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學術園地

乳房炎與卵母細胞發育能力之關聯性

新竹分所  李佳馨、王思涵、蕭振文  編譯

　　乳牛乳房炎（mastitis）為全世界影響酪農業經濟損失之重要疾病之一，常造成乳牛乳產量減少、乳品質改變以及增加被淘汰的風險，造成牧場巨大的經濟損失。例如：美國每年因牛隻罹患乳房炎造成的經濟損失高達約20億美元。在臺灣因為乳房炎導致的經濟損失包含：每年廢棄生乳、乳房炎軟膏之費用、平均乳體細胞數過高而減少之乳產量，初步估計約臺幣15億元（莊，2011）。乳房炎之發生大多為病原菌入侵乳腺所造成之局部性發炎反應。金黃色葡萄球菌及大腸桿菌分別為造成臨床性乳房炎發生之主要革蘭氏陽性及陰性菌，大腸桿菌所引起之乳房炎屬於急性發炎症狀且往往會對乳腺組織造成嚴重傷害；相反地，金黃色葡萄球菌所引起之臨床性乳房炎則常發展為慢性或亞臨床性之乳房炎。近年研究顯示乳房炎會降低乳牛的繁殖性能，許多研究顯示：在人工授精（artificial insemination, AI）之前後發生的臨床性乳房炎會抑制牛隻的繁殖性能（Hertl et al., 2010）。由於亞臨床性乳房炎屬長期感染乳腺的特性，因此也會干擾乳牛的繁殖性能，且其造成牛隻受孕率降低的比例可能超過臨床性乳房炎（Lavon et al., 2011a）。

　　目前國外學者使用了幾種體外和體內試驗模式，來研究乳房炎和卵巢功能之間的關聯性。這些包括通過乳房內施用大腸桿菌來源的內毒素（lipopolysaccharide, LPS）或將卵巢組織在體外暴露於內毒素（endotoxin）或細胞因子（cytokines）來誘導急性臨床乳房炎。研究顯示，乳房炎引起的細胞因子升高，通過激活腦垂腺-腎上腺軸誘導改變血中激素的濃度，並延遲母牛卵巢排卵的時間（Lavon et al., 2008）。促使母牛卵巢排卵作用，其血中之E2與激黃體素（LH）必須達到高水平濃度，如圖1所示。但在AI前罹患亞臨床性乳房炎牛群中，約有30%的母牛在排卵前濾泡中之性類固醇生成功能受損，導致濾泡液和循環中的雌二醇（E2）濃度較低；低濃度之E2會延遲LH潮湧，繼而導致排卵延遲。另有研究顯示，以LPS或腫瘤壞死因子α（TNFα）短期培養卵巢濾泡上之鞘細胞或顆粒細胞會降低性類固醇的產生。考慮到卵母細胞微環境的潛在損害，合理地假設，乳房炎誘導激活母牛體內之免疫系統，卵母細胞也可能受到損害。將卵母細胞短期暴露於LPS或其他促炎性細胞因子（如TNFα），模仿臨床乳房炎之急性期，亦會造成破壞卵母細胞的成熟和胚胎發育。近期的研究顯示，乳房炎會影響排卵前濾泡功能，尤其在慢性乳房炎會損害卵巢的濾泡生長和濾泡內之性類固醇生成（Lavon et al.,  2011b）。
　　對於引起母牛乳房內之感染的病原體，在流行病學研究顯示，母牛的繁殖性能在感染革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌之間並沒有區別。兩者都造成母牛之生殖系統功能受損。然而，以色列在2013年調查不同乳房炎的細菌在乳房內感染對卵母細胞（即濾泡內的卵母細胞）與體外成熟、受精並進一步發育到囊胚的能力，如表1所示（Roth et al.,  2013）。根據最近3個月的一次牛奶測試以及屠宰前採集的四分之一樣品的體細胞計數（somatic cell counts, SCC）紀錄，將以色列9個商業乳牛場共50頭荷蘭牛分為3組：低 SCC（n=7），中SCC（n=16）或高SCC（n=27），3組之間的乳產量和產乳天數沒有差異。低、中和高 SCC組的SCC平均值分別為14.8、31.1和181.3×10⁴ cells/ mL。在屠宰場收集卵巢並將其帶到實驗室。從每頭母牛分別回收卵丘卵母細胞複合物，並分別進行體外成熟和受精，然後培養8天。結果顯示，各組之間的抽吸卵母細胞數量沒有差異，每頭母牛的卵母細胞範圍為17-21個。各組中分裂成2-4細胞期胚胎的卵母細胞比例（86.1±3.4%）沒有差異。相比之下，中及高SCC組在受精後第7天和第8天發育到囊胚百分比均較低 SCC組低（5.8±2.1%和3.4±1.5%vs. 18.7±5.4%）。在中與高 SCC組中，受精後第7天和第8天的胚胎發育明顯減少，顯示母牛繁殖系統之損傷主要與卵母細胞品質有關，而不是與胚胎發育延遲有關。
　　由上述試驗可知，顯示自然發生的乳房炎可能已對卵母細胞於卵巢內早期（即在卵原階段的卵母細胞）造成損害，因此卵原細胞的受損可能與高SCC有關，而非與細菌類型（革蘭氏陰性或陽性菌）或乳房炎嚴重程度（臨床或亞臨床）有關。換言之，可能是由於細菌毒素與內毒素在母牛體內累積，進一步引起動物體內發炎反應，使得母牛乳房內呈現高SCC，此應可以解釋在受精前患有乳房炎的母牛生育力較低之可能原因。

參考文獻
莊士德。2011。乳房炎防治對臺灣乳業永續發展的影響。2011 年臺灣乳業技術推廣研 討會。
Hertl, J. A., Y. T. Gröhn, J. D. Leach, D. Bar, G. J. Bennett, R. N. González, B. J. Rauch, F. L. Welcome, L. W. Tauera and Y. H. Schukken. 2010. Effects of clinical mastitis caused by gram-positive and gram-negative bacteria and other organisms on the probability of conception in New York State Holstein dairy cows. J. Dairy Sci. 93: 1551-1560.
Lavon, Y., G. Leitner, T. Goshen, R. Braw-Tal, S. Jacoby and D. Wolfenson. 2008. Exposure to endotoxin during estrus alters the timing of ovulation and hormonal concentrations in cows. Theriogenology 70: 956-967.
Lavon, Y., E. Ezra, G. Leitner and D. Wolfenson. 2011a. Association of conception rate with pattern and level of somatic cell count elevation relative to time of insemination in dairy cows. J. Dairy Sci. 94: 4538-4545.
Lavon, Y., G. Leitner, E. Klipper, U. Moallem, R. Meidan and D. Wolfenson. 2011b. Subclinical, chronic intramammary infection lowers steroid concentrations and gene expression in bovine preovulatory follicles. Domest. Anim. Endocrinol. 40: 98-109.
Roth, Z., A. Dvir, D. Kalo, Y. Lavon, O. Krifucks, D. Wolfenson and G. Leitner. 2013. Naturally occurring mastitis disrupts developmental competence of bovine oocytes. J. Dairy Sci. 96: 6499-505.

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