Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://repo.snau.edu.ua/xmlui/handle/123456789/10107
Назва: Anti-inflammatory effect and mechanism of Chlorogenic acid extract from Taraxacum officinale on LTA-induced mastitis in dairy cows
Інші назви: Протизапальний ефект і механізм дії екстракту хлорогенової кислоти з Taraxacum officinale на LTA-індукований мастит у дійних корів
Автори: Xu, Ping
Сюй, Пінь
Ключові слова: chlorogenic acid
Bovine mammary epithelial cells
Lipoteichoic acid
cytotoxicity
mastitis of dairy cows
herbal preparations
antimicrobial agent
сow
хлорогенова кислота
епітеліальні клітини молочної залози
ліпотейхоєва кислота
цитотоксичність
мастит молочних корів
рослинні препарати
протимікробний засіб
корова
Дата публікації: 2022
Видавництво: Sumy National Agrarian University
Бібліографічний опис: Xu P. Anti-inflammatory effect and mechanism of Chlorogenic acid extract from Taraxacum officinale on LTA-induced mastitis in dairy cows [Electronic resource] : dissertation for the degree of the Doctor of Philosophy in the specialty : 211 «Veterinary medicine» / Ping Xu . − Sumy : Sumy National Agrarian University, 2022. – 164 р.
Короткий огляд (реферат): Based on scientific demonstration and experimental research, this thesis is devoted to studying Anti-inflammatory effect and mechanism of Chlorogenic acid extract from Taraxacum officinale on LTA-induced mastitis in dairy cows. Mastitis is one of the costliest diseases affecting dairy cattle. Direct economic costs associated with mastitis include reduced milk yield and quality, increased veterinary costs, discarded milk (during the course of treatment) and somatic cell count (SCC) penalties. When analyzing literary sources, we established that mastitis still remains a pressing problem for many countries, including China and Ukraine. And extracts from plant have obvious therapeutic effects and play an inportent role in the treatment of mastitis in dairy cows. They can not only avoid the production of drug-resistant bacteria caused by the application of antibiotics, but also avoid problems such as drug residues. Therefore, the application of plant extracts has always been high hopes in the prevention and treatment of dairy cow mastitis. Therefore, research needs to understand the antibacterial mechanism of plant extracts against pathogenic bacteria such as Staphylococcus aureus and Escherichia coli, and reveal the protective mechanism of plant extracts against mastitis in dairy cows. It has long been known that mastitis resistance or susceptibility is a complex trait that is comprehensively affected by the environmental, physiological and genetic factors. Analyzing plans for carrying out treatment and preventive measures in dairy farms of Ukraine and China, we determined that at present, antibiotics are mainly used for the treatment of cow mastitis. However, the abuse of antibiotics has lead to increased resistance to pathogenic bacteria and serious drug residues. Chlorogenic acid (3-O-caffeoylquinic acid) is the main active ingredient of an extract from Dandelion (Taraxacum officinale), which has played an important pharmacological role in the study of many inflammatory diseases. However, the molecular mechanism underlying the formation of resistance is poorly understood. This research takes chlorogenic acid as the research object, which is a natural ingredient in the Chinese herbal medicine Taraxacum officinale. Firstly, the optimal extraction conditions of chlorogenic acid in dandelion were determined by orthogonal experiment. A high performance liquid chromatography (HPLC) method for the detection of chlorogenic acid in dandelion was established. Secondly, detection of the antibacterial mechanism of phenolic acid extract (include chlorogenic acid) against Staphylococcus aureus. Lastly, the mammary epithelial cells were isolated and cultured from milk, and obtained pure primary cells; BMEC inflammatory model was established by Lipoteichoic acid (LTA); CCK-8, ELISA, qRT-PCR and WB were used to analyze the protective and anti-inflammatory effect of chlorogenic acid on LTA-induced inflammatory lesions. In order to provide a reference for the Chinese herbs treatment of dairy cow mastitis, it provides scientific basis for the research and development of Chinese herbs and related basic research. In