FSHW | 岩藻多糖对LPS诱导的小鼠乳腺炎的保护作用及机制研究

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Introduction

乳腺炎是奶牛业最常见的疾病之一，严重危害动物福利，给乳制品行业带来巨大经济损失。大肠杆菌是环境性乳腺炎最常见的病原体，脂多糖（LPS）是革兰氏阴性菌细胞壁的主要成分，通常用于模拟体内外大肠杆菌感染引起的炎症模型。LPS可通过启动多种信号通路触发炎症反应，导致白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等促炎因子过量分泌。这些炎症因子还可以触发许多信号通路，包括激活AMPK/Nrf2通路信号通路以加强和维持炎症环境。此外，牛乳腺炎通常伴有全身氧化应激，可杀死病原体，但也可破坏乳腺组织。血乳屏障是乳腺组织防止病原微生物入侵的天然屏障，在乳腺炎期间会严重受损。抗生素仍然是目前治疗乳腺炎的主要方法，但其细菌耐药性和乳制品中的药物残留严重危害人体健康。因此，寻找一种安全、保护血乳屏障的措施具有重要的意义。

目前，海洋生物已经衍生出多种生物活性分子，因其有效性和副作用小的特点，成为研究人员关注的焦点，有些已开发为功能性健康品。岩藻多糖是一种来自褐藻的硫酸盐多糖，具有包括抗炎等广泛的生物活性功能。褐藻的细胞壁由酸性多糖（如岩藻多糖）的无定形基质组成，这些多糖通过蛋白质相互连接，赋予海藻结构完整性和灵活性。相关文献表明，岩藻多糖具有巨大的治疗潜力和健康益处。

然而，岩藻多糖是否对LPS诱导的乳腺炎具有保护作用尚不清楚。因此，作者研究了岩藻多糖对LPS诱导小鼠乳腺炎模型的影响，并探讨其潜在机制。

Results

岩藻多糖对LPS诱导乳腺炎的保护作用

图1对小鼠乳腺炎病理切片进行分析，发现与对照组相比，LPS组的乳腺结构明显受损，出现炎症细胞浸润、充血和乳腺腺泡不全。然而，岩藻多糖处理组，LPS诱导的乳腺损伤大大减少。ELISA和qPCR结果表明岩藻多糖减弱了乳腺组织中LPS诱导的促炎细胞因子IL-1β、TNF-α和COX-2、iNOS上升水平。免疫荧光结果表明褐藻糖胶处理可以抑制LPS诱导的免疫细胞的关键标志物F4/80和CD68的表达水平上升。

图1岩藻多糖对LPS诱导乳腺炎的保护作用

岩藻多糖的网络药理学分析

通过网络药理学分析发现49 个常见基因分别位于“褐藻糖胶”、“炎症”和“氧化”。KEGG分析和GO注释表明，靶基因与炎症反应和氧化应激有关。

图2岩藻多糖的网络药理学分析

岩藻多糖对AMPK/Nrf2和自噬通路的影响

如图3所示，岩藻多糖处理显著增加了LC3的表达并降低了p62水平。随后检测了AMPK信号通路在岩藻多糖抗炎机制中的作用。为了进一步证明AMPK通路是岩藻多糖在LPS诱导的乳腺炎中的主要下游效应蛋白，采用了siRNA干扰技术。通过RT-qPCR测定验证了特异性RNA干扰效率。通过si-AMPK处理，AMPK mRNA的水平显著降低。Western blot结果显示，si-AMPK处理显著抑制了Beclin和ULK1蛋白的磷酸化。岩藻多糖处理可以增加Nrf2和HO-1的表达水平，而LPS处理降低了它们的表达水平。AMPK降低后，Nrf2的荧光强度显著降低。上述结果表明，岩藻多糖主要通过AMPK途径促进Nrf2入核和自噬发生。

图3岩藻多糖对AMPK/Nrf2和自噬通路的影响

Conclusion

岩藻多糖对LPS刺激的乳腺炎的保护作用是通过抑制炎症和增强血乳屏障的完整性来实现的。本研究表明，在乳腺炎中，岩藻多糖可通过激活AMPK信号通路促进Nrf2入核和自噬发生，从而抑制氧化应激和乳腺的炎症损伤，保护血乳屏障（图4）。

图4 岩藻多糖作用机制图

第一作者简介

梁孝本，男，硕士研究生，现就读于浙江大学动物科学学院，主要研究方向为天然产物活性及动物病毒性疾病治疗。本科就读浙江大学动物科学学院动物医学专业，目前就读浙江大学动物科学学院兽医专业。参与国家自然科学基金青年项目、浙江省自然科学基金项目，曾在Cells、Microbiology Spectrum参与发表文章。

通信作者简介

吴海冲，男，浙江大学动物科学学院特聘副研究员，硕士生导师，中国畜牧兽医学会兽医影像技术学分会副秘书长，中国兽医协会兽医器械分会副秘书长。目前担任Int. J. Biol. Macromol、Chem. Biol. Interact、Biomed. Pharmacother等多个国际期刊评审。研究方向为奶牛围产期疾病、犬猫营养需要与食品研发、动物内科疾病及天然产物活性。曾主持国家自然科学基金青年项目、浙江省自然科学基金项目、企业委托项目，参与“十三五”重点研发计划课题项目。相关研究成果发表在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.

本文编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意