تقرير سريع

المشاركة المحتملة لمحور إشارات IL-6/STAT3/MMP12 في التأثيرات المضادة للتليف التي يتوسطها DMSO في حالات السحار السيليسي التجريبي

1.2K مشاهدات

DOI:

10.3791/72545

أغسطس 14, 2026

في هذه المقالة

ملخص

تشير هذه الدراسة إلى أن ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) قد يخفف من الالتهاب الرئوي والتليف الناجم عن السيليكا في الفئران. كما تشير التحليلات التجريبية والتحليلات النسخية إلى أن آثاره الواقية قد تتضمن تثبيط مسار تأشير IL-6/STAT3 وخفض تعبير MMP12، مما يوفر رؤى علاجية محتملة لعلاج داء السحار السيليسي.

الملخص

تهدف هذه الدراسة إلى استقصاء التأثيرات المضادة للالتهاب والمضادة للتليف لمركب ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) في نموذج فأر مصاب بداء السليكوز، وذلك لاستكشاف قيمته العلاجية المحتملة.

تم إنشاء نموذج فأر لداء السحار السيليسي عن طريق التقطير داخل الأنف، وأعطِي علاج DMSO عبر الحقن داخل الصفاق. أُجريت التجربة على مدى فترة شهر واحد. جُمعت أنسجة الرئة من جميع الفئران؛ وخضع جزء منها لتحليل الترانسكريبتوم، وحُددت الجينات ذات التعبير التفاضلي باستخدام حزمة limma. أُجريت تحليلات إثراء الأنطولوجيا الجينية (GO) وموسوعة كيوتو للجينات والجينومات (KEGG) باستخدام ClusterProfiler لاستقصاء وظائف الجينات والمسارات المرتبطة بها. بينما خضعت العينات المتبقية للتقييم النسيجي المرضي عن طريق صبغ الهيماتوكسيلين والإيوسين (HE) وصبغة ماسون ثلاثية الألوان، في حين أُجري تحليل لطخة ويسترن (Western blot) للتحقق من نتائج تحليل الترانسكريبتوم.

تشير هذه الدراسة إلى أن DMSO قد يخفف من العملية التليفية في داء السليكون عن طريق تنظيم محور إشارات IL-6/STAT3-MMP12. وفي نموذج الفئران المصابة بداء السليكون المستحث بالسيليكا، عمل DMSO على تقليل فقدان الوزن المرتبط بالمرض والحد من ترسب الكولاجين. وأشار تحليل النسخ (Transcriptomic analysis) إلى أن DMSO ثبط نشاط مسارات متعددة مرتبطة بالتليف وحدد 51 جيناً رئيسياً، بما في ذلك MMP12 الذي انخفض تعبيره بشكل ملحوظ. وأكد تحليل لطخة ويسترن (Western blot) انخفاض تعبير MMP12، ترافق مع انخفاض ملموس في مستويات IL-6 و p-STAT3، مما يشير إلى أن مسار IL-6/STAT3 قد يلعب دوراً محورياً في تنظيم تعبير MMP12.

قد يعمل DMSO على تخفيف الاستجابات الالتهابية والتليف الرئوي في حالة السحار السيليسي عن طريق تثبيط تنشيط مسار إشارات IL-6/STAT3، مما يؤدي إلى تقليل تعبير MMP12.

المقدمة

يُعد السحار السيليسي أحد الأشكال الرئيسية لمرض الغبار الرئوي المهني1، ويتميز بالتهاب رئوي مستمر وتليف رئوي غير قابل للاسترداد ناتج عن التعرض الطويل لغبار السيليكا2,3. إن نشوء هذا المرض يتسم بتعقيد شديد؛ فبالرغم من أن الدراسات السابقة قد أثبتت أن التنشيط غير الطبيعي للبلاعم4، والتكاثر المفرط للأرومات الليفية، والانتقال الظهاري الميزنشيمي، والترسيب غير الطبيعي لمكونات المادة الخلالية خارج الخلية (ECM) هي مساهمات حرجة في تطور التليف5,6، إلا أن الآليات الجزيئية الأساسية التي تكمن وراء الحلقة المفرغة من الالتهاب والتليف لا تزال غير مفهومة بالكامل. ومن الجدير بالذكر أن عائلة بروتينات ميتالوبروتينيز المصفوفة (MMP) تلعب دوراً حاسماً في إعادة تشكيل المادة الخلالية خارج الخلية وتطور التليف المرضي7. ومن بين هذه العائلة، يقوم بروتين ميتالوبروتينيز المصفوفة 12 (MMP12)، الذي تفرزه البلاعم بشكل خاص، بتحليل مكونات رئيسية في المادة الخلالية خارج الخلية مثل الإيلاستين والفيبرونيكتين والكولاجين من النوع IV، ويلعب دوراً هاماً في نشوء الأمراض التليفية بما في ذلك مرض الانسداد الرئوي المزمن8. كما تشير الدراسات الحديثة إلى أن MMP12 المشتق من البلاعم قد يعزز التليف بشكل أكبر من خلال إتلاف الخلايا البطانية أثناء عملية التليف الرئوي9.

أظهر ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO)، وهو مركب منخفض الوزن الجزيئي يتميز بأنشطة بيولوجية متنوعة10، تأثيرات مضادة للالتهابات في العديد من الأمراض الالتهابية، بما في ذلك التهاب المثانة، وقد اعتمدته إدارة الغذاء والدواء الأمريكية لعلاج التهاب المثانة الخلالي11. وتشير الدراسات الحديثة إلى أن DMSO قد يبطئ تطور التليف إلى حد ما عن طريق تثبيط إفراز العوامل الالتهابية وتقليل استجابات الإجهاد التأكسدي12. كما أفاد بحث أجراه Ingrid Elisia وآخرون أن DMSO يثبط بشكل خاص تنشيط مسارات تأشير ERK1/2 وp38 MAPK وJNK وPI3K/Akt في الوحيدات البشرية في نماذج الدم الكامل، وبذلك يمارس تأثيراته المضادة للالتهابات13.

