本研究表明，二甲基亚砜（DMSO）可能缓解小鼠中二氧化硅诱导的肺部炎症和纤维化。转录组学与实验分析表明，其保护作用可能涉及抑制IL-6/STAT3信号通路以及下调MMP12的表达，为矽肺病的治疗提供了潜在的治疗思路。
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本研究表明，二甲基亚砜（DMSO）可能缓解小鼠中二氧化硅诱导的肺部炎症和纤维化。转录组学与实验分析表明，其保护作用可能涉及抑制IL-6/STAT3信号通路以及下调MMP12的表达，为矽肺病的治疗提供了潜在的治疗思路。
本研究旨在探讨二甲基亚砜（DMSO）在矽肺小鼠模型中的抗炎和抗纤维化作用，从而评估其潜在的治疗价值。
通过鼻内滴注法建立小鼠矽肺模型，并通过腹腔注射给予DMSO处理。实验周期为1个月。收集所有小鼠的肺组织，其中一部分样本用于转录组学分析，并使用limma软件包鉴定差异表达基因。采用ClusterProfiler进行基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，以探究基因功能及相关信号通路。其余样本进行组织病理学评估，包括苏木精-伊红染色（HE）和马松三色染色，同时通过蛋白质印迹（Western blot）分析验证转录组学结果。
本研究表明，DMSO 可能通过调控 IL-6/STAT3-MMP12 信号轴来缓解矽肺病中的纤维化过程。在二氧化硅诱导的矽肺病小鼠模型中，DMSO 减轻了与疾病相关的体重下降，并减少了胶原蛋白沉积。转录组学分析表明，DMSO 抑制了多个与纤维化相关通路的活性，并鉴定了51个关键基因，其中包括显著下调的 MMP12。Western blot 分析进一步证实 MMP12 表达降低，同时 IL-6 和 p-STAT3 水平也显著下降，提示 IL-6/STAT3 通路可能在调控 MMP12 表达中发挥关键作用。
DMSO 可能通过抑制 IL-6/STAT3 信号通路的激活，从而减少 MMP12 的表达，减轻矽肺病中的炎症反应和肺纤维化。
矽肺病是职业性肺尘埃沉着病的主要形式之一1，其特征是因长期暴露于二氧化硅粉尘而引起的持续性肺部炎症和不可逆的肺纤维化2,3矽肺病的发病机制极为复杂。尽管先前的研究已表明，巨噬细胞的异常活化在其中起重要作用4成纤维细胞过度增殖、上皮-间质转化以及细胞外基质（ECM）成分的异常沉积是导致纤维化发生的关键因素5,6炎症-纤维化恶性循环背后的核心分子机制尚未完全阐明。值得注意的是，基质金属蛋白酶（MMP）家族在细胞外基质（ECM）重塑及病理性纤维化的进展中发挥着关键作用。7其中，基质金属蛋白酶12（MMP12）由巨噬细胞特异性分泌，可降解弹性蛋白、纤连蛋白和IV型胶原等关键细胞外基质成分，在包括慢性阻塞性肺疾病在内的纤维化疾病发病机制中发挥重要作用8最近的研究进一步表明，在肺纤维化过程中，巨噬细胞来源的MMP12可能通过损伤内皮细胞而进一步促进纤维化。9.