the study of detection and extraction process of chlorogenic acid extract from Taraxacum officinale was conducted. The extraction technology of chlorogenic acid was researched from multiple factors, the best parameters of the technology were obtained that the ultrasonic temperature was 80 0C, the solid-liquid ratio was 1 : 30, the solvent concentration was 50%, and the ultrasonic time was 40 min, then the extraction rate can reach 1.921%. The HPLC detection method of chlorogenic acid from Taraxacum officinale was 5% methanol elution condition 0 ~ 5 min, 5 - 15% methanol elution condition 5 ~ 15 min, 15 - 5% methanol elution condition 15 ~ 20 min, 5 % methanol elution condition 20 ~ 25 min, and the buffer salt was 1‰ phosphoric acid aqueous solution, and the wavelength was 350 nm. The method was stable and reliable. In the process of the antibacterial experiment, it was found that phenolic extract from T. Officinale has an inhibitory effect on S. aureus, and the mechanism of action was to destroy the integrity of its cell walls and cell membranes. The minimum inhibitory concentration (MIC) of dandelion phenolic extract exhibited against S. aureus was 12.5 mg/mL. The antibacterial kinetic curve analysis showed that the inhibitory effect of dandelion phenolic extract on S. aureus was mainly in the exponential growth phase. After the action of dandelion phenolic extract, the growth of S. aureus was obviously inhibited entering into the decay phase early. Furthermore, after the action of dandelion, the extracellular AKP (alkaline phosphatase) contents of S. aureus, the electrical conductivity and the extracellular protein contents were all increased. The phenolic extract also affects the normal reproduction of S. aureus. When analysis the content of phenolic extract from T. Officinale, the dandelion was extracted by ultrasonic assisted extraction method with 70% methanol-water (v/v) as a solvent. Subsequent identification and quantification of phenol in extract was carried out using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The results showed that chlorogenic acid (1.34 mg/g) was present in higher concentration, followed by luteolin (1.08 mg/g), ferulic acid (0.22 mg/g), caffeic acid (0.21 mg/g), and rutin (0.19 mg/g) in the dandelion phenolic extract. When studying the establishment of bovine mammary epithelial cells (BMEC) from the milk of Ukraine Holstein dairy cows in order to develop a general in vitro model. The whole growth process is different when culturing epithelial cells from tissue. Single adherent cells appear on the culture dish after culturing for 3-4 days. Bovine mammary epithelial cells formed islands when cultured at low density after 5-7 days. Primary epithelial cells were elongated after culturing for 8-10 days. Mammary epithelial cells developed into different shapes, including oval, typical cobblestone, and irregular polygon. Most of the isolated cells that extended from the milk had an irregular polygon shape. The cells obtained after freezing and thawing maintained normal morphology and growth characteristics. In the selection of frozen storage medium, the frozen solution containing 90% FBS and 10% DMSO was more conducive to the survival of cryopreserved BMECs than DMEM/F12: FBS: DMSO= 5:4:1. For subsequent research, FBS containing 10% DMSO was used for preservation of frozen cells. The characteristics of BMECs were examined using real time cell assay (RTCA), immunocytochemistry (ICC), reverse transcription- polymerase chain reaction (RT-PCR), and Western blot (WB). RTCA provides a remarkable method for real time monitoring of cell viability. The result showed that the best seeding density for the proliferation of BMECs was 1 × 104 cells. The BMECs culture slowly grew within the first 3 days and cells entered the stable phase in the best seeding density. Cells exhibited strong positive staining for cytokeratin 18, which is specific for epithelial cells, indicating that the cultured cells possessed the properties of epithelial cells. RT-PCR was used to determine the mRNA expression and WB was used to determine the milk proteins expression in the BMEC. And the results confirmed the ability of the isolated cells to synthesize milk proteins. It is very important that MECs express milk proteins and can mimic the in vivo