على الرغم من أنه ثبت أن عائلة MMP تلعب دوراً حاسماً في عملية التليف المصاحبة لداء السحار السيليسي، إلا أنه لا توجد دراسات أثبتت بشكل قاطع ما إذا كان DMSO يمكن أن يؤثر على التطور المرضي لداء السحار السيليسي من خلال تنظيم تعبير MMP. وبناءً على ذلك، تمثل هذه الدراسة بحثاً في التأثيرات المضادة للالتهابات والتليف لـ DMSO في نموذج فئران مصابة بداء السحار السيليسي، وذلك بهدف الكشف عن الشبكة الجينية التنظيمية الرئيسية والآلية الجزيئية لتدخل DMSO، وتوفير دعم نظري لاستراتيجيات علاجية مبتكرة تعتمد على MMP.

البروتوكول

تمت الموافقة على جميع التجارب الحيوانية التي أُجريت في هذه الدراسة من قبل لجنة أخلاقيات العلوم والتكنولوجيا بجامعة آنهوي للعلوم والتكنولوجيا (رقم الموافقة GZ2025-048)، والتُزم فيها بدقة بالمعايير الوطنية لرعاية حيوانات المختبر (GB/T 35892-2018) في الصين. يوضح الشكل 1 تصميم الدراسة.

تحضير المحاليل​

تحضير معلق السيليكا:

عُقمت السيليكا البلورية (SiO₂، 80%، حجم الجسيمات 1–5 µm) بواسطة جهاز التعقيم بالبخار (autoclave). ثم وُزعت بودرة السيليكا المعقمة في محلول ملحي معقم للحصول على تركيز نهائي قدره 10 mg/mL، وجرى تجانس المعلق تماماً باستخدام مجانس بالموجات فوق الصوتية مباشرة قبل الإعطاء لضمان تعليق منتظم للجسيمات.

تحضير محلول DMSO:

تحت ظروف تعقيمية، خُفف DMSO (≥99.9%) بمحلول ملحي فسيولوجي معقم لتحضير محلول DMSO بتركيز 10% (v/v) تقريبًا، وتم تجانسه عن طريق التحريك بالموجات فوق الصوتية. حُقن كل فأر بمحلول DMSO بجرعة 0.9 g/kg، وفقًا لما تم وصفه سابقًا14,15.

الحيوانات التجريبية

استُخدم في هذه الدراسة اثنان وثلاثون فأراً ذكراً سليماً من سلالة C57BL/6J، تتراوح أعمارهم بين 8 و12 أسبوعاً، وتم تعودهم على بيئة المختبر لمدة أسبوع واحد قبل بدء التجارب. وُزعت الفئران عشوائياً على أربع مجموعات تجريبية (العدد = 8 لكل مجموعة) باستخدام طريقة عشوائية مولدة حاسوبياً، وهي: مجموعة التحكم، ومجموعة DMSO، ومجموعة السيليكا، ومجموعة السيليكا+DMSO. تم تحديد حجم العينة بناءً على دراسات سابقة استخدمت نفس نموذج السحار السيليسي في الفئران وبناءً على خبرتنا التجريبية الأولية، والتي أشارت إلى أن 8 حيوانات لكل مجموعة كانت كافية للكشف عن الاختلافات النسيجية المرضية والجزيئية بين المجموعات. وُضعت الحيوانات في ظروف مختبرية قياسية مع التحكم في درجة الحرارة، ودورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة، مع إتاحة الوصول الحر إلى الطعام والماء. تم وضع نقاط النهاية الإنسانية قبل الدراسة، ولم يستوفِ أي من الحيوانات المعايير المحددة مسبقاً للقتل الرحيم المبكر.

إنشاء نموذج داء السحار السيليسي والتدخل الدوائي

تَمَّ تحفيز مرض السليكوز عن طريق تقطير أنفي واحد لـ 60 µL من معلق السيليكا البلورية المعقم (10 mg/mL). وبعد تحريض التخدير، وُضعت الفئران في وضعية الاستلقاء الظهري. وعندما لوحظ تنفس عميق وبطيء، تم تقطير 60 µL من معلق السيليكا بعناية في المنخرين، مما سمح باستنشاق المعلق تلقائياً إلى الرئتين16. وتلقت الفئران في مجموعة إعطاء DMSO حقناً داخل الصفاق بمحلول DMSO بجرعة ثابتة مرتين أسبوعياً، مع فاصل زمني يتراوح بين 3-4 أيام بين الحقن، لمدة شهر واحد متواصل. أما الفئران في المجموعات المتبقية فقد عوملت بشكل مماثل باستخدام حجم مساوٍ من المحلول الملحي المعقم بدلاً من ذلك. وأُجريت مراقبة يومية لوزن الجسم طوال فترة التجربة. وفي اليوم الثلاثين بعد إحداث النموذج، تم قتل جميع الفئران رحمةً، وجمعت أنسجة الرئة تحت ظروف معقمة. وقد نُفذ القتل الرحيم عن طريق خلع الفقرات العنقية بعد الإعطاء داخل الصفاق لمادة tribromoethanol (0.2 mL/10 g) لتحريض التخدير. حُفظت أجزاء من أنسجة الرئة في النيتروجين السائل لإجراء تسلسل الترانسكريبتوم. وثُبت جزء من الأنسجة في 4% بارافورمالدهيد لمدة 48 h قبل الصبغ الباثولوجي، بينما خُزنت الأنسجة المتبقية عند -80 °C للتجارب الجزيئية اللاحقة. وقد امتثلت جميع العمليات التي أُجريت على الحيوانات للإرشادات المؤسسية لأخلاقيات التعامل مع الحيوان.

أجرى باحثان، دون معرفتهما بتوزيع المجموعات التجريبية، تقييماً نسيجياً مرضياً بشكل مستقل، بما في ذلك حساب درجة أشكروبت للتليف (Ashcroft fibrosis score).

الفحص الباثولوجي الرئوي

تم تجفيف أنسجة الرئة المثبتة، وجعلها شفافة، ثم طمرها في قوالب بارافين، وبعد ذلك تم تقطيعها إلى مقاطع بسمك 5 µm.

صبغ الهيماتوكسيلين والإيوزين (HE): صُبغت المقاطع بالهيماتوكسيلين لمدة 3–5 min، ثم فُرقت في محلول حمضي، ومُيِّزت باللون الأزرق تحت ماء جارٍ، ثم صُبغت صبغة تباينية بالإيوزين لمدة 5 min. وبعد التجفيف باستخدام الإيثانول المتدرج، نُقّيت المقاطع في الزايلين وأُغلقت براتنج متعادل17.

