著者の所属・活動拠点の国は、中国、サウジアラビアです。

掲載誌：Veterinary Sciences

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

牛の乳房炎は、乳量の減少や動物福祉の低下を招き、酪農に大きな経済的損失をもたらす病気です。原因菌の一つである緑膿菌は、多くの抗生物質が効きにくい性質を持ち、急性の重い乳房炎を起こして治りにくいことが知られています。そのため研究チームは、菌そのものを攻撃するのではなく、感染した側の体の反応を整える方法に注目しました。

乳房の内側を覆う乳腺上皮細胞は、物理的な壁であると同時に、菌の侵入をいち早く感知する見張り役でもあります。この細胞はTLR4という受容体で菌の成分を認識し、MAPKと呼ばれる細胞内の信号伝達の経路を通じて炎症を起こす物質を放出します。また緑膿菌の感染は、細胞の自死（アポトーシス）を引き起こし、細胞内の不要物や侵入した菌を分解して処理する仕組み（オートファジー）を乱すとされています。

研究チームは、短鎖脂肪酸の一種である酪酸ナトリウムに着目しました。短鎖脂肪酸は腸内細菌などによって作られる小さな脂肪酸で、酪酸ナトリウムは消化管などの病態モデルで炎症を抑える働きが報告されてきました。本研究は、緑膿菌が乳腺上皮細胞に起こす炎症、細胞死、オートファジーの変化の仕組みを調べ、酪酸ナトリウムがそれらをどの程度防げるかを評価することを目的としています。

何を、どのように調べたか

研究チームは、臨床的な病気のない泌乳中期のホルスタイン牛3頭の乳腺組織から上皮細胞を取り出し、まとめて培養して実験に用いました。細胞は、何も加えない対照群、酪酸ナトリウム（0.5 mmol/L）だけを加えた群、緑膿菌の標準株を6時間感染させた群、酪酸ナトリウムで18時間前処理してから緑膿菌を6時間感染させた群の4群に分けられました。

測定した項目は、細胞死を起こした細胞の割合、培養液中に放出された炎症物質（IL-6とTNF-α）の量、炎症やオートファジーに関わる遺伝子の働き具合、関連するタンパク質の量です。さらに電子顕微鏡で細胞の表面や内部の構造を観察し、蛍光染色でTLR4の量と細胞内での位置を確認しました。

加えて、感染群と前処理後に感染させた群の間で、細胞内で働いているすべての遺伝子を網羅的に比べる解析（RNAシーケンス）を行いました。ここで見つかった変化をもとに、個別の遺伝子やタンパク質をさらに詳しく測定するという手順がとられています。

主な報告結果

細胞死の割合は、対照群で約6%、酪酸ナトリウムのみの群で約5%でした。緑膿菌に感染させると13.45%に増えましたが、酪酸ナトリウムで前処理した群では7.28%にとどまりました。酪酸ナトリウムだけを加えた場合に細胞への害は見られなかったと著者らは報告しています。

炎症物質の量は、感染によってIL-6が約26 pg/mL、TNF-αが約310 pg/mLまで増えました。前処理した群ではそれぞれ約16 pg/mL、約140 pg/mLに低下していました。

網羅的な遺伝子解析では、前処理した群と感染のみの群の間で589個の遺伝子の働きに差があり、前処理群では307個が増え、282個が減っていました。これらの遺伝子は、TLRによる信号伝達、MAPKの経路、オートファジーなど、免疫や細胞の恒常性に関わる経路に多く含まれていました。個別に測定すると、感染によって炎症に関わる遺伝子とオートファジーに関わる遺伝子の働きがともに高まり、前処理によってどちらも正常に近い水準まで下がっていました。

タンパク質の測定では、感染によってオートファジーの目印となるLC3-IIやBeclin-1が増えるとともに、本来オートファジーで分解されるはずのp62というタンパク質もたまっていました。著者らはこれを、分解の入り口は動き出したものの、最後の分解段階が滞っている状態と解釈しています。前処理した群ではこれらの目印が減り、p62の蓄積も軽くなっていました。電子顕微鏡では、感染した細胞でミトコンドリアの腫れや分解されずに残った構造が見られ、前処理によってミトコンドリアの形の回復が見られたと述べられています。

感染によってTLR4のタンパク質量が増え、その下流にあるMAPKの仲間（p38、ERK、JNK）が活性化した状態（リン酸化）が強まりました。前処理した群では、TLR4の量もこれら3種類の活性化も感染のみの群より弱くなっていました。

この報告が示すこと

研究チームは、酪酸ナトリウムが緑膿菌による乳腺上皮細胞の細胞死と過剰な炎症を和らげ、その効果はTLR4からMAPKへと続く炎症の経路が抑えられることや、オートファジーの目印の蓄積が軽くなることと密接に関連していると結論づけています。そのうえで、酪酸ナトリウムを、抗生物質に頼らずに牛の乳房感染を和らげる候補の一つとして位置づけています。

一方で著者らは、いくつかの限界を挙げています。培養細胞の実験であるため、乳房の中で上皮細胞と免疫細胞が関わり合う複雑な状況までは再現できていません。またTLR4やMAPKの働きを人為的に止める実験は行っていないため、この経路が保護効果をもたらしているという因果関係は証明されておらず、示されたのは強い関連にとどまります。飼料として与えた場合に体内でどの程度働くかは、実際の牛での確認が必要です。網羅的な遺伝子解析に酪酸ナトリウムのみの群を含めていないため、感染していない細胞への酪酸ナトリウム自体の影響も十分には評価できていないとしています。

原著論文の著者・所属：Xiaoli Shi（College of Animal Science, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China）、Yi Xu（College of Veterinary Medicine, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China）、Abdulrahman S. Alharthi（Department of Animal Production, College of Food and Agriculture Science, King Saud University, Riyadh 11451, Saudi Arabia）、Tianle Xu（Joint International Research Laboratory of Agriculture and Agri-Product Safety, Ministry of Education of China, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Xiaoli Shi, Yi Xu, Abdulrahman S. Alharthi, et al. Sodium Butyrate Mitigates Pseudomonas aeruginosa Infection in bMECs Associated with the Modulation of TLR4/MAPK Pathway and Improvement of Autophagic Markers. Veterinary Sciences（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-08. DOI: 10.3390/vetsci13090925. 原著ライセンス：CC BY.