system. CCK-8 assay carried out to examine the viability of cells. The viability of BMECs infected with LTA were lower than that of the normal BMECs. RTAC was used to detect the effect of different concentrations of LTA on the proliferation of BMECs, the results were shown that with the increase of LTA concentration, the proliferation activity of BMEC cells was inhibited. According to the change of cell index value and different proliferation curves, the dynamic detection after LTA treatment of cells was found. The effects of LTA at different concentrations (0, 10, 20, 40, and 80 μg / mL) on BMEC were observed at different time points (12, 24 and 48 h); It was found that with the increase of LTA dose, the inhibition rate of cell vitality increased gradually, indicating that LTA of certain concentration would cause the damage of BMEC. According to 24 h of LTA action cells of different concentrations, the inhibition rate of concentration of 20 μg / mL and 40 μg / mL was significantly increased. The results of ELISA and qRT-PCR showed that the treatment of BMEC with LTA at the concentration of 20 μg / mL for 24 h obviously induced TNF-α and IL-6 protein and gene expression levels. In the last, the anti-inflammatory effect and mechanism of chlorogenic acid extract were detected in LTA-stimulated bovine mammary epithelial cells. The effect of chlorogenic acid extract on the viability of bovine mammary epithelial cell was evaluated using the CCK-8 and RTCA assay. The effects of chlorogenic acid extract on NF-κB activation was detected by Western blotting. The effects of chlorogenic acid extract on LTA-induced inflammatory cytokines expression were detected by ELISA and qRT-PCR. The results showed that the cell viability was not affected by chlorogenic acid extract at the dose of 12.5, 25, 50, 100, 200, and 400 μg/mL. The IC50 of the CCK-8 and RTCA analysis methods were 326.8 and 320.4 ug/mL. Meanwhile, chlorogenic acid extract inhibited LTA-induced TNF-α, IL-1β, and IL-6 expression. Western blot analysis showed that chlorogenic acid extract suppressed LTA-induced NF-κB activation in a dose-dependent manner. This paper investigates the anti-inflammatory mechanism of chlorogenic acid extract from Taraxacum officinale in inflammatory signaling pathways. It provides a basis for reference to the study of drug prevention and treatment of mastitis in dairy cows. We recommend using the materials of the dissertation work when studying the courses " Veterinary microbiology", "Veterinary internal medicine" and Veterinary sanitary examination" for masters of the Faculty of Veterinary Medicine of Sumy NAU. And for the courses "Veterinary internal medicine" and "Chinese traditional veterinary science" for masters of the Henan Institute of Science and Technology (HIST). We can recommend that at farm level, dandelion extract may use as a new type of feed additive in production. And new therapies with CGA as a drug should be developed in future.
Опис: На основі наукових, експериментальних досліджень дисертація присвячена вивченню протизапального ефекту та механізму дії екстракту хлорогенової кислоти з Taraxacum officinale на LTA - індукований мастит у молочних корів. Мастит – одне з найдорожчих захворювань молочної худоби. Прямі економічні витрати, пов’язані з маститом, включають зниження надоїв і якості молока, збільшення ветеринарних витрат, вибраковане молоко (під час лікування) та штрафи за підвищену кількість соматичних клітин (SCC). Аналізуючи літературні джерела, ми встановили, що мастит досі залишається актуальною проблемою для багатьох країн, у тому числі Китаю та України. А екстракти з рослини мають очевидну терапевтичну дію і відіграють важливу роль у лікуванні маститу у дійних корів. Вони можуть не тільки уникнути утворення стійких до ліків бактерій, спричинених застосуванням антибіотиків, але й уникнути таких проблем, як залишки ветеринарних препаратів в продуктах тваринництва. Тому на застосування рослинних екстрактів завжди покладалися великі надії в профілактиці та лікуванні маститу дійних корів. Саме тому сучасні дослідження потребують розуміння антибактеріального механізмуі дії рослинних екстрактів проти патогенних бактерій, таких як Staphylococcus aureus і Escherichia coli, і виявлення захисного механізму рослинних екстрактів проти маститу у молочних корів. Давно