صبغة ماسون ثلاثية الألوان (Masson’s trichrome staining): صُبغت المقاطع بالتتابع باستخدام الهيماتوكسيلين، وأحمر ليتشون-فوشسين الحمضي، وحمض الفوسفوموليبديك، والأخضر المضيء. وبعد التمايز الحمضي، جُففت المقاطع، ثم نُقيت باستخدام الزايلين، وثُبتت باستخدام الراتنج المتعادل18,19.

تسلسل الترانسكريبتوم

جُمعت أنسجة الرئة للفئران من المجموعات التجريبية الأربع فور القتل الرحيم وجُمِدت سريعاً في النيتروجين السائل. استُخلص الـ RNA الكلي باستخدام كاشف TRIzol وفقاً لتعليمات الشركة المصنعة. تم تقدير تركيز الـ RNA ونقاوته، كما قُيمت سلامة الـ RNA باستخدام جهاز Bioanalyzer مع البرنامج المدمج. اعتبرت العينات التي تزيد قيم RIN فيها عن 8.0 مقبولة. تضمنت عملية تحضير المكتبة إثراء الـ mRNA عبر poly(A) باستخدام حبيبات Oligo(dT)، وتفتيت الـ RNA، وتصنيع الـ cDNA، وربط المهايئات (adapter ligation)، وتضخيم الـ PCR. أُجري التسلسل على منصة Illumina، مما أنتج ما يقرب من 6.2–6.4 Gb من البيانات النظيفة لكل عينة. أُودعت جميع بيانات التسلسل الخام الناتجة عن هذه الدراسة في قاعدة بيانات Gene Expression Omnibus (GEO) تحت رقم الدخول GSE311671.

تمت محاذاة القراءات النظيفة مع الجينوم المرجعي لـ Mus musculus (mm8) باستخدام برنامج المحاذاة STAR. وتم قياس مستويات التعبير الجيني كعدد قراءات خام. وأجري تحليل التعبير التفاضلي باستخدام حزمة limma في لغة R. وقبل النمذجة الخطية، تم تحويل بيانات العد الخام باستخدام دالة voom لتقدير العلاقة بين المتوسط والتباين وتوليد أوزان الدقة. وتم تعديل قيم P الخام لاختبارات متعددة باستخدام طريقة بنجاميني-هوشبيرج (BH)، واعتُبرت الجينات التي كانت قيمة |log₂FoldChange| لها > 1.5 ومعدل الاكتشاف الكاذب (FDR) < 0.05 ذات تعبير تفاضلي. كما أُجريت تحاليل الإثراء الوظيفي باستخدام حزمة clusterProfiler في لغة R. وأُجري تحليل إثراء الوجود الجيني (GO) لتحديد فئات العمليات البيولوجية (BP)، والمكونات الخلوية (CC)، والوظائف الجزيئية (MF) المثرية بشكل ملحوظ، بينما أُجري تحليل إثراء مسارات موسوعة كيوتو للجينات والجينومات (KEGG) لتحديد مسارات التأشير المثرية بشكل ملحوظ. وتم تقييم دلالة الإثراء باستخدام اختبار توزيع فائق الهندسة، وعُدلت قيم P للمقارنات المتعددة باستخدام طريقة بنجاميني-هوشبيرج. واعتُبرت مصطلحات GO ومسارات KEGG التي كانت قيمة P المعدلة (padj) لها < 0.05 مثرية بشكل ملحوظ20,21,22,23.

الكشف عن طريق لطخة ويسترن

جُمِعت أنسجة رئة الفأر الطازجة وجُونِجِنت باستخدام حجم مناسب من منظم تحليل المقايسة المناعية الإشعاعية (RIPA). وبعد عملية الطرد المركزي، جُمِع الطافي، وحُدِّد تركيز البروتين باستخدام طقم مقايسة BCA للبروتين. ثم خُلطت العينات مع منظم التحميل وسُخِّنت عند 100 °C لمدة 10 min. وأُجري فصل البروتينات على هلامات الفصل الكهربائي للبروتينات باستخدام كبريتات دوديسيل الصوديوم وبولي أكريلاميد (SDS-PAGE) بتركيز 10% عند تيار 200 V لمدة 30 min. لاحقاً، نُقِلَت البروتينات كهربائياً إلى أغشية بولي فينيليدين فلورايد (PVDF) بتيار ثابت 300 mA لمدة 30 min. ثم حُجِب الغشاء باستخدام 5% من الحليب الخالي من الدسم، وحُضِن طوال الليل عند 4 °C مع الأجسام المضادة الأولية ضد β-Actin (1:1500)، وIL-6 (1:1000)، وSTAT3 (1:800)، وp-STAT3 (1:1500)، وMMP12 (1:800). وفي اليوم التالي، غُسِل الغشاء باستخدام TBST وحُضِن مع الجسم المضاد الثانوي في درجة حرارة الغرفة لمدة 1 h، متبوعاً بعمليات غسيل إضافية باستخدام TBST. وتم تصوير حزم البروتين باستخدام ركيزة كيميائية مضيئة، وأُجري التحديد الكمي للبروتين باستخدام برنامج ImageJ.

أُجري تحليل Western blot باستخدام ثلاث مكررات بيولوجية مستقلة من كل مجموعة تجريبية. تم تحضير عينات البروتين من أنسجة رئة كل فأر على حدة، حيث مثلت كل مكررة بيولوجية حيواناً مستقلاً واحداً.

التحليل الإحصائي

تم تحليل جميع البيانات التجريبية باستخدام برنامج GraphPad Prism 9.5. وقد أجريت اختبارات التوزيع الطبيعي وتجانس التباين مسبقاً. استُخدم اختبار t-test لطلاب المقارنة بين مجموعتين، بينما اعتُمد اختبار ANOVA أحادي الاتجاه مقترناً باختبار Tukey اللاحق للمقارنة بين مجموعات متعددة. واعتُبرت القيمة P ≤ 0.05 ذات دلالة إحصائية.

