ADV SC：西北农林科技大学团队揭示PANoptosis在乳腺炎疾病中的关键作用

乳腺炎作为奶畜养殖过程中最常见的一种疾病，其造成的经济损失严重制约着全球畜牧业和乳品行业可持续发展。尽管抗生素治疗仍是当前临床主要应对策略，但由此引发的药物残留和细菌耐药性问题日益突出，为了解决这一重要问题，亟需深入阐明其发病机制并挖掘有效治疗靶点。

近年来研究发现，细菌感染可激活PANoptosis这一新型炎症性细胞程序性死亡途径，进而引发细胞因子风暴和多器官损伤，甚至机体死亡。这一发现为我们提供了重要启示，在细菌性炎症疾病进程中可能存在关键的“炎症放大器”信号机制。值得注意的是，乳腺炎作为典型的病原菌感染性炎症疾病，该过程中是否存在类似的信号放大机制尚未得到明确验证。

西北农林科技大学刘旭教授联合刘军教授团通过利用奶牛、奶山羊和小鼠等多物种模型对揭示PANoptosis途径的激活是驱动乳腺炎恶化的关键分子机制，并鉴定其作为潜在治疗靶点的重要价值。更为重要的是，本研究对传统认知中促炎因子造成血乳屏障损伤的观点进行了重要补充，阐明GSDMD的激活在乳腺炎期间血乳屏障损伤中发挥关键调控作用。此外，开发矢车菊素-3-O-半乳糖苷作为抗生素替代物。这项成果于6月24日发表在《Advanced science》杂志上，有望为乳腺炎的精准防治和抗病育种提供了新的治疗靶点。

研究材料

在这项研究中，研究人员通过利用奶牛、奶山羊和小鼠等多物种乳腺炎模型结合转录组测序、蛋白组测序、qRCR、蛋白免疫印记、免疫组化分析、透射电镜和分子动力学模拟等生物学方法发现，抑制PANoptosis激活显著缓解细菌感染性乳腺炎的严重程度，并且血乳屏障损伤和GSDMD裂解显著相关。基于此，构建了TLR4^-/-和GSDMD^-/-小鼠模型（敲除小鼠模型均由赛业生物提供）用于探究乳腺炎恶化和血乳屏障损伤的关键机制。

技术路线

（1）通过奶牛、奶山羊和小鼠等多物种乳腺炎模型结合多组学测序分析，发现PANoptosis激活和乳腺炎恶化显著相关。

（2）通过生物学方法验证PANoptosis激活是乳腺炎恶化的关键分子机制。

（3）通过分子动力学模拟解析矢车菊素-3-O-半乳糖苷发挥抗性作用的关键靶点GSDMD。

（4）利用TLR4^-/-和GSDMD^-/-小鼠模型解析调控血乳屏障损伤的关键因素。

研究结果

（1）多组学测序揭示PANoptosis通路参与乳腺炎恶化过程

转录组测序结果分析表明在LPS诱导乳腺上皮细胞炎症反应中，KEGG分析揭示了与炎症和免疫反应相关的通路的显著参与，包括IL-17 signaling pathway, cell adhesion molecules, toll-like receptor signaling pathway, chemokine signaling pathway, necroptosis, apoptosis, TNF signaling pathway, NF-κB signaling pathway 和 cytokine-cytokine receptor interaction等；GO分析进一步富集到免疫系统、免疫反应、细胞粘附、信号受体结合、细胞因子活性、细胞因子受体结合和趋化因子活性等生物学过程；KEGG分类显示主要是免疫系统、内分泌系统、翻译、信号转导以及细胞生长和死亡等；热图结果显示促炎相关基因的表达存在显著差异，包括 IL-6、IL1A、TLR4、CCL19、STAT3、IL18R1、PARP12、IRF1、CD14、IL-1β、CCL5、PARP10、IRF7、IL34、NFKB2 和NOS2。值得注意的是，PANoptosis的关键基因也表现出差异表达，包括Caspase3、Caspase8、ZBP1、GSDMD、MLKL和RIPK3。这些结果说明，PANoptosis通路参与乳腺炎恶化过程。

图1 多组学测序分析PANoptosis参与C3Gal减轻GMEC炎症反应

（2）PANoptosis是驱动乳腺炎期间炎症反应和紧密损伤的关键途径

通过使用抑制剂来抑制乳腺上皮细胞的PANoptosis激活。与 LPS 组相比，抑制剂组中PANoptosis的主要蛋白表达均显著降低。值得注意的是，矢车菊素-3-O-半乳糖苷并未阻止GSDMD-NT的表达，但显着减少了IL-1β的分泌。此外，抑制剂干预后，乳腺上皮细胞的死亡率显着降低，从 30.36% 降低到 12.56% 和 5.21%。这些结果表明，PANoptosis是驱动乳腺炎期间炎症反应和紧密损伤的关键途径。

图2 细胞凋亡是GMEC炎症过程中导致TJ损伤的关键途径

（3）GSDMD 激活是加剧乳腺炎严重程度和血乳屏障损伤的关键因素

细菌感染性乳腺炎期间血乳屏障损伤的确切机制仍不清楚。为了研究 GSDMD 激活是否是乳腺炎期间血乳屏障损的关键因素，利用TLR4^-/-和 GSDMD^-/-构建小鼠乳腺炎模型。结果显示，与WT小鼠乳腺炎组不同，TLR4^-/-和 GSDMD^-/-小鼠乳腺炎模型的乳腺未观察到明显的红肿，两种敲除小鼠模型均表现出 ZO-1 和 occludin 的表达水平显着增加，并显着降低 IL-6、TNFα 和 IL-1β 分泌。值得注意的是，在GSDMD^-/-小鼠模型中，ZO-1 和 occludin 表达的抑制作用效果优于TLR4^-/-小鼠模型中。这些结果表明 GSDMD 激活是加剧乳腺炎和血乳屏障损伤严重程度的关键因素，抑制 GSDMD 激活可以保护乳腺炎期间的血乳屏障完整性。

图3口服ACN粗提物可降低奶牛、奶山羊和小鼠的乳腺炎严重程度

总结

在这项研究中，我们证明抑制PANoptosis激活是治疗乳腺炎疾病恶化的有效靶点，GSDMD激活是导致血乳屏障损伤的关键因素。此外，矢车菊素-3-O-半乳糖苷是减轻乳腺炎严重程度和血乳屏障损伤的抗生素替代物，这为治疗细菌感染相关疾病和开发治疗乳腺炎的抗生素替代品提供了理论依据和研究基础。

补充说明

[1] Feng et al. Anthocyanins Prevent Mastitis Exacerbation by Inhibiting PANoptosis Activation，Adv Sci（2025）2025，doi: 10.1002/advs.202507172.