відомо, що резистентність або сприйнятливість до маститу є комплексною ознакою, на яку впливає сукупність екологічних, фізіологічних та генетичних факторів. Аналізуючи плани проведення лікувально-профілактичних заходів на молочних фермах України та Китаю, ми встановили, що на даний час для лікування маститу корів в господарствах переважно використовують антибіотики. Однак зловживання антибіотиками призвело до підвищення резистентності патогенних бактерій і накопиченню залишків ветеринарних препаратів в молочних продуктах та м'ясі. Хлорогенова кислота (3-О-кофеоілхінова кислота) є основним діючим інгредієнтом екстракту кульбаби (Taraxacum officinale), яка відіграває важливу фармакологічну роль у вивченні багатьох запальних захворювань. Однак молекулярний механізм, що лежить в основі формування резистентності, недостатньо вивчений. В дисертаційній работі в якості об’єкта дослідження береться саме хлорогенова кислота, яка є природним інгредієнтом китайського фітопрепарату Taraxacum officinale. По - перше, проведеними експериментами, було визначено оптимальні умови екстракції хлорогенової кислоти в кульбабі. В наслідок наших досліджень було створено метод високоефективної рідинної хроматографії (HPLC) для виявлення хлорогенової кислоти в кульбабі. По - друге, було виявлено антибактеріальний ефект екстракту фенолової кислоти (включаючи хлорогенову кислоту) проти Staphylococcus aureus. Нарешті, були виділені та культивовані з молока епітеліальні клітини молочної залози і отримані чисті первинні клітини. Запальну модель епітеліальних клітин молочної залози великої рогатої худоби (BMEC) створювали за допомогою ліпотейхоєвої кислоти (LTA); CCK-8, ELISA, qRT-PCR та WB використовувалися для аналізу захисної та протизапальної дії хлорогенової кислоти на запальні ураження, спричинені LTA. Для того, щоб надати посилання на лікування китайськими травами маститу молочних корів, наша робота забезпечує наукову основу для досліджень і розробок препаратів на основі китайських трав і відповідних фундаментальних досліджень. Було проведено дослідження процесу виявлення та екстракції екстракту хлорогенової кислоти з Taraxacum officinale. Технологія вилучення хлорогенової кислоти була досліджена з багатьох факторів та отримані найкращі параметри технології, а саме: температура ультразвуку становила 80 0C, співвідношення твердої речовини до рідини становило 1: 30, оптимальна концентрація розчинника 50%, а час ультразвуку був 40 хв, при таких параметрах швидкість вилучення може досягати 1,921%. Також використовували метод високоефективної рідинної хроматографії (HPLC) для виявлення хлорогенової кислоти з Taraxacum officinale: 5% метанол, умови елюції 0 ~ 5 хв, 5–15% умови метанолу, умови 5 ~ 15 хв, 15–5% умови елюції метанолу, 15 ~ 20 хв, умови елюції 5 % метанолу 20 ~ 25 хв, а буферна сіль була 1‰ водним розчином фосфорної кислоти, а довжина хвилі становила 350 нм. Цей метод виявився стабільним і надійним. У процесі антибактеріального експерименту було встановлено, що фенольний екстракт T. Officinale має пригнічувальну дію на S. aureus, а механізм дії полягає в порушенні цілісності його клітинних стінок і клітинних мембран. Мінімальна інгібуюча концентрація (МІК) фенольного екстракту кульбаби проти S. aureus становила 12,5 мг/мл. Аналіз антибактеріальної кінетичної кривої показав, що інгібуючий ефект фенольного екстракту кульбаби на S. aureus був переважно у фазі експоненціального росту. Після дії фенольного екстракту кульбаби ріст S. aureus був явно пригнічений, вступаючи у фазу розпаду рано. Крім того, після дії кульбаби, позаклітинний вміст (лужної фосфатази) AKP S. aureus, електропровідність і вміст позаклітинного білка були збільшені. Фенольний екстракт також впливає на нормальне розмноження S. aureus. При аналізі вмісту фенольного екстракту з T. Officinale кульбаба була екстрагована ультразвуковим методом екстракції з використанням 70% метанол-вода (об./об.) як розчинник. Подальшу ідентифікацію та кількісне визначення фенолу в екстракті проводили за допомогою високоефективної рідинної хроматографії (HPLC). Результати показали, що хлорогенова кислота (1,34 мг/г) була присутня у вищій концентрації, потім лютеолін (1,08 мг/г), ферулова кислота (0,22 мг/г), кавова кислота (0,21 мг/г) і рутин (0,19). мг/г) у фенольному екстракті кульбаби. Було проведено вивчення процесу утворення