النتائج

يخفف DMSO من تليف الرئة الناجم عن السيليكا في الفئران (الشكل 2)

لتقييم تأثيرات DMSO على العمليات المرضية وتغيرات أنسجة الرئة في نموذج داء السيليكوز، تم إنشاء أربع مجموعات تجريبية (الشكل 2A). وتمت مراقبة التغيرات في وزن الجسم على مدار فترة شهر واحد.

أظهرت النتائج أن الفئران في مجموعة السحار (Silicosis) عانت من انخفاض مستمر في وزن الجسم، بينما أظهرت مجموعة السيليكا+DMSO فقداناً أولياً في الوزن تبعه تعافٍ بعد التدخل باستخدام DMSO (الشكل 2F). وبعد 30 يوماً من التعرض للسيليكا، جُمعت أنسجة الرئة وقُيمت للكشف عن التغيرات الالتهابية والتليفية باستخدام صبغة HE (الشكل 2B) وصبغة ماسون ثلاثية الألوان (Masson’s trichrome) (الشكل 2C). تم تقدير درجة التليف الرئوي في المقاطع المصبوغة بـ HE باستخدام طريقة Ashcroft24، والتي كشفت عن درجة تليف أقل في مجموعة السيليكا+DMSO مقارنة بمجموعة السيليكا (الشكل 2D). كما أشارت صبغة ماسون إلى أن ترسب ألياف الكولاجين في مجموعة السيليكا كان واسعاً وكثيفاً، حيث شغل ما يقرب من 40% من مساحة أنسجة الرئة، وهي نسبة أعلى من الـ 10% الملاحظة في المجموعة الضابطة (الشكل 2E)، مما يشير إلى أن التعرض للسيليكا أدى إلى تليف رئوي شديد. وفي المقابل، انخفض ترسب الكولاجين في مجموعة السيليكا+DMSO إلى 20%، مما يشير إلى أن DMSO قد يخف من التليف الرئوي الناجم عن السيليكا عن طريق تثبيط التراكم المفرط للكولاجين.

يحدد تحليل الترانسكريبتوم الجينات ذات التعبير المتباين المرتبطة بمعالجة DMSO في الفئران المعرضة للسيليكا

لبحث التأثيرات المضادة للالتهاب والتليف لمركب ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) في نموذج داء السليكون، تم إجراء تسلسل ترانسكريبتومي لعينات من أنسجة الرئة تم جمعها من فئران تجارب (الشكل 3). تم تحديد الجينات ذات التعبير التفاضلي (DEGs) باستخدام خوارزمية limma، مع تحديد معايير الاختيار كالتالي: |log2(fold change)| > 1.5 وقيمة P المصححة (معدل الاكتشاف الكاذب [FDR]) < 0.05.

أظهر تحليل الترانسكريبتوم أنه، مقارنة بمجموعة الضبط، أظهرت مجموعة السيليكا 132 جينًا متباين التعبير بشكل ملحوظ (الشكل 3A)، بما في ذلك 17 جينًا تم زيادة تعبيرها، و15 جينًا تم تقليل تعبيرها. ومن الملاحظ أن جينات مثل Saa3 وMMP12 قد شهدت زيادة ملحوظة في التعبير. وقد تم دعم نمط التعبير هذا بشكل أكبر من خلال تحليل خريطة الحرارة للتجميع الهرمي (الشكل 3C)، والذي أظهر ملفات تعبير جيني متسقة عبر العينات الفردية.

في المقارنة بين مجموعتي Silica+DMSO وSilica، تم تحديد ما مجموعه 3,054 جينًا متباين التعبير بشكل ملحوظ (الشكل 3B)، تضمنت 1,399 جينًا مرتفع التعبير و1,65 جينًا منخفض التعبير. وكشفت الخريطة الحرارية المقابلة (الشكل 3D) عن تغيرات ترانسكريبتومية جوهرية عقب العلاج بـ DMSO، مع انخفاض ملحوظ في تعبير جينات تشمل Lcn2 وMMP12. وتحديداً، أظهرت الجينات الرئيسية التي كانت مرتفعة التعبير في مجموعة Silica، مثل MMP12 وSaa3 وSpp1، انخفاضاً واضحاً في التعبير في مجموعة Silica+DMSO. وتشير هذه النتائج إلى أن DMSO قد يخف من الاعتلالات المرضية المرتبطة بسيليكوزيس عن طريق تثبيط تعبير الوسائط المحفزة للالتهابات والتليف.

قد يكون محور إشارات IL-6/STAT3/MMP12 متورطاً في التأثيرات الوقائية لـ DMSO في حالة التليف الرئوي الناجم عن السيليكا

لبحث العلاقات بين الجينات ذات التعبير المتباين (DEGs)، تم بناء شبكة تفاعل جينية بناءً على بيانات الترانسكريبتوم (الشكل 4A). وبدا أن MMP12 يشغل موقعاً مركزياً ضمن الشبكة. وللمزيد من الفحص للارتباطات المحتملة على مستوى البروتين، تم إنشاء شبكة تفاعل بروتين-بروتين (PPI) متوقعة باستخدام قاعدة بيانات STRING (الشكل 4B). وقد أشار تحليل STRING إلى وجود ارتباطات وظيفية محتملة بين MMP12 والعديد من الجينات الرئيسية ذات التعبير المتباين، بما في ذلك IL-6 و STAT3 و SPP1 و MMP19. ونظراً لأن STRING يدمج الأدلة من مصادر مختلفة، فإن هذه الارتباطات تعتبر علاقات وظيفية متوقعة.

أُجري تحليل لطخة ويسترن (Western blot) لقياس مستويات تعبير البروتين لكل من IL-6 وSTAT3 وp-STAT3 وMMP12 (الشكل 4C–F). وأظهرت النتائج أنه، مقارنة بمجموعة التحكم (Control)، ارتفعت مستويات تعبير بروتيني IL-6 وp-STAT3 بشكل ملحوظ في مجموعة السيليكا (Silica)، كما أظهر تعبير بروتين MMP12 اتجاهاً نحو الزيادة. وبعد العلاج بـ DMSO، انخفضت مستويات تعبير هذه البروتينات الثلاثة بشكل ملحوظ. والجدير بالذكر أن تعبير بروتين STAT3 الكلي ظل ثابتاً نسبياً في جميع المجموعات التجريبية.

