牛奶中的体细胞是指源于奶牛身体的细胞，其主要成分是乳腺腺泡脱落的上皮细胞和参与机体免疫的免疫细胞。牛奶体细胞数(somatic cell count, SCC)是指每毫升牛奶中体细胞总数，SCC是反映奶牛乳房健康状况的重要指标之一。该指标偏高意味着奶牛可能处于亚健康或疾病状态，如乳房出现外伤或致病菌入侵感染(如乳房炎等)时，或者动物机体出现代谢紊乱(如酸中毒或者酮病)时，容易导致牛奶SCC增多，并且降低产奶量以及乳品质。而安全、可靠、优质的生鲜乳关系到每一个消费者的饮食安全与健康。到目前为止，有研究发现奶牛牛奶中SCC的变化与产奶量以及其他乳成分密切相关^[1]。Dos Reis等^[2]研究发现，与低SCC奶相比，高SCC奶中乳脂率、乳蛋白率、乳糖率显著下降。这可能是由于奶牛感染乳房炎后，导致食欲不振，日摄入营养不足，血液葡萄糖含量较低。Ma等^[3]指出，随着牛奶SCC的增高，产奶量逐渐下降。产奶量与SCC呈显著线性负相关，SCC线性分值上升，则奶牛产奶量下降；该分值每上升1分，产奶量约下降(奶损失)0.8 kg。奶牛在患乳房炎时，乳腺细胞受到损伤或破坏，从而引起分泌机能障碍，进而导致牛奶SCC升高以及产奶量减少。因此，本文旨在对牛奶体细胞的生成及其与产奶量以及乳成分之间的关系进行综述，为奶牛养殖管理、调控奶牛机体健康、降低牛奶SCC以及提高乳品质提供理论指导。

1 牛奶体细胞的来源、检测方法及监测意义 1.1 来源

体细胞主要是由乳腺腺泡脱落的上皮细胞和参与机体免疫反应的免疫细胞(包括巨噬细胞、淋巴细胞、多形核嗜中性白细胞)组成^[4]。正常情况下，牛奶中的少数白细胞能够抵御外来微生物的感染。当外源致病菌入侵时，机体会向乳腺释放大量的白细胞，以起到抗炎作用，从而导致牛奶SCC激增^[5]。

牛奶SCC是衡量乳房健康的重要指标之一。正常情况下，牛奶SCC为20万~30万个/mL。该指标偏高，意味着奶牛可能处于亚健康或疾病状态。乳区感染的牛乳汁中90%以上的细胞是白细胞，其余为乳房组织的分泌细胞和脱落的上皮细胞。牛奶SCC与乳房炎的关系见表 1。

1.2 检测方法

牛奶SCC的主要检测方法基于牛奶SCC的不同理化特性，大体分为直接检测法和间接检测法。直接检测法包括人工镜检法和计算机视觉检测法。前者主要采用显微镜观察载玻片上牛奶样品并由人工对体细胞进行计数。后者是通过计算机视觉对SCC进行检测^[7]。

间接检测牛奶SCC的方法较多，包括加利福尼亚乳房炎检测(CMT)法、威斯康辛乳房炎试验(WMT)法、DNA法、ATP法、电导率(EC)法、pH法还有黏度法等^[8]。而目前最常用的是近红外法测SCC，利用近红外光谱测定牛奶中的成分从而对SCC进行定性鉴别。

1.3 监测意义

牛奶SCC往往随着奶牛机体发生炎症程度的加剧而增多，当炎症减轻，SCC会随之减少，主要作用是抗炎和修复受损组织。因此，通过对不同来源的牛奶进行SCC的测定，可以作为衡量奶牛健康以及乳腺感染程度的方法之一^[9]。对牛奶SCC检测的重要作用还包括以下几点：1) 监测牛群隐形乳房炎的流行率；2) 判断每头牛感染的严重程度和持续时间；3) 对比SCC变化，确定牛群乳房炎发展趋势；4) 确定感染牛，通过DHI报表即可找出SCC高的个体牛并与现场CMT法检查相结合来确定感染牛及感染乳区；5) 确定健康牛和感染牛的挤奶次序；6) 避免SCC高的牛奶混入原料奶，保证原料奶质量；7) 确定淘汰牛标准。