епітеліальних клітин молочної залози великої рогатої худоби (BMEC) з молока молочних корів голштинської породи України з метою розробки загальної моделі in vitro. Весь процес росту відрізняється при культивуванні епітеліальних клітин із тканини. Після культивування протягом 3-4 днів на чашці з культурою з’являються поодинокі приклеєні клітини. Епітеліальні клітини молочної залози великої рогатої худоби утворювали острівці при культивуванні при низькій щільності через 5-7 днів. Первинні епітеліальні клітини подовжувалися після культивування протягом 8-10 днів. Епітеліальні клітини молочної залози набули різних форм, включаючи овальну, типову бруківку та неправильний багатокутник. Більшість ізольованих клітин, які відбирали з молока, мали форму неправильного багатокутника. Клітини, отримані після заморожування та відтавання, зберігали нормальну морфологію та характеристики росту. При виборі замороженого середовища для зберігання використовували розчин, що містить 90% FBS (ембріональна сироватка великої рогатої худоби) і 10% DMSO (диметилсульфоксид (ДМСО) , був більш сприятливим для виживання кріоконсервованих епітеліальних клітин молочної залози великої рогатої худоби (BMEC), ніж DMEM/F12: FBS: DMSO= 5:4:1. Для подальших досліджень для збереження заморожених клітин використовували FBS, що містить 10% DMSO. Характеристики BMEC досліджували за допомогою клітинного аналізу в реальному часі (RTCA), імуноцитохімії (ICC), полімеразної ланцюгової реакції зворотної транскрипції (RT-PCR) і Вестерн-блот (WB). RTCA забезпечує надійний метод моніторингу життєздатності клітин у реальному часі. Результат показав, що найкраща щільність посіву для проліферації BMEC була 1 × 104 клітин. Культура BMEC повільно росла протягом перших 3 днів, і клітини увійшли в стабільну фазу з найкращою щільністю посіву. Клітини продемонстрували сильне позитивне фарбування на цитокератин 18, який є специфічним для епітеліальних клітин, що вказує на те, що культивовані клітини володіють властивостями епітеліальних клітин. RT-PCR використовували для визначення експресії мРНК, а WB використовували для визначення експресії молочних білків у BMEC. Результати підтвердили здатність ізольованих клітин синтезувати білки молока. Дуже важливо, щоб епітеліальні клітини молочної залози (MEC) експресували білки молока і могли імітувати систему in vivo. Був проведений аналіз CCK-8, з метою перевірки життєздатності клітин. Життєздатність BMEC, інфікованих LTA, була нижчою, ніж у звичайних BMEC. RTAC використовувався для виявлення впливу різних концентрацій LTA на проліферацію BMEC, результати показали, що зі збільшенням концентрації LTA активність проліферації клітин BMEC пригнічувалася. Відповідно до зміни значення клітинного індексу та різних кривих проліферації виявлено динамічну наявність після обробки клітин LTA. Вплив LTA в різних концентраціях (0, 10, 20, 40 і 80 мкг / мл) на BMEC спостерігався в різні моменти часу (12, 24 і 48 годин). Було виявлено, що зі збільшенням дози LTA швидкість інгібування життєдіяльності клітин поступово зростала, що вказує на те, що LTA певної концентрації спричиняє пошкодження BMEC. Згідно з 24-годинною дією клітин LTA різних концентрацій швидкість інгібування концентрації 20 мкг/мл та 40 мкг/мл була значно збільшена. Результати ELISA та qRT-PCR показали, що обробка BMEC LTA у концентрації 20 мкг/мл протягом 24 год, очевидно, індукувала TNF-α та IL-6 білки та рівні експресії генів. Матеріали дисертаційної роботи використовуються при вивченні курсів «Ветеринарна мікробіологія», «Внутрішні хвороби тварин» та «Ветеринарно-санітарна експертиза» для магістрів факультету ветеринарної медицини Сумського НАУ, а також для курсів «Внутрішні хвороби тварин» та «Китайська традиційна ветеринарія» для магістрів Хенанського інституту науки і технологій (HIST). Екстракт кульбаби, як новий вид кормової добавки, рекомендовано використовувати у агропромислових господарства при виробництві молока. Перспективним є розробка нових засобів лікування з використанням CGA.
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): https://repo.snau.edu.ua:8080/xmlui/handle/123456789/10107
Розташовується у зібраннях:Дисертації та автореферати

Файли цього матеріалу:
Файл Опис РозмірФормат 
Dis_Xu Ping_已签名.pdf3,23 MBAdobe PDFПереглянути/Відкрити


Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.