توافر البيانات:

تم إيداع جميع بيانات التسلسل الخام الناتجة في هذه الدراسة في قاعدة بيانات Gene Expression Omnibus (GEO) تحت رقم الوصول GSE31671. الصور الخام الخاصة بالدراسة متاحة في مجلد تكميلي (الملف التكميلي 1).

عملية تجربة الفئران؛ مخطط توضيحي؛ نموذج السحار، تدخل DMSO، جمع عينات الرئة.
الشكل 1مخطط لتصميم الدراسة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

دراسة التليف الرئوي الناجم عن السيليكا؛ مخطط زمني، علم组织نسج الأنسجة الرئوية، مخطط درجات التليف.
الشكل 2يخف DMSO من التليف الرئوي في فئران مصابة بالسحار السيليسي. (Aمخطط توضيحي للتصميم التجريبي. تمثل الأسهم ذات الألوان المختلفة أنظمة إعطاء مختلفة.Bصباغة الهيماتوكسيلين والإيوزين لأنسجة الرئة. عند تكبير 20×، يكون شريط المقياس هو 50 µm؛ عند قوة تكبير 40×، يكون شريط المقياس هو 20 µm. (كربونصبغة ماسون لأنسجة الرئة (اللون الأزرق: ألياف الكولاجين؛ اللون الأحمر: الألياف العضلية). عند تكبير 20×، يكون شريط المقياس هو 50 µm؛ وعند تكبير 40×، يكون شريط المقياس هو 20 µm. (د). درجات التليف لمجموعات مختلفة بناءً على نتائج صبغ الـ HE. العدد = 8، القيمة الاحتمالية P ≤ 0.01. (هـ) مساحة الكولاجين النسبية لصبغة ماسون في أنسجة الرئة لمجموعات مختلفة. n = 8, P ≤ 0.001. (ف( ) التغيرات في وزن جسم الفئران خلال 30 يوماً. عُرضت البيانات كمتوسط ± الخطأ المعياري للمتوسط (SEM). أُجريت مقارنة مجموعات البيانات المتعددة باستخدام تحليل التباين أحادي الاتجاه (ANOVA)، ونُفذت اختبارات البعدية باستخدام طريقة Tukey. العدد n = 8، القيمة الاحتمالية للوقت P(time) ≤ 0.01، القيمة الاحتمالية للمجموعة P(group) ≤ 0.01. N: مجموعة الضبط؛ S: مجموعة السيليكا؛ SD: مجموعة السيليكا + DMSO؛ D: مجموعة DMSO. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

تحليل مخطط البركان والخريطة الحرارية لبيانات التعبير الجيني؛ تغير الطي اللوغاريتمي (log2 fold change) مقابل القيمة الاحتمالية (p-value).
شكل 3كشف تسلسل الترانسكريبتوم عن التنظيم الجيني لـ DMSO في تخفيف داء السيليكوز. (A,Bمخطط بركاني (Volcano plot) للجينات ذات التعبير التفاضلي بين مجموعة السيليكا (S) ومجموعة الضابطة (N)، ومجموعة السيليكا + DMSO (SD) ومجموعة السيليكا (S).كربون,دخريطة حرارية لمجموعة السيليكا (S) مقارنة بمجموعة الضبط (N)، ومجموعة السيليكا + DMSO (SD) مقارنة بمجموعة السيليكا (S). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

شبكات تفاعل البروتينات ومخططات تحليل لطخة ويسترن للتعبير عن IL-6 وMMP12 وSTAT3.
الشكل 4يقلل DMSO من التعبير البروتيني لـ IL-6 وSTAT3. (Aمخطط شبكي للجينات ذات التعبير التفاضلي الملحوظ.Bمخطط تفاعلات شبكة STRING للجين MMP12 والجينات المرتبطة به.C–Fتحليل لطخة وسترن للتعبير البروتيني لكل من $\beta$-Actin وIL-6 وMMP12 وSTAT3 وp-STAT3. تحليل القيمة الرمادية لبروتينات $\beta$-Actin وIL-6 (*P = 0.0257, *P = 0.0195) وMMP12 (**P = 0.013, *P = 0.0318) وSTAT3 (P = 0.3205, P = 0.2347) وp-STAT3 (*P = 0.0123, **P = 0.096) عبر لطخة وسترن. أُجري تحليل اللطخة المناعية في ثلاث مكررات (n = 3). N: مجموعة الضبط؛ S: مجموعة السيليكا؛ SD: مجموعة السيليكا + DMSO؛ D: مجموعة DMSO. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الملف التكميلي 1: البيانات الخام لهذه الدراسة.يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

لا يزال داء السحار السيليسي (Silicosis) أحد أخطر الأمراض الرئوية المهنية في جميع أنحاء العالم، حيث يتميز بالتهاب مستمر وتليف رئوي مترقٍ، مما يؤدي إلى ضعف كبير في وظائف الرئة وجودة حياة المريض25. في هذه الدراسة، وباستخدام نموذج فئران مستحث بالسيليكا، قمنا بفحص الآثار الوقائية المحتملة لمركب ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) خلال المرحلة المبكرة بشكل منهجي. وتشير النتائج هنا إلى أن العلاج بـ DMSO يقلل من تسلل الخلايا الالتهابية ويخفف من التغيرات المرضية التليفية، مما يشير إلى أن DMSO قد يلعب دوراً تنظيمياً في المراحل المبكرة من داء السحار السيليسي. وقد أثبتت دراسات تجريبية سابقة أن DMSO يمارس تأثيرات وقائية ضد التليف الرئوي في كل من الجرذان والفئران؛ حيث أفاد Haschek وزملاؤه أن DMSO قلل من التغيرات التليفية الرئوية في نماذج حيوانية تجريبية، على الرغم من أن الآليات الجزيئية الكامنة وراء ذلك ظلت غير واضحة26. وتماشياً مع هذه النتائج، تشير تحليلاتنا للتعبير البروتيني والترانسكريبتومي إلى أن DMSO قد يخفف من التليف الرئوي المستحث بالسيليكا من خلال تنظيم مسارات الإشارات الالتهابية، مما يوفر رؤية ميكانيكية إضافية لنشاطه المحتمل المضاد للتليف.