2 影响牛奶体细胞生成的关键因素

Jagielski等^[10]指出，因为奶牛奶中SCC的升高是对乳腺损伤的反映并且由炎症介质调节，所以影响SCC的主要因素是乳腺受到感染。在乳腺未感染时，管理、年龄、季节等其他因素对牛奶SCC的影响并不显著。但是，近年来有研究发现，奶牛的不同干奶期长度对泌乳阶段牛奶SCC会有一定影响^[11]。此外，通过研究高SCC奶中蛋白质组分的变化，发现前列腺素与SCC也存在一定的关联性^[12]。

2.1 乳房炎

乳腺内部感染容易诱发奶牛乳房炎的发生，进而引起牛奶SCC的升高。奶牛隐性乳房炎的发病率较高，在46.4%~85.7%^[13]。虽然隐性乳房炎没有临床症状，却可以引起产奶量的急剧减少^[14]。到目前为止，对引起乳房炎的致病菌已有大量研究。Baumert等^[15]研究发现牛棒状杆菌(Corynebacterium bovis)、无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)以及凝固酶阴性葡萄球菌(coagulase-negative Staphylococcus)是造成隐性乳房炎的主要病原菌。引起乳房炎的病原菌，根据其传播特点，大体可分为2类：一类是接触传染性病原微生物，它定植于乳腺并通过挤奶传播，包括无乳链球菌、停乳链球菌(Streptococcus dysgalactiae)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和支原体(mycoplasma)；另一类为环境性病原体，包括大肠杆菌(Escherichia coli)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、沙雷氏菌(Serratia)、变形杆菌(Proteus)、假单胞菌(Pseudomonas)等。Awale等^[16]研究表明，奶牛乳腺受到链球菌感染后的牛奶SCC最高，其次是凝固酶阴性葡萄球菌。而Kano等^[17]在试验中发现，奶牛乳腺分别受到链球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、假单胞菌和酵母菌(yeast)感染后，所产出的牛奶中SCC差异不显著。Aslantaş等^[18]研究发现，大肠杆菌诱导的乳腺感染会导致奶牛直肠温度持续升高、白细胞循环水平降低、牛奶中SCC升高以及产奶量减少，并且引起牛奶体细胞中的Toll样受体2以及血细胞中的细胞因子[肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)、白细胞介素6(IL-6) 和白细胞介素8(IL-8)]的mRNA表达增加。这些细胞因子以及Toll样受体的mRNA丰度变化，可以和牛奶SCC一起作为乳房炎的生物标记物。Cortinhas等^[19]研究大肠杆菌脂多糖(LPS)诱导乳房炎对牛乳腺和肝转录组的影响，结果发现，在乳腺组织中，LPS攻击组和正常奶牛组相比有189个差异表达基因，其中20个下调和169个上调。在肝组织中，LPS攻击组和正常奶牛组相比有107个差异表达基因，其中42下调和65上调。在乳腺中，通过生物信息学分析发现LPS攻击乳腺后导致NOD样受体信号、Toll样受体信号以及视黄酸诱导基因蛋白Ⅰ(RIG-Ⅰ)样受体信号传导和凋亡途径的活化。Ferreira等^[20]研究发现，与哺乳期LPS攻击相比，在产后早期进行LPS攻击的乳腺中循环多形核白细胞的数目较少并且发育不成熟，功能上较弱，对感染区域的渗透能力也有所受损。Jørgensen等^[21]观察到LPS攻击乳腺2.5 h可导致牛奶SCC增加(对感染的局部反应)。Svensson等^[22]在LPS攻击后2~6 h内检测到体温升高(对感染的全身反应)。

另外，有研究发现患有乳房炎奶牛牛奶中的乳酸脱氢酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性与SCC也存在着一定的相关性。乳酸脱氢酶主要来自损伤的上皮细胞以及乳汁白细胞，乳汁中乳酸脱氢酶活性的增加反映了白细胞大量聚集的炎症过程和乳腺组织的损害程度^[23]。并且，有研究发现，奶牛乳腺受到金黄色葡萄球菌和链球菌感染后，乳酸脱氢酶活性显著升高，说明金黄色葡萄球菌和链球菌感染可引起乳腺损伤^[24-25]。β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶是一种溶菌酶，产生于乳腺组织，存在于牛奶中，是乳腺上皮细胞破坏的标志。Aitken等^[26]认为，根据牛奶中β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶的活性可以预测乳腺的感染，其研究证明，乳腺受到细菌感染后，牛奶中β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著升高。酸性磷酸酶来自胞浆、线粒体、核质和微粒体中，由半胱氨酸和二硫苏糖醇刺激释放进乳汁所形成。Mallard等^[27]研究发现，金黄色葡萄球菌感染后，牛奶中酸性磷酸酶活性有明显的升高。Piepers等^[28]研究发现，乳酸脱氢酶活性与牛奶SCC有显著的相关性(r=0.793 6)，并且乳酸脱氢酶与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶都有显著的相关性。另外，β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与SCC呈正相关，并且β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与不同细菌的感染相关性不同。具体为：当乳腺受到金黄色葡萄球菌(r=0.941)、凝固酶阴性葡萄球菌(r=0.761)、链球菌(r=0.808) 和大肠杆菌(r=0.733) 感染时，β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与SCC都有较强的相关性。此外，酸性磷酸酶活性与SCC以及其他2个酶活性都有极显著的相关性。综上所述，牛奶中乳酸脱氢酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶的活性是反映乳腺感染的有效指标。