二甲基亚砜（DMSO）是一种具有多种生物学活性的小分子化合物10，在包括膀胱炎在内的多种炎症性疾病中表现出抗炎作用，并已被美国食品药品监督管理局批准用于间质性膀胱炎的治疗11。近期研究表明，DMSO 可能通过抑制炎症因子的释放和减轻氧化应激反应，在一定程度上延缓纤维化的进展12。Ingrid Elisia 等人的研究报道，DMSO 在全血模型中可特异性抑制人单核细胞中 ERK1/2、p38 MAPK、JNK 和 PI3K/Akt 信号通路的活化，从而发挥其抗炎效应13。
尽管基质金属蛋白酶（MMP）家族已被证实在线粒体肺纤维化过程中发挥关键作用，但目前尚无研究明确证实二甲基亚砜（DMSO）是否可通过调控MMP的表达来影响矽肺病的病理进展。因此，本研究旨在通过矽肺病小鼠模型，探讨DMSO的抗炎与抗纤维化作用，揭示DMSO干预下的关键调控基因网络及分子机制，为基于MMP的创新治疗策略提供理论依据。
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本研究中进行的所有动物实验均经安徽理工大学科学技术伦理委员会批准（批准号：GZ2025-048），并严格遵守中国实验室动物福利的国家标准（GB/T 35892-2018）。图1展示了研究设计。
溶液的配制
二氧化硅悬浮液的制备：
结晶型二氧化硅（SiO₂，80%，粒径1–5 µm）通过高压灭菌法进行灭菌。将无菌的二氧化硅粉末分散于无菌生理盐水中，制备成终浓度为10 mg/mL的溶液，并在给药前立即使用超声波均质器充分均质，以确保颗粒悬浮均匀。
DMSO 溶液的制备：
在无菌条件下，将二甲基亚砜（DMSO，≥99.9%）用无菌生理盐水稀释，配制成约10%（v/v）的DMSO溶液，并通过超声搅拌使其均匀。每只小鼠按0.9 g/kg剂量注射该DMSO溶液，方法如先前所述14,15。
实验动物
本研究使用了32只健康的雄性C57BL/6J小鼠，年龄为8–12周，在实验前适应环境1周。采用计算机生成的随机化方法将小鼠随机分为四组（每组n = 8）：对照组、DMSO组、二氧化硅组和二氧化硅+DMSO组。样本量基于先前使用相同小鼠矽肺模型的研究以及我们的预实验经验确定，表明每组8只动物足以检测组间组织病理学和分子水平的差异。动物饲养于标准实验室条件下，环境温度受控，光照/黑暗周期为12小时，自由获取食物和水。研究开始前已设定人道终点，实验过程中无动物达到预先定义的安乐死标准。
矽肺模型建立与药物干预
通过单次鼻内滴注60 µL无菌结晶二氧化硅悬浮液（10 mg/mL）诱导矽肺模型。麻醉诱导后，将小鼠置于仰卧位。待观察到呼吸深慢后，将60 µL二氧化硅悬浮液缓慢逐滴滴入鼻孔，使其自行吸入肺部16。DMSO给药组小鼠每周两次腹腔注射固定剂量的DMSO溶液，每次注射间隔3–4天，连续给药一个月。其余组小鼠则以等体积无菌生理盐水进行相同处理。实验期间每日监测小鼠体重。建模后第30天，对所有小鼠实施安乐死，并在无菌条件下采集肺组织。安乐死方法为：先腹腔注射三溴乙醇（0.2 mL/10 g）诱导麻醉，随后行颈椎脱臼。部分肺组织保存于液氮中用于转录组测序；另一部分组织经4%多聚甲醛固定48小时后用于病理染色；剩余组织储存于-80 °C用于后续分子实验。所有动物实验操作均符合机构动物伦理指南。
组织病理学评估（包括Ashcroft纤维化评分）由两名对实验分组情况不知情的研究人员独立完成。
肺部病理学检查
固定后的肺组织经过脱水、透明化处理，并包埋于石蜡块中，随后切成5 µm厚的切片。
苏木精-伊红（HE）染色：切片用苏木精染色3–5分钟，于酸性溶液中分化，流水冲洗返蓝，再用伊红复染5分钟。经梯度乙醇脱水后，切片用二甲苯透明，并用中性树脂封片17。
马松三色染色：切片依次用苏木精、丽春红-酸性品红、磷钼酸和亮绿染色。经酸性分化后，切片脱水，用二甲苯透明，并用中性树脂封片18,19。
转录组测序
在处死动物后立即收集四个实验组的小鼠肺组织，并在液氮中速冻。根据制造商说明书，使用TRIzol试剂提取总RNA。检测RNA浓度和纯度，并利用配备内置软件的生物分析仪评估RNA完整性。RIN值大于8.0的样本被视为合格。文库构建包括使用Oligo(dT)磁珠进行poly(A) mRNA富集、RNA片段化、cDNA合成、接头连接以及PCR扩增。测序在Illumina测序平台上进行，每个样本产生约6.2–6.4 Gb的干净数据。本研究生成的所有原始测序数据均已存入基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus, GEO），登录号为GSE311671。
使用STAR比对工具将干净的测序读段比对至小鼠参考基因组（mm8）。基因表达水平以原始读段数进行量化。采用R语言中的limma软件包进行差异表达分析。在线性模型拟合之前，使用voom函数对原始计数数据进行转换，以估计均值-方差关系并生成精度权重。采用Benjamini-Hochberg（BH）方法对原始P值进行多重检验校正，筛选标准为|log₂FoldChange| > 1.5 且错误发现率（FDR）< 0.05的基因被视为差异表达基因。使用R语言中的clusterProfiler软件包进行功能富集分析。通过基因本体（GO）富集分析识别显著富集的生物过程（BP）、细胞组分（CC）和分子功能（MF）类别，同时进行京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析以识别显著富集的信号通路。采用超几何检验评估富集显著性，并使用Benjamini-Hochberg方法对P值进行多重比较校正。校正后P值（padj）< 0.05的GO条目和KEGG通路被认为显著富集20,21,22,23。