يُعد DMSO مذيباً قطبياً غير بروتوني يتميز بنفاذية عالية للأنسجة27، وله خصائص مضادة للالتهاب ومسكنة للألم موثقة جيداً، وقد استُخدم في علاج اضطرابات مختلفة مرتبطة بالالتهاب، بما في ذلك التهاب المثانة الخلالي، والتهاب المفاصل الروماتويدي، والفصال العظمي28,29,30. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الدراسات السابقة أن DMSO يخفف من التليف الرئوي وإصابة الرئة في نماذج حيوانية تجريبية، مما يشير إلى أن DMSO يمتلك تأثيرات وقائية ضد أمراض الرئة التليفية، ربما من خلال خصائصه المضادة للالتهاب والماسحة للجذور الحرة26. وعلى المستوى الجزيئي، أفادت التقارير أن DMSO يثبط مسارات إشارات NF-κB وMAPK، مما يؤدي إلى تقليل تعبير IL-6 في الخلايا البلعمية RAW264.7 المحفزة بـ LPS31. ومن الجدير بالذكر أن الجرعات العالية من DMSO قد تسبب تسمماً جهازياً، حيث تم الإبلاغ عن تلف في أعضاء متعددة عند جرعات تتجاوز 8 g/kg14؛ ولذلك، تم اعتماد بروتوكول إعطاء جرعات منخفضة ومتكررة لتحقيق التأثيرات العلاجية وتجنب السمية.

من خلال دمج التحليلات الترانسكريبتومية والنسيجية المرضية، لاحظنا أن العلاج بـ DMSO خفف من الالتهاب الرئوي والتليف في الفئران المعرضة للسيليكا، وصاحب ذلك انخفاض في تعبير IL-6. كما أشار التنميط الترانسكريبتومي إلى انخفاض في تعبير MMP12 عقب العلاج بـ DMSO. وقد ارتبط MMP12، الذي تفرزه الخلايا البلعمية بشكل أساسي32، بالتقدم التليفي لداء السيليكا، ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD)، وإصابة الرئة المستحثة بالبليوميسين، وذلك من خلال تنظيم المسارات المحفزة للتليف بما في ذلك TGF-β1 وEGR1 وCYR6133,34,35. وفي الدراسة الحالية، يشير انخفاض تعبير MMP12 الملاحظ إلى احتمالية مشاركته في التأثيرات المضادة للالتهاب والمضادة للتليف المرتبطة بالعلاج بـ DMSO. ومن الأهمية بمكان أن MMP12 يسهل تحلل ترسبات المصفوفة خارج الخلوية المفرطة أثناء مرحلة تلاشي التليف، مما يعزز إعادة تشكيل الأنسجة وإزالة الندبات36.

تعد الخلايا البلعمية محركات رئيسية لإنتاج السيتوكينات المسببة للالتهابات في حالة السحار السيليسي الناجم عن السيليكا37. حيث تفرز الخلايا البلعمية المنشطة IL-6 وTNF-α، واللذان يسهمان في حدوث الالتهاب والتليف38. ويرتبط IL-6 بمعقد مستقبل gp130 لتنشيط مسار JAK–STAT، وتحديداً STAT3، مما يؤثر على النمط الظاهري للخلايا البلعمية ويعزز العمليات المسببة للتليف39,40,41,42. وفي هذه الدراسة، أدت المعالجة بـ DMSO إلى خفض مستويات تعبير IL-6 وSTAT3 وMMP12 بشكل ملحوظ، مما يشير إلى أن DMSO قد يعمل على تعديل محور IL-6/STAT3 وتثبيط MMP12 بشكل غير مباشر. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن محور IL-6–STAT3 يلعب دوراً تنظيمياً محورياً في نماذج مختلفة من التليف الرئوي، وأن تنشيطه المستمر يرتبط ارتباطاً وثيقاً بشدة التليف وتطور المرض43,44. وقد طُرح STAT3 كمركز إشارات هام يربط الاستجابات الالتهابية بإعادة التشكيل التليفي، وقد ينظم تنشيطه MMP12، مما يعزز نشاطه النسخي45. بالإضافة إلى ذلك، تشارك إشارات STAT3 في استقطاب الخلايا البلعمية، مما يدفع تحولها من النمط الظاهري M1 المسبب للالتهاب إلى النمط الظاهري M2 المسبب للتليف46,47، بينما تمثل الخلايا البلعمية M2 أحد المصادر الخلوية الرئيسية لـ MMP1248. وبناءً على ذلك، فإن التثبيط المتزامن لـ STAT3 وMMP12 الملاحظ في الدراسة الحالية يشير إلى أن DMSO قد يقلل من تعبير MMP12، جزئياً على الأقل، من خلال تعديل إشارات STAT3. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذه الدراسة صُممت في المقام الأول لتحديد الآليات الجزيئية المحتملة بناءً على التنميط النسخي مقترناً بالتحقق في الجسم الحي. ورغم أن التغيرات المنسقة في IL-6 وSTAT3 وMMP12 تدعم تورط محور إشارات IL-6/STAT3/MMP12 في التأثيرات المضادة للتليف لـ DMSO، إلا أن الأدلة الحالية لا تثبت وجود علاقة سببية مباشرة بين تنشيط STAT3 وتنظيم MMP12. لذا، هناك حاجة إلى دراسات ميكانيكية إضافية لمزيد من التوضيح للتفاعلات التنظيمية المباشرة ضمن مسار الإشارات هذا.

تنطوي هذه الدراسة على عدة قيود. أولاً، تستند استنتاجات هذه الدراسة إلى التوصيف النسخي (transcriptomic profiling) مقترناً بالتحليلات النسيجية المرضية وتحليلات التعبير البروتيني في نموذج لفئران مصابة بداء السيليكوز. ورغم أن هذه النتائج تدعم تورط محور إشارات IL-6/STAT3/MMP12، إلا أنها لا تثبت علاقة سببية مباشرة بين تنشيط STAT3 وتنظيم MMP12. ثانياً، لم يتم إجراء التحقق الميكانيكي، بما في ذلك الدراسات المخبرية in vitro المعتمدة على البلاعم (macrophages) وتجارب الإنقاذ باستخدام التلاعب الجيني أو الدوائي لمسار IL-6/STAT3 وMMP12. بالإضافة إلى ذلك، لم يتم إدراج ضابط إيجابي مضاد للتليف، مما حد من المقارنة المباشرة لـ DMSO مع العلاجات المعتمدة. ومن شأن الدراسات المستقبلية التي تدمج التحقق الميكانيكي والأدوية المضادة للتليف ذات الصلة سريرياً، مثل pirfenidone أو nintedanib، أن توضح بشكل أكبر الآلية الجزيئية والإمكانات العلاجية لـ DMSO في علاج داء السيليكوز.