2.2 干奶期

缩短或省略奶牛干奶期会影响其能量平衡和代谢状况。Van Hoeij等^[12]对不同干奶期长度对乳房炎的发病率、产犊前牛奶SCC以及产犊后哺乳期临床乳房炎发病率的影响进行了研究。结果发现，与干奶30和60 d的奶牛相比，无干奶期(0 d)的奶牛在产犊前出现了慢性乳腺内感染并且治愈率很低，同时产后哺乳期牛奶SCC显著升高。总结发现，干奶期长度和胎次与产后牛奶SCC密切相关。另外，在进行60 d干奶的奶牛中发现，干奶前牛奶中的SCC高低与产犊后奶牛出现临床乳房炎的几率有较大正相关性。

2.3 前列腺素

前列腺素E2(PGE2) 是一种极其重要的脂质代谢产物，在受到生理或病理的各种刺激，尤其是有害刺激时被释放，在发热、炎症和血压调节中均发挥着重要作用。管又飞^[29]通过研究PGE2对免疫细胞的调控影响，发现在抗CD3和抗CD28单克隆抗体的刺激下，随着PGE2的浓度增加，T细胞增殖的抑制率明显增加，T细胞增殖抑制率与PGE2浓度之间呈显著的正相关。PGE2预处理降低巨噬细胞表面白细胞介素12(IL-12) 受体的表达并抑制TNF-α、白细胞介素1(IL-1)、IL-8和IL-12的表达。Minuti等^[30]采用酵母聚糖诱导腹腔巨噬细胞生成，试验发现PGE2可通过前列腺素E2受体亚型EP2和EP4受体抑制巨噬细胞产生TNF-α的能力，但同时刺激IL-10表达。这些研究表明，PGE2具有刺激2型免疫反应的能力。Hulbert等^[31]在具有高SCC的奶中发现前列腺素-H2 D-异构酶的增加，推测牛奶中前列腺素-H2 D-异构酶的上调可能是由乳房炎引起的过度表达或血乳屏障的损害的结果。此外，前列腺素可以诱导趋化因子，导致炎性细胞如嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和巨噬细胞的浸润^[32]。这反映了上皮细胞可以在乳房炎期间产生前列腺素-H2 D-异构酶，通过将前列腺素H2转化为前列腺素D2来募集必要的免疫细胞(图 1)，导致牛奶SCC增加。虽然已经报道导管素是乳房炎或亚临床乳房炎的生物标志物，但是导管素和SCC之间的相关性低于前列腺素-H2 D-异构酶和SCC之间的相关性^[33]。Scherpenzeel等^[34]指出前列腺素-H2 D-异构酶和SCC之间的较高相关性，表明前列腺素-H2 D-异构酶可能是牛奶中SCC的指示剂。Kuhn等^[35]指出，如果将前列腺素-H2 D-异构酶与乳房炎阶段相关的其他信号结合，前列腺素-H2 D-异构酶可以在乳腺感染期间提供乳腺防御机制的额外信息。这表明，与牛奶SCC相比，前列腺素-H2 D-异构酶在预测奶牛乳房炎方面有更大的优势。

3 牛奶SCC与产奶量和乳品质间的关系 3.1 产奶量

奶牛一旦患有临床乳房炎，则产奶量损失会达到20%~70%，甚至会导致个别奶牛无法泌乳^[37]。因此，牛奶SCC与产奶量呈反比关系。但是，隐性乳房炎所造成的乳量损失在数值上有很大差异，每个乳区或每头牛损失乳量的比例在5%~28%^[38]。