Western blot 检测
取新鲜小鼠肺组织，加入适量放射免疫沉淀分析（RIPA）裂解缓冲液进行匀浆。离心后收集上清液，并使用BCA蛋白检测试剂盒测定蛋白浓度。随后将样品与上样缓冲液混合，在100 °C加热10分钟。采用10%十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）凝胶，在200 V电流下电泳30分钟进行蛋白质分离。接着，在300 mA恒定电流下，通过电转移将蛋白质转至聚偏二氟乙烯（PVDF）膜上，持续30分钟。用5%脱脂牛奶封闭膜后，于4 °C与针对β-Actin（1:1500）、IL-6（1:1000）、STAT3（1:800）、p-STAT3（1:1500）和MMP12（1:800）的一抗孵育过夜。次日，用TBST洗涤膜后，在室温下与二抗孵育1小时，再用TBST进行额外洗涤。使用化学发光底物显影蛋白条带，并采用ImageJ软件进行蛋白定量分析。
采用每个实验组的三个独立生物学重复进行蛋白质印迹分析。蛋白样品来自单个小鼠肺组织，每个生物学重复代表一只独立的动物。
统计分析
所有实验数据均使用 GraphPad Prism 9.5 进行分析。首先进行正态性检验和方差齐性检验。两组之间的比较采用 Student t 检验，多组之间的比较采用单因素方差分析（one-way ANOVA）结合 Tukey 事后检验。P ≤ 0.05 被认为具有统计学显著性。
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DMSO 缓解小鼠二氧化硅诱导的肺纤维化（图2）
为了评估 DMSO 在矽肺模型中对病理过程和肺组织改变的影响，建立了四个实验组（图 2A）。在 1 个月的时间内监测体重变化。
结果显示，矽肺组小鼠的体重持续下降，而二氧化硅+DMSO组小鼠在给予DMSO干预后，初期体重下降随后逐渐恢复（图2F）。在二氧化硅暴露30天后，采集肺组织，通过苏木精-伊红染色（图2B）和马松三色染色（图2C）评估炎症和纤维化变化。采用Ashcroft法对HE染色切片进行肺纤维化评分24，结果显示，与二氧化硅组相比，二氧化硅+DMSO组的纤维化...
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矽肺病仍是全球最严重的职业性肺部疾病之一，其特征为持续性炎症和进行性肺纤维化，显著损害肺功能及患者生活质量25。本研究利用二氧化硅诱导的小鼠模型，系统评估了二甲基亚砜（DMSO）在疾病早期阶段可能具有的保护作用。研究结果表明，DMSO处理可减轻炎性细胞浸润，并缓解纤维化病理改变，提示DMSO可能在矽肺病早期阶段发挥调节作用。既往实验研究已证实，DMSO对大鼠和小鼠的肺纤维化均具有保护作用。Haschek等人报道，DMSO可减轻实验动物模型中的肺纤维化改变，但其潜在的分子机制尚不明确26。与这些发现一致，本研究的转录组学和蛋白表达分析进一步提示，DMSO可能通过调控炎症信号通路来缓解二氧化硅诱导的肺纤维化，从而为其潜在的抗纤维化活性提供新的机制依据。
DMSO 是一种极性非质子溶剂，具有高组织渗透性27，并具有明确记录的抗炎和镇痛特性，已被应用于多种与炎症相关的疾病，包括间质性膀胱炎、类风湿性关节炎和骨关节炎
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者衷心感谢安徽神东生物科技发展有限公司提供的平台，以及葛德勇教授和徐磊在技术方面给予的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 10% SDS-PAGE | Servicebio | G2177 | |
| BCA 蛋白检测试剂盒 | Servicebio | G2026 | |
| C57BL/6J 小鼠 | 常州卡文斯实验动物有限公司 | 编号：SCXY(苏)2011-0003 | |
| 结晶二氧化硅 | Sigma Aldrich | 编号：S5631 | |
| DMSO | Servicebio | GC203006 | |
| IL-6 | Affinity Biosciences | DF6087 | |
| 上样缓冲液 | Bioteke | P0015L | |
| MMP12 | Servicebio | GB115475 | |
| p-STAT3 | Servicebio | GB150001 | |
| RIPA 裂解缓冲液 | Servicebio | G2002 | |
| 二抗 | Servicebio | GB23303 | |
| 脱脂奶粉 | Servicebio | GC310001 | |
| STAT3 | Servicebio | GB11176 | |
| β-肌动蛋白 | Servicebio | GB11001 |
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