وفي الختام، تشير النتائج إلى أن DMSO يقلل من الالتهاب والتليف الذي تتوسطه الخلايا البلعمية في حالة السحار السيليسي المستحث بالسيليكا، وذلك ربما عن طريق تعديل محور إشارات IL-6/STAT3/MMP12. وتوفر هذه النتائج دليلاً أولياً يدعم الدور المحتمل لمحور إشارات IL-6/STAT3/MMP12 في التأثيرات المضادة للتليف لـ DMSO، وتسلط الضوء على MMP12 كهدف جزيئي محتمل للبحث المستقبلي.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين أي تعارض مصالح للإفصاح عنه.

شكر وتقدير

يتوجه المؤلفون بخالص الشكر إلى منصة شركة Anhui Shendong Biotechnology Development Co., Ltd.، وإلى الأستاذ Deyong Ge وLei Xu على دعمهم الفني.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
10% SDS-PAGEServicebioG2177
طقم تحليل بروتين BCAServicebioG2026
فئران C57BL/6JChangzhou Cavens Laboratory Animal Co., Ltd.No: SCXY(Su)2011-0003
السيليكا البلوريةSigma AldrichNo.S5631
DMSOServicebioGC203006
IL-6Affinity BiosciencesDF6087
محلول تحميل (loading buffer)BiotekeP0015L
MMP12ServicebioGB115475
p-STAT3ServicebioGB150001
محلول RIPA لتحلل الخلاياServicebioG2002
جسم مضاد ثانويServicebioGB23303
حليب منزوع الدسمServicebioGC310001
STAT3ServicebioGB11176
β-ActinServicebioGB11001