甘宗辉等^[39]选择上海某奶牛场2009年7月至2012年6月的DHI记录作为分析数据来源，同时监测该牧场隐性乳房炎病原菌种类。从体细胞计数得分(SCS)和SCC 2个角度来分析产奶量与SCC之间的关系，并对比隐性乳房炎病原菌种类和SCC的上升幅度，从而了解不同种病原菌的危害性。研究结果显示，SCS能很好地反映出随着SCC的大量上升，产奶量下降的情况。从全群来看，体细胞线性平均分值与产奶量呈二次曲线关系。平均下来线性分值每上升1分，产奶量下降0.56 kg/d。从SCC角度分析可知，当SCC在5万个/mL以内时，产奶量最高，超过5万个/mL即产奶量开始下降。SCC在10万~200万个/mL，产奶量变化幅度较小，直到SCC超过200万个/mL以后，产奶量才出现较大幅度的下降。同时研究表明，牛奶SCC升高对产奶量的影响主要是在泌乳高峰期开始以后，泌乳后期差异不大。

3.2 乳品质

与健康奶牛相比，患有亚临床乳房炎的奶牛所分泌的牛奶虽然在表观上没有明显差异，除了SCC的变化，牛奶中的乳脂肪、乳蛋白、乳糖等乳成分也发生变化，进而影响牛奶的品质和风味^[40]。

3.2.1 常规乳成分的变化

当牛奶中SCC的含量达到10万个/mL，乳脂率减少0.01%，无脂固形物含量减少0.019%，乳蛋白率减少0.001%，乳糖率也会损失10%~20%^[41]。由于感染血管的通透性增强，由血液流入奶中的盐类增加，导致奶产生咸味^[42]。无脂固形物的一半是乳糖，所以，乳糖含量的减少导致无脂固形物含量的降低^[43]。Schrick等^[44]研究发现，牛奶中SCC与乳蛋白率和乳糖率存在较大的相关性。这可能是因为乳房炎会增加乳房毛细血管的通透性，使得牛奶中的乳清蛋白含量增加，同时奶牛在患乳房炎后，较多分泌的纤维蛋白溶解酶会分解牛奶中的ɑ-酪蛋白和β-酪蛋白，使得酪蛋白的含量下降。

3.2.2 其他乳成分的变化

Yang等^[45]通过研究高SCC牛奶中蛋白质组分的改变，发现单乳头患乳房炎的奶牛所分泌的牛奶中钠、氮化合物、白蛋白含量以及乳酸脱氢酶的活性都有所升高，而免疫球蛋白、α-乳清蛋白、β-乳球蛋白、钙、钾及无机磷的含量有所下降。Wiśniewski等^[46]对比健康奶牛与患有乳房炎的奶牛牛奶的蛋白质组分，结果发现，患有乳房炎的奶牛奶中血红蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白含量以及色氨酰-tRNA-合成酶活性等降低，但细胞色素C氧化酶以及膜联蛋白V含量升高。当奶牛注射了葡萄球菌的脂磷壁酸后，引起SCC升高，另外牛奶中可以检测到蛋白酶，包括血纤维蛋白溶脢、组织蛋白酶B和组织蛋白酶D以及弹性蛋白酶等物质^[47]。给奶牛乳腺注射大肠杆菌诱导乳房炎发生，检测乳成分发现除了SCC的升高，低含量的炎症标志例如血清铁传递蛋白、纤维蛋白原β链、S100钙结合蛋白A12以及抗菌肽等含量在牛奶中显著升高^[48]。Safi等^[49]发现与健康奶牛相比，患有亚临床乳房炎的奶牛在炎症的急性阶段，在高SCC牛奶中，结合珠蛋白、淀粉样蛋白A含量会有所增加，丝氨酸蛋白酶抑制剂A3-1、类玻连蛋白以及补体H含量都有所升高。另外，高SCC奶中，钙和磷含量减少，钠和氯含量增加，导致pH波动，电导率增加^[50]。根据这一特性，研究出一种SCC的检测方法，即电导率法^[9]。它的基本原理是奶牛乳房发生炎症时，所分泌乳汁的钠、氯、碳酸氢根(HCO₃^-)等离子含量增加，引起电导率的增加，而电导率与SCC之间存在着正相关性。

