Effetto del trattamento con PEG-gCSF precedente la mastite sperimentale nelle Holstein in lattazione

//Effetto del trattamento con PEG-gCSF precedente la mastite sperimentale nelle Holstein in lattazione

Effetto del trattamento con PEG-gCSF precedente la mastite sperimentale nelle Holstein in lattazione

Effetto del trattamento con fattore stimolante le colonie di granulociti in forma pegilata (PEG-gCSF) prima della mastite sperimentale nelle Holstein in lattazione

INTRODUZIONE

La mastite è la principale preoccupazione per quanto riguarda la salute e l’economia per gli allevamenti di bovine da latte. In questi animali, la mastite può portare all’abbattimento, alla diminuzione della produzione e della qualità del latte e ad un aumento dei costi dovuto ai trattamenti (Ryman et al., 2015; Ceniti et al., 2017). Si stima che questa patologia sia responsabile di una perdita stimata di 2 miliardi di dollari l’anno per l’industria lattiero caesearia negli Stati Uniti; i costi in genere variano tra i 95 e i 211 dollari per caso per vacca (USDA-APHIS, 2007; Cha et al., 2011; Ryman et al., 2015; Ceniti et al., 2017). La mastite colpisce tutto il bestiame da latte e può essere causata da una pletora di microrganismi patogeni, tra cui, nel caso dei bovini, l’Escherichia coli, lo Staphylococcus aureus e lo Streptococcus uberis (Ryman et al., 2015; Ismail, 2017). I sintomi della mastite possono includere gonfiore delle mammelle, calore, durezza o arrossamento; gli animali possono essere letargici o avere cambiamenti nella composizione e nella qualità del latte e possono mostrare diminuzione della produzione di latte e dell’assunzione degli alimenti (Yeiser et al., 2012). La mastite presentare diversi livelli di gravità, che possono essere influenzati da componenti genetiche e ambientali non correlate alla malattia (Morales et al., 1998; Burvenich et al., 2007).

I neutrofili, e altre cellule effettrici del sistema immunitario innato come i monociti, vengono attivati durante le normali risposte infiammatorie dovute alle infezioni e sono considerati essere i responders primari innati alle infezioni che causano la mastite (Kehrli et al., 1991a). I neutrofili possono distruggere gli agenti patogeni attraverso diversi meccanismi di uccisione (Paape et al., 2003; Brinkmann et al., 2004; Lippolis et al., 2006). In caso di incontro con i batteri invasori, i neutrofili possono ingerirli in fagosomi che si fondono con i lisosomi. Questo processo stimola i neutrofili a produrre grandi quantità di agenti ossidanti in un processo noto come “respiratory burst”, che genera vari ossidanti antimicrobici che uccidono gli agenti patogeni, ed è anche correlato negativamente con la gravità della mastite (Heyneman et al., 1990). Infine, i neutrofili possono secernere DNA genomico associato con proteine antimicrobiche per intercettare e distruggere fisicamente gli agenti patogeni (Brinkmann et al., 2004). E’ noto da tempo che la mieloperossidasi (MPO) ha un compito importante per la funzionalità dei neutrofili a causa del suo ruolo nella generazione di antimicrobici ossidanti (Paape et al., 2003; Silvescu ed Sackstein, 2014).

L’immunosoppressione nel periparto e la suscettibilità alla mastite sono associate con una diminuzione della funzionalità dei neutrofili e si è ipotizzato che questa contribuisca ad una riduzione della salute del sistema immunitario soprattutto nelle prime settimane dopo il parto (Kehrli et al., 1991b; Germano reale et al., 1998; Revelo et al., 2011). E’ stata dimostrata una riduzione della funzione enzimatica e dell’espressione della MPO durante il periparto (Cai et al., 1994; Lippolis et al., 2006). Recentemente, la MPO è stata indicata essere un market di attivazione superficiale delle cellule sia per i neutrofili che per i monociti in una unica forma glicosilata che può agire come un ligando per la E-selectina, che è importante per la migrazione dei leucociti alle aree di infiammazione (Silvescu ed Sackstein, 2014).

La regolazione delle cellule del sistema immunitario per il trattamento e la prevenzione della mastite è un possibile campo di sviluppo per la terapia delle bovine da latte. Anche se esistono diversi vaccini commerciali, essi hanno ancora un costo abbastanza elevato o non sono efficaci per controllare adeguatamente tutte le mastiti (Ismail, 2017). Quindi, mentre l’efficacia dei vaccini preventivi per questa patologia è ancora limitata, il trattamento più comune per la mastite in corso rimangono gli antibiotici. Ma la preoccupazione per la selezione di ceppi di batteri resistenti agli antibiotici ha spinto la ricerca a cercare alternative. Terapie alternative non-antibiotiche sono in fase di sviluppo ed includono immunostimolatori mirati a regolare le cellule immunitarie importanti per la difesa dalla mastite, con un’enfasi sui neutrofili (Canning et al., 2017; McDougall et al., 2017). Un modo per mediare la risposta immunitaria è la somministrazione di citochine, come il G-CSF (Granulocyte Colony-Stimulating Factor).