المراجع

  1. Leung, C. C., Yu, I. T. S., Chen, W. Silicosis. Lancet. 379 (9830), 2008-2018 (2012).
  2. Fazio, J. C., et al. Silicosis among immigrant engineered stone (quartz) countertop fabrication workers in California. JAMA Intern Med. 183 (9), 991-998 (2023).
  3. Tian, Y., et al. Nebulized inhalation of LPAE-HDAC10 inhibits acetylation-mediated ROS/NF-κB pathway for silicosis treatment. J Control Release. 364, 618-631 (2023).
  4. Hoy, R. F., Chambers, D. C. Silica-related diseases in the modern world. Allergy. 75 (11), 2805-2817 (2020).
  5. Zhou, Q., et al. Activation of Sirtuin3 by honokiol ameliorates alveolar epithelial cell senescence in experimental silicosis via the cGAS-STING pathway. Redox Biol. 74, 103224 (2024).
  6. Yang, S., et al. Single-cell transcriptome sequencing–based analysis: Probing the mechanisms of glycoprotein NMB regulation of epithelial cells involved in silicosis. Part Fibre Toxicol. 20, 29 (2023).
  7. Robert, S., et al. Involvement of matrix metalloproteinases (MMPs) and inflammasome pathway in molecular mechanisms of fibrosis. Biosci Rep. 36 (4), e00360 (2016).
  8. Dorjay Tamang, J. S., et al. An overview of matrix metalloproteinase-12 in multiple disease conditions, potential selective inhibitors, and drug designing strategies. Eur J Med Chem. 283, 117154 (2025).
  9. Zhou, X., et al. Macrophage-derived MMP12 promotes fibrosis through sustained damage to endothelial cells. J Hazard Mater. 461, 132733 (2024).
  10. De Abreu Costa, L., et al. Dimethyl sulfoxide (DMSO) decreases cell proliferation and TNF-α, IFN-γ, and IL-2 cytokine production in cultures of peripheral blood lymphocytes. Molecules. 22 (11), 1789 (2017).
  11. Kawasaki, Y., Katayama, H., Kato, S. Effectiveness of DMSO intravesical therapy for lower urinary symptoms of primary amyloidosis localized in the urinary bladder: A case report. Hinyokika Kiyo. 59 (7), 453-456 (2013).
  12. Taghavi, S., et al. Dimethyl sulfoxide as a novel therapy in a murine model of acute lung injury. J Trauma Acute Care Surg. 97, 32-38 (2024).
  13. Elisia, I., et al. DMSO represses inflammatory cytokine production from human blood cells and reduces autoimmune arthritis. PLoS One. 11 (3), e0152538 (2016).
  14. Aita, K., et al. Apoptosis in murine lymphoid organs following intraperitoneal administration of dimethyl sulfoxide (DMSO). Exp Mol Pathol. 79 (3), 265-271 (2005).
  15. Gad, S. C., et al. Tolerable levels of nonclinical vehicles and formulations used in studies by multiple routes in multiple species with notes on methods to improve utility. Int J Toxicol. 35 (2), 95-178 (2016).
  16. Li, B., et al. A suitable silicosis mouse model was constructed by repeated inhalation of silica dust via nose. Toxicol Lett. 353, 1-12 (2021).
  17. Zhou, X., et al. ANXA9 facilitates S100A4 and promotes breast cancer progression through modulating STAT3 pathway. Cell Death Dis. 15 (4), 260 (2024).
  18. Dong, L., et al. Hypoxic hUCMSC-derived extracellular vesicles attenuate allergic airway inflammation and airway remodeling in chronic asthma mice. Stem Cell Res Ther. 12, 4 (2021).
  19. Gentile, G., Tambuzzi, S., Boracchi, M., Andreola, S., Zoja, R. Paradoxal dyeing affinity's inversion of the connective tissue at Goldner's Masson trichrome staining as a peculiar characteristic of compressed and exsiccated cadaveric skin. Leg Med (Tokyo). 52, 101905 (2021).
  20. Yu, G., Wang, L. G., Han, Y., He, Q. clusterProfiler: An R package for comparing biological themes among gene clusters. OMICS. 16 (5), 284-287 (2012).
  21. Wu, T., et al. clusterProfiler 4.0: A universal enrichment tool for interpreting omics data. Innovation (Camb). 2 (3), 100141 (2021).
  22. Gene Ontology Consortium. The Gene Ontology resource: Enriching a GOld mine. Nucleic Acids Res. 49 (D1), D325-D334 (2021).
  23. Kanehisa, M., Furumichi, M., Sato, Y., Inoshiguro-Watanabe, M. KEGG: Integrating viruses and cellular organisms. Nucleic Acids Res. 49 (D1), D545-D551 (2021).
  24. Ashcroft, T., Simpson, J. M., Timbrell, V. Simple method of estimating severity of pulmonary fibrosis on a numerical scale. J Clin Pathol. 41 (4), 467-470 (1988).
  25. Liu, T., et al. Whole transcriptome sequencing identifies key lncRNAs, circRNAs, and mRNAs for exploring the pathogenesis and therapeutic target of mouse pneumoconiosis. Gene. 901, 148169 (2024).
  26. Haschek, W. M., Baer, K. E., Rutherford, J. E. Effects of dimethyl sulfoxide (DMSO) on pulmonary fibrosis in rats and mice. Toxicology. 54 (2), 197-205 (1989).
  27. Reimer, L., et al. Low-dose DMSO treatment induces oligomerization and accelerates aggregation of α-synuclein. Sci Rep. 12, 3737 (2022).
  28. Colucci, M., et al. New insights into dimethyl sulfoxide (DMSO) effects on experimental in vivo models of nociception and inflammation. Pharmacol Res. 57 (6), 419-425 (2008).
  29. Obara, K., et al. Dimethyl sulfoxide enhances acetylcholine-induced contractions in rat urinary bladder smooth muscle by inhibiting acetylcholinesterase activities. Biol Pharm Bull. 46 (2), 354-358 (2023).
  30. Moss, N. P., et al. A prospective, randomized trial comparing intravesical dimethyl sulfoxide (DMSO) to bupivacaine, triamcinolone, and heparin (BTH) for newly diagnosed interstitial cystitis/painful bladder syndrome (IC/PBS). Neurourol Urodyn. 42 (3), 615-622 (2023).
  31. Han, H., Kang, J. K., Ahn, K. J., Hyun, C. DMSO alleviates LPS-induced inflammatory responses in RAW264.7 macrophages by inhibiting NF-κB and MAPK activation. BioChem. 3 (2), 91-101 (2023).
  32. Shapiro, S. D. Matrix metalloproteinase degradation of extracellular matrix: Biological consequences. Curr Opin Cell Biol. 10 (5), 602-608 (1998).
  33. Kang, H. R., et al. Transforming growth factor (TGF)-β1 stimulates pulmonary fibrosis and inflammation via a Bax-dependent, Bid-activated pathway that involves matrix metalloproteinase-12. J Biol Chem. 282 (10), 7723-7732 (2007).
  34. Matute-Bello, G., et al. Essential role of MMP-12 in Fas-induced lung fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol. 37 (2), 210-221 (2007).
  35. Niu, H., et al. Matrix metalloproteinase 12 modulates high-fat diet-induced glomerular fibrogenesis and inflammation in a mouse model of obesity. Sci Rep. 6, 20171 (2016).
  36. Huang, Q., et al. Regulation of liver fibrosis by matrix metalloproteinase/tissue inhibitor of metalloproteinase and research advances in related therapeutic drugs. J Clin Hepatol. 38 (6), 1420-1425 (2022).
  37. Cao, Z., et al. A novel pathophysiological classification of silicosis models provides some new insights into the progression of the disease. Ecotoxicol Environ Saf. 202, 110834 (2020).
  38. Mao, N., et al. Glycolytic reprogramming in silica-induced lung macrophages and silicosis reversed by Ac-SDKP treatment. Int J Mol Sci. 22 (18), 10063 (2021).
  39. Pedroza, M., et al. Interleukin-6 contributes to inflammation and remodeling in a model of adenosine-mediated lung injury. PLoS One. 6 (7), e22667 (2011).
  40. Ataie-Kachoie, P., Pourgholami, M. H., Morris, D. L. Inhibition of the IL-6 signaling pathway: A strategy to combat chronic inflammatory diseases and cancer. Cytokine Growth Factor Rev. 24 (2), 163-173 (2013).
  41. Robinson, M. B., et al. IL-6 trans-signaling increases expression of airways disease genes in airway smooth muscle. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 309 (2), L129-L138 (2015).
  42. Garbers, C., Rose-John, S. Dissecting interleukin-6 classic and trans-signaling in inflammation and cancer. Methods Mol Biol. 2691, 207-224 (2023).
  43. Chakraborty, D., et al. Author correction: Activation of STAT3 integrates common profibrotic pathways to promote fibroblast activation and tissue fibrosis. Nat Commun. 12, 7259 (2021).
  44. O'Donoghue, R. J. J., et al. Genetic partitioning of interleukin-6 signalling in mice dissociates Stat3 from Smad3-mediated lung fibrosis. EMBO Mol Med. 4 (9), 939-951 (2012).
  45. Gao, Y., Zhou, X., Zhou, Y., Zhao, L. IL-9 and its receptor promote the progression of chronic obstructive pulmonary disease by activating macrophages through the STAT3 pathway. J China Med Univ. 52, 921-927 (2023).
  46. Wang, Y., et al. Xuanfei Baidu decoction protects against macrophage-induced inflammation and pulmonary fibrosis via inhibiting IL-6/STAT3 signaling pathway. J Ethnopharmacol. 283, 114701 (2022).
  47. Liu, T., Zhang, Z., Shen, W., Wu, Y., Bian, T. MicroRNA let-7 induces M2 macrophage polarization in COPD emphysema through the IL-6/STAT3 pathway. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 18, 575-591 (2023).
  48. Guo, X., et al. Involvement of M2 macrophage polarization in PM2.5-induced COPD by upregulating MMP12 via IL4/STAT6 pathway. Ecotoxicol Environ Saf. 283, 116793 (2024).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

DMSO IL 6 STAT3 MMP12