FSHW | 巖藻多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)的小鼠乳腺炎的保護(hù)作用及機(jī)制研究

本文系Food Science and Human Wellness原創(chuàng)編譯，歡迎分享，轉(zhuǎn)載請(qǐng)授權(quán)。

Introduction

乳腺炎是奶牛業(yè)最常見(jiàn)的疾病之一，嚴(yán)重危害動(dòng)物福利，給乳制品行業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失。大腸桿菌是環(huán)境性乳腺炎最常見(jiàn)的病原體，脂多糖（LPS）是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的主要成分，通常用于模擬體內(nèi)外大腸桿菌感染引起的炎癥模型。LPS可通過(guò)啟動(dòng)多種信號(hào)通路觸發(fā)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等促炎因子過(guò)量分泌。這些炎癥因子還可以觸發(fā)許多信號(hào)通路，包括激活A(yù)MPK/Nrf2通路信號(hào)通路以加強(qiáng)和維持炎癥環(huán)境。此外，牛乳腺炎通常伴有全身氧化應(yīng)激，可殺死病原體，但也可破壞乳腺組織。血乳屏障是乳腺組織防止病原微生物入侵的天然屏障，在乳腺炎期間會(huì)嚴(yán)重受損。抗生素仍然是目前治療乳腺炎的主要方法，但其細(xì)菌耐藥性和乳制品中的藥物殘留嚴(yán)重危害人體健康。因此，尋找一種安全、保護(hù)血乳屏障的措施具有重要的意義。

目前，海洋生物已經(jīng)衍生出多種生物活性分子，因其有效性和副作用小的特點(diǎn)，成為研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)，有些已開(kāi)發(fā)為功能性健康品。巖藻多糖是一種來(lái)自褐藻的硫酸鹽多糖，具有包括抗炎等廣泛的生物活性功能。褐藻的細(xì)胞壁由酸性多糖（如巖藻多糖）的無(wú)定形基質(zhì)組成，這些多糖通過(guò)蛋白質(zhì)相互連接，賦予海藻結(jié)構(gòu)完整性和靈活性。相關(guān)文獻(xiàn)表明，巖藻多糖具有巨大的治療潛力和健康益處。

然而，巖藻多糖是否對(duì)LPS誘導(dǎo)的乳腺炎具有保護(hù)作用尚不清楚。因此，作者研究了巖藻多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)小鼠乳腺炎模型的影響，并探討其潛在機(jī)制。

Results

巖藻多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)乳腺炎的保護(hù)作用

圖1對(duì)小鼠乳腺炎病理切片進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，LPS組的乳腺結(jié)構(gòu)明顯受損，出現(xiàn)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、充血和乳腺腺泡不全。然而，巖藻多糖處理組，LPS誘導(dǎo)的乳腺損傷大大減少。ELISA和qPCR結(jié)果表明巖藻多糖減弱了乳腺組織中LPS誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α和COX-2、iNOS上升水平。免疫熒光結(jié)果表明褐藻糖膠處理可以抑制LPS誘導(dǎo)的免疫細(xì)胞的關(guān)鍵標(biāo)志物F4/80和CD68的表達(dá)水平上升。

圖1巖藻多糖對(duì)LPS誘導(dǎo)乳腺炎的保護(hù)作用

巖藻多糖的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)49 個(gè)常見(jiàn)基因分別位于“褐藻糖膠”、“炎癥”和“氧化”。KEGG分析和GO注釋表明，靶基因與炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激有關(guān)。

圖2巖藻多糖的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析

巖藻多糖對(duì)AMPK/Nrf2和自噬通路的影響

如圖3所示，巖藻多糖處理顯著增加了LC3的表達(dá)并降低了p62水平。隨后檢測(cè)了AMPK信號(hào)通路在巖藻多糖抗炎機(jī)制中的作用。為了進(jìn)一步證明AMPK通路是巖藻多糖在LPS誘導(dǎo)的乳腺炎中的主要下游效應(yīng)蛋白，采用了siRNA干擾技術(shù)。通過(guò)RT-qPCR測(cè)定驗(yàn)證了特異性RNA干擾效率。通過(guò)si-AMPK處理，AMPK mRNA的水平顯著降低。Western blot結(jié)果顯示，si-AMPK處理顯著抑制了Beclin和ULK1蛋白的磷酸化。巖藻多糖處理可以增加Nrf2和HO-1的表達(dá)水平，而LPS處理降低了它們的表達(dá)水平。AMPK降低后，Nrf2的熒光強(qiáng)度顯著降低。上述結(jié)果表明，巖藻多糖主要通過(guò)AMPK途徑促進(jìn)Nrf2入核和自噬發(fā)生。