Il G-CSF è noto per essere un regolatore delle cellule mieloidi. Anche se ci sono evidenze che il G-CSF è prodotto da diverse fonti di cellule immunitarie, è ben consolidata l’ipotesi che sia prodotto dai monociti e dai macrofagi in risposta alla manifestazione infiammatoria (Sieff, 1987; Kehrli et al., 1991a; Xu et al., 2000). Il G-CSF induce la proliferazione delle cellule mieloidi progenitrici dal midollo osseo, stimola la maturazione dei granulociti e attiva le cellule mieloidi circolanti mature, come i neutrofili (Sieff, 1987; Kehrli et al., 1991a; Xu et al., 2000). Il G-CSF è usato nella medicina umana per recuperare le cellule immunitarie deteriorate (Xu et al., 2000; Silvescu ed Sackstein, 2014) e in veterinaria per avviare la neutrofilia (leucocitosi dei neutrofili) (Kimura et al., 2014; Silvescu ed Sackstein, 2014). L’integrazione con GCSF bovino ricombinante ha dimostrato di aumentare significativamente i leucociti circolanti, con un aumento del numero di neutrofili maturi e immaturi (Harp et al., 1991; Kehrli et al., 1991b; Stabel et al., 1991). Un trattamento per bovini a base di G-CSF (PEG-gCSF) in forma pegilata, è disponibile in commercio (Imrestor/pegbovigrastim, Elanco, Greenfield, IN), con una particolare enfasi sul suo utilizzo per la prevenzione della mastite durante il periodo critico del periparto. In un lavoro precedente, un trattamento che prevedeva 2 iniezioni di PEG-gCSF pre-parto (prima iniezione circa 1 settimana prima del parto e seconda iniezione lo stesso giorno del parto) aveva mostrato di fare diminuire significativamente l’incidenza di mastite “naturale” fino a 30 g dopo il parto rispetto alle vacche di controllo non trattate (Ruiz et al., 2017).

Questo trattamento con PEG-gCSF in due steps ha indotto una crescita della quantità di monociti e linfociti circolanti ed una espansione specifica dei neutrofili (McDougall et al., 2017). Esplorare il meccanismo di differenziazion, attivazione e migrazione dei neutrofili continuerà ad essere importante per lo sviluppo di terapie per la mastite. L’obiettivo di questo studio è stato quello di valutare per la prima volta l’effetto di PEG-gCSF sulla mastite sperimentale e fornire i primi approfondimenti su alcuni dei meccanismi della risposta immunitaria di G-CSF.

ABSTRACT

I neutrofili sono la prima e la più importante difesa cellulare contro i patogeni che causano la mastite. Ciò rende la loro attivazione e la loro crescita candidati ovvi per le terapie mirate. La citochina G-CSF (granulocyte colony-stimulating factor) stimola il midollo osseo a produrre granulociti e cellule staminali e a rilasciarle nel flusso sanguigno, azione che porta alla neutrofilia oltre ad aumentare la presenza di altre cellule progenitrici nel sangue. È stato dimostrato che una forma pegilata di G-CSF (PEG-gCSF) riduce significativamente i tassi di mastite naturale nelle bovine dopo il parto. L’uso di PEG-gCSF non era stato valutato come risposta ad una mastite indotta sperimentalmente. Nel tentativo di esaminare l’effetto e il meccanismo del trattamento con PEG-gCSF, 11 Holstein a metà lattazione sono state esposte a circa 400 cfu di Escherichia coli P4 mediante infusione intramammaria. Cinque vacche hanno ricevuto 2 iniezioni di PEG-gCSF, una a 14 e l’altra a 7 giorni prima dell’esposizione alla malattia, mentre 6 vacche non sono state trattate. Per valutare la risposta delle vacche al trattamento con PEG-gCSF, sono stati misurati: conta ematica completa, conta delle cellule somatiche, conta batterica, produzione di latte e i dati sul consumo degli alimenti. Le vacche trattate con PEG-gCSF hanno mostrato un aumento significativo dei livelli circolanti di neutrofili e linfociti dopo ogni iniezione di PEG-gCSF, nonché dopo la mastite. Le vacche trattate con PEG-gCSF avevano una conta batterica significativamente più bassa e livelli di BSA del latte più bassi al picco dell’infezione. Inoltre, le vacche di controllo hanno avuto significative riduzioni della produzione del latte dopo l’infezione e hanno ridotto significativamente l’assunzione di cibo rispetto alle vacche trattate. Collettivamente, il trattamento con PEG-gCSF ha comportato una riduzione della gravità della malattia quando somministrato prima dell’infezione batterica. E’ stato quindi dimostrato che il trattamento con G-CSF prima dell’infezione aumenta l’espressione di un ligando della E-selectina sulla superficie cellulare di neutrofili e monociti presenti nel sangue. Queste cellule scompaiono rapidamente dal sangue poco dopo l’infezione, suggerendo un meccanismo per ridurre la severità della mastite innescando le cellule immunitarie per un rapido orientamento sul sito di infezione.

 

PAROLE CHIAVE: citochine; fattore stimolante le colonie di granulociti; immunologia; mastite

 

 

THE EFFECT OF PEGYLATED GRANULOCYTE COLONY-STIMULATING FACTOR TREATMENT PRIOR TO EXPERIMENTAL MASTITIS IN LACTATING HOLSTEINS

 

J. Powell,*† T. A. Reinhardt,* E. Casas,* and J. D. Lippolis*1

*Ruminant Diseases and Immunology Research Unit, USDA Agricultural Research Service, National Animal Disease Center, Ames, IA 50010

†Oak Ridge Institute for Science and Education, Oak Ridge Associated Universities, Oak Ridge, TN 37830

J Dairy Sci. 2018 set; 101 (9): 8182-8193. 

doi: 10.3168 / jds.2018-14550. 

 

 

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