Activated NFAT controls inflammation by its pro- and anti- inflammatory properties and membrane transport of taurine resulting in a reduction of cytoplasm Ca2+ concentration. We hypothesize that the phosphoinositide-Ca2+-NFAT pathway plays a critical role in attenuating taurine-associated S. uberis infection. To test this hypothesis we will co-culture taurine and S. uberis with different mammary target cells in a variety of permutations and combinations. A variety of Ca2+ mobilization inhibitors and NFAT, NF-κB transcription activators will be used to inhibit the relevent signaling pathways. The phosphoinositide component, Ca2+ concentration, transcription factors activity, downstream effectors, the number of intracellular bacteria and cell injury will be quantified. Then, these will be carried out in a goat model. This research will help elucidate the cellular mechanism of phosphoinositide-Ca2+-NFAT signaling in the taurine amelioration of S. uberis infection. This study will help to delineate the anti-inflammatory mechanism of nutritional taurine and provide insight into dietary methods for the prevention and control of mastitis.

基于乳房链球菌感染能引起胞浆Ca2+浓度升高，Ca2+浓度升高介导的炎性反应与肌醇磷脂系统及核转录因子NFAT、NF-κB有密切的联系，NFAT激活对炎症的调控有促炎及抗炎两方面，而牛磺酸跨膜转运会引起胞浆Ca2+浓度降低，我们提出肌醇磷脂-Ca2+-NFAT途径在牛磺酸缓解乳房链球菌感染的过程中有重要作用的假设。为此，研究拟将牛磺酸、乳房链球菌与各种乳腺功能细胞按一定顺序、组合共孵育，适时用针对Ca2+动员及NFAT、NF-κB转录激活的特异性拮抗剂阻断/抑制相关信号通路，通过比较不同处理间肌醇磷脂系统组分、Ca2+浓度、转录因子活性及其下游效应分子、胞内菌数及细胞损伤的差异，首先从细胞水平阐明肌醇磷脂-Ca2+-NFAT途径在牛磺酸缓解乳房链球菌感染中的作用，然后在山羊模型上进行整体验证。研究的开展有助于阐明营养元素牛磺酸的抗感染机理，为乳腺炎的防控提供新的思路。

奶牛乳腺炎病因复杂，主要以细菌感染为主。乳房链球菌是重要的环境性奶牛乳腺炎致病菌之一，可以粘附内化进入乳腺上皮细胞(MECs)形成胞内感染，给该菌引起的奶牛乳腺炎的防控带来巨大困难。本实验室前期研究发现，用牛磺酸调控乳房链球菌感染能提高机体的免疫能力、缓解乳腺组织的炎症反应和氧化应激损伤、降低乳腺组织及细胞中的载菌量等，但机制尚不清楚。为此，本研究围绕牛磺酸对肌醇磷脂/Ca2+系统介导的信号通路及细胞炎性反应的影响、对感染引起的氧化应激的调节作用、对机体代谢的调控及其对病原的清除作用等方面开展研究，获得以下五点结论：.（1）牛磺酸可抑制由S. uberis感染引起的肌醇磷脂组分之间的转变，降低细胞内Ca2+浓度水平的升高，减弱Ca2+信号相关蛋白的表达或活化，抑制核转录因子（NF-κB、NFAT）的活化，抑制下游相关炎症因子的分泌，减弱细胞的氧化应激反应程度，缓解炎症损伤。.（2）牛磺酸缓解S. uberis感染引发的炎症与肌醇磷脂系统/Ca2+信号密切相关，其主要是通过减弱肌醇磷脂系统引发的Ca2+动员，进而抑制Ca2+信号相关的两条炎症通路（PKC-NF-κB和CaN-NFAT），抑制机体过度的炎症反应。.（3）牛磺酸可能通过转运载体TauT、PAT 1进入乳腺上皮细胞，通过激活Keap 1-Nrf 2信号通路缓解S. uberis感染引起的氧化应激反应。.（4）牛磺酸可能通过激活PTEN抑制mTOR及其相关信号通路，诱发牛乳腺上皮细胞自噬，加速胞内乳房链球菌的清除，并抑制炎症信号通路的过度活化，缓解乳房链球菌感染引起的炎症反应和细胞损伤。.（5）牛磺酸可调控S. uberis感染导致的乳腺和乳腺上皮细胞代谢功能紊乱，维持机体的稳态。.上述研究结果阐明了牛磺酸在乳房链球菌感染乳腺过程中的作用机制，为乳腺炎的有效防治提供了理论支撑和防控策略。同时也为后续研究研究指明了方向。