圖3巖藻多糖對(duì)AMPK/Nrf2和自噬通路的影響

Conclusion

巖藻多糖對(duì)LPS刺激的乳腺炎的保護(hù)作用是通過(guò)抑制炎癥和增強(qiáng)血乳屏障的完整性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本研究表明，在乳腺炎中，巖藻多糖可通過(guò)激活A(yù)MPK信號(hào)通路促進(jìn)Nrf2入核和自噬發(fā)生，從而抑制氧化應(yīng)激和乳腺的炎癥損傷，保護(hù)血乳屏障（圖4）。

圖4 巖藻多糖作用機(jī)制圖

第一作者簡(jiǎn)介

梁孝本，男，碩士研究生，現(xiàn)就讀于浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，主要研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物活性及動(dòng)物病毒性疾病治療。本科就讀浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院動(dòng)物醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)，目前就讀浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院獸醫(yī)專(zhuān)業(yè)。參與國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目，曾在Cells、Microbiology Spectrum參與發(fā)表文章。

通信作者簡(jiǎn)介

吳海沖，男，浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院特聘副研究員，碩士生導(dǎo)師，中國(guó)畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)獸醫(yī)影像技術(shù)學(xué)分會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)，中國(guó)獸醫(yī)協(xié)會(huì)獸醫(yī)器械分會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)。目前擔(dān)任Int. J. Biol. Macromol、Chem. Biol. Interact、Biomed. Pharmacother等多個(gè)國(guó)際期刊評(píng)審。研究方向?yàn)槟膛a(chǎn)期疾病、犬貓營(yíng)養(yǎng)需要與食品研發(fā)、動(dòng)物內(nèi)科疾病及天然產(chǎn)物活性。曾主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、企業(yè)委托項(xiàng)目，參與“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題項(xiàng)目。相關(guān)研究成果發(fā)表在Food Science and Human Wellness, Journal of Agricultural & Food Chemistry，Journal of Functional Foods，International immunopharmacology，Theriogenology等期刊。

Fucoidan protects against LPS-induced mastitis and enhances the integrity of blood-milk barrier by activating AMPK/Nrf2 and autophagy

Xiaoben Lianga,#, Yuhong Chenb,c,#, Zhijie Zhenga, Yonghui Zhenga, Haichong Wua,*

a Department of Veterinary Medicine, College of Animal Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China

b College of Animal Sciences and Veterinary Medicine, Guangxi University, Nanning 530004, China

c Longyan University & Fujian Provincial Key Laboratory for Prevention and Control of Animal Infectious Diseases and Biotechnology, Longyan 364012, China

# Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

Mastitis often occurs during women’s lactation period, causing great psychological and physical pain to women. Fucoidan, a sulfated polysaccharide obtained from brown algae, has much broader biological properties. However, the roles of fucoidan in lipopolysaccharides (LPS)-induced mastitis are still undiscovered. The present study was aimed to evaluate the influences of fucoidan on LPS-induced mouse mastitis and investigate its possible mechanisms. The expression profiles of fucoidan acting on mastitis were analyzed by network pharmacology. Additionally, mechanism experiments verified the mechanism of fucoidan on mastitis. The results of in vivo study displayed that the treatment of fucoidan to LPS-stimulated mouse mastitis decreased the inflammatory damage, proinflammatory cytokines level and repaired the completeness of blood-milk barrier. In the study of mouse mammary epithelial cells, fucoidan suppressed the secretion of reactive oxygen species (ROS) and enhanced the activity of antioxidant enzymes. Molecular experiments suggested that fucoidan promoted nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) nuclear import and autophagy via activating the adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase (AMPK) signaling pathway. The above results indicated that in mastitis, fucoidan promoted Nrf2 nuclear import and autophagy via activating the AMPK signaling pathway, thereby suppressing oxidative stress and inflammatory injury to the mammary glands and protecting the blood-milk barrier.

Reference:

LIANG X B, CHEN Y H, ZHENG X J, et al. Fucoidan protects against LPS-induced mastitis and enhances the integrity of blood-milk barrier by activating AMPK/Nrf2 and autophagy[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(2): 9250037. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250037.

本文編譯內(nèi)容由作者提供

編輯：王佳紅；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲(chóng)創(chuàng)意