3.3 牛奶SCC对乳制品加工的影响

高SCC的生鲜乳可导致巴氏杀菌奶、超高温瞬时灭菌奶(UHT)以及酸奶中产生异味。这是由于奶中广泛的蛋白质水解作用可以产生更疏水的肽，最终导致乳制品出现苦味和涩味。并且，奶中高SCC可缩短乳制品的保质期。另外，牛奶中SCC的升高还影响其凝固性质，导致水分含量增加并降低干酪产量，造成巨大经济损失^[13]。患有乳房炎的奶牛牛奶中无脂固形物含量降低，凝聚力减退，热稳定性在浓缩加工过程随着乳干物质含量的增加而降低^[51]。高SCC牛奶对生鲜乳加工的影响主要有以下几方面：1) 乳脂率低，影响黄油产量和味道，而且保存时间越长，影响越显著；2) 酪蛋白含量低，影响奶酪品质；3) 高SCC奶中产生免疫球蛋白等抑菌因子，影响酸奶发酵；4) 高SCC奶中含有过氧化氢酶，它可催化奶中不饱和脂肪酸过氧化物裂解，使乳制品产生不良风味；5) 高SCC奶中钠和氯离子含量增加，钙和钾离子含量减少，使得pH波动，影响菌种繁殖，凝乳酶凝固时间延长，使得奶制品变苦变咸^[52]。

Di Marzo等^[38]通过研究不同SCC牛奶对喷雾干燥奶粉的影响，研究发现，奶粉样品的蛋白质和灰分含量与SCC增加相关。脱脂奶粉(SMP)的羟甲基糠醛含量高于全脂奶粉(WMP)。随着SCC的增加，SMP和WMP的溶解度指数受到不利影响。并且，SMP和WMP的焦烧颗粒增加。不同水平SCC牛奶所制备的奶粉的粒度分布也存在显著差异。虽然WMP具有更均匀和更大颗粒结构，但SMP具有更大的比表面积。因此，牛奶SCC增加对奶粉质量有负面影响。

4 控制和降低牛奶体细胞数措施

牛奶SCC的高低直接反映了一个牧场的总体管理水平。保证牛群健康，降低SCC，提高产奶量和质量，以获得最佳经济效益，应该从多方面着手, 包括加强牛场卫生环境管理、规范挤奶操作程序以及实施有效的控制和治疗措施等^[40]。对于已患有亚临床或临床乳房炎的奶牛来说，可以选择采用替代抗生素的绿色、安全、在机体内无残留且不会导致机体产生抗药性的替代治疗品进行治疗，例如，在饲粮中添加天然植物提取物、皂甙类、橘柑类等物质以提高奶牛免疫力^[53]；还可以补充微量元素和维生素，以减少乳房炎的发生^[54]。Stelwagen等^[55]研究发现，糖皮质激素例如泼尼松龙能够用增加LPS攻击的奶中血—乳屏障的完整性，减少牛奶体细胞的生成以及炎症发生。丁昕颖等^[56]发现，利用以嗜乳酸杆菌和枯草芽孢杆菌为主要菌种的新型微生态制剂，并配以适当比例的延胡索酸、柠檬酸和乙酸等短链有机酸能够对隐性乳房炎有一定的治疗作用，同时还可以降低牛奶SCC以及改善乳品质。另外，在研究中，从营养基因组学这一角度出发，推进现有技术在营养与疾病对牛奶体细胞生成以及乳成分合成影响的应用研究。例如，从牛奶中提取RNA的技术进行营养基因组研究可以解决以往通常依赖于活体采样或屠宰所取得的乳腺组织样本，并提高动物福利和减少经济和时间成本^[57]。这为研究奶牛乳腺健康、营养代谢以及调控奶牛牛奶SCC提供了新的思路。

5 小结与展望

牛奶SCC是反映奶牛乳腺健康的重要指标之一。牛奶SCC的升高会对产奶量和乳品质造成一定的负面影响。外源致病菌感染乳腺，诱发奶牛乳房炎，导致牛奶SCC升高，不仅会影响奶牛健康，也会对牛奶乳成分、产奶量、乳品质以及乳制品风味等产生不利影响。近年来，国内外对牛奶SCC的检测、临床及亚临床乳房炎发生的生物标记物的研究以及乳房炎的防治措施等做了大量工作。但是，内源性代谢疾病与产奶量和乳品质之间的关系仍不清晰，不同外源性致病菌种对乳腺感染的机制仍需要进一步揭示。而分子生物学特别是组学技术的发展可能为我们提供一种更加快速的识别病因，有针对性的进行预防和治疗的有效方法。总之，需要更多的研究来探究牛奶SCC与产奶量及乳品质之间的关系，最终为实现奶牛健康养殖、高效生产、优质奶源提供理论指导。