Diese Studie beschreibt ein Mausmodell, um die synergistische Wirkung von Nikotin auf das Fortschreiten der Lungenfibrose bei experimentellen Silikose-Mäusen zu untersuchen. Das Dual-Expositions-Mausmodell simuliert das pathologische Fortschreiten in der Lunge nach gleichzeitiger Exposition gegenüber Nikotin und Kieselsäure. Die beschriebenen Methoden sind einfach und hochgradig reproduzierbar.
Rauchen und die Exposition gegenüber Kieselsäure sind bei Berufstätigen weit verbreitet, und Kieselsäure schädigt die Lunge von Rauchern eher als von Nichtrauchern. Die Rolle von Nikotin, dem primären süchtig machenden Inhaltsstoff von Zigaretten, bei der Entwicklung von Silikose ist unklar. Das in dieser Studie verwendete Mausmodell war einfach und leicht zu kontrollieren und simulierte effektiv die Auswirkungen der chronischen Nikotinaufnahme und der wiederholten Exposition gegenüber Kieselsäure auf die Lungenfibrose durch epithelial-mesenchymalen Übergang beim Menschen. Darüber hinaus kann dieses Modell bei der direkten Untersuchung der Auswirkungen von Nikotin auf Silikose helfen und gleichzeitig die Auswirkungen anderer Komponenten im Zigarettenrauch vermeiden.
Nach der Anpassung an die Umwelt wurden den Mäusen über 40 Tage morgens und abends im Abstand von 12 h 0,25 mg/kg Nikotinlösung subkutan in die lose Haut über dem Hals injiziert. Zusätzlich wurde kristallines Siliciumdioxidpulver (1-5 μm) in normaler Kochsalzlösung suspendiert, auf eine Suspension von 20 mg/ml verdünnt und unter Verwendung eines Ultraschallwasserbades gleichmäßig dispergiert. Die mit Isofluran betäubten Mäuse atmeten 50 μl dieser Quarzstaubsuspension durch die Nase ein und wurden durch eine Brustmassage geweckt. Die Kieselsäure-Exposition wurde täglich an den Tagen 5-19 verabreicht.
Das doppelt exponierte Mausmodell wurde Nikotin und dann Kieselsäure ausgesetzt, was mit der Expositionsgeschichte von Arbeitern übereinstimmt, die beiden schädlichen Faktoren ausgesetzt waren. Darüber hinaus förderte Nikotin die Lungenfibrose durch epithelial-mesenchymale Transformation (EMT) bei Mäusen. Dieses Tiermodell kann verwendet werden, um die Auswirkungen mehrerer Faktoren auf die Entwicklung von Silikose zu untersuchen.
Die Exposition von Arbeitnehmern gegenüber Kieselsäure ist in einigen beruflichen Umgebungen unvermeidlich, und sobald sie Kieselsäure ausgesetzt sind, schreitet die Verschlechterung auch nach der Entfernung aus der Umwelt voran. Darüber hinaus rauchen die meisten dieser Arbeiter, und herkömmliche Zigaretten enthalten Tausende von Chemikalien, wobei die wichtigste süchtig machende Komponente Nikotin1 ist. E-Zigaretten werden in jüngeren Altersgruppen immer beliebter2; Diese E-Zigaretten fungieren als Nikotinabgabesystem und erhöhen den Nikotinzugang, wodurch die Lungenanfälligkeit und Lungenentzündung erhöhtwerden 3. Zigarettenrauch beschleunigt auch die Lungenfibrose bei Bleomycin-exponierten Mäusen4 und erhöht die pulmonale Toxizität und Fibrose bei Kieselsäure-exponierten Mäusen 5,6. Ob Nikotin jedoch den durch Kieselsäure verursachten Entzündungs- und Lungenfibroseprozess beeinflussen kann, muss noch untersucht werden.
Das Silikose-Mausmodell, das durch die einmalige Inhalation einer hohen Dosis Kieselsäure in die Luftröhre entsteht, ist für Mäuse traumatisch. Obwohl diese Methode schnell ein Silikose-Modell liefert, entspricht sie nicht der Realität einer Umgebung, in der Arbeiter wiederholt Kieselsäure ausgesetzt sind. Daher etablierten wir ein Kieselsäure-exponiertes Mausmodell, indem wir wiederholt eine niedrige Dosis Kieselsäure-Suspensionen über einen Nasentropf verabreichten; Diese Dosis kann bei Mäusen Entzündungen und Fibrose verursachen.
Um die Wirkung anderer Zigarettenbestandteile zu umgehen, wurde diesem Mausmodell subkutan Nikotin in die lose Haut des Halses injiziert, um die Wirkung der süchtig machenden Komponente Nikotin auf die Silikose zu bestimmen. Durch die Verabreichung von subkutanen Injektionen kann eine genaue Dosierung erreicht werden, wodurch es möglich ist, Nikotinexpositionsmodelle zu erstellen und Dosis-Toxizitäts-Reaktionen sowie Sucht zu beobachten. An männlichen Mäusen wurde ein Nikotinabhängigkeitsmodell mit einer Nikotininjektionsdosis von 0,2-0,4 mg/kg entwickelt 7,8. In diesem Modell wurden zwei subkutane Injektionen im Abstand von 12 Stunden verabreicht, um den Bedarf der süchtigen Mäuse bei der Drogensuche zu decken. Dieses Nikotinabhängigkeitsmodell der Maus ist nützlich, um die Rauchgewohnheiten des Menschen und die Exposition gegenüber Kieselsäure zu simulieren.
Einfaktor-Tiermodelle haben Einschränkungen in Krankheitsstudien, während die hier beschriebene Methode ein Zwei-Faktoren-Mausmodell der Nikotin- und Kieselsäure-Koexposition beinhaltet. Vor der Kieselsäure-Exposition wurden die Mäuse Nikotin vorexponiert, um die Nikotinexposition bei Rauchern zu replizieren. Anschließend fand von Tag 5 bis Tag 19 eine Kieselsäure-Exposition statt, um die Kieselsäure-Exposition in einer Arbeitsumgebung für Personen mit einer Vorgeschichte des Rauchens zu imitieren.
Es ist bekannt, dass Alveolarmakrophagen eine wichtige Rolle bei der Regulation von Lungenentzündungen und -fibrose spielen. Makrophagen können Kieselsäure beim Einatmen von Kieselsäure nicht abbauen, was zu einer Makrophagenpolarisation oder Apoptose9 und der Freisetzung von Zytokinen wie Tumornekrosefaktor-alpha (TNF-α) und transformierendem Wachstumsfaktor beta (TGF-β) führt. M1-Makrophagen, die durch das Vorhandensein des Oberflächenmarkers CD86 identifiziert werden, sind die primären Auslöser der Entzündungsreaktion bei Silikose, während M2-Makrophagen, die durch CD206 markiert sind, für die fibrotische Phase der Erkrankung verantwortlich sind10. In doppelt exponierten Mäusen induzierte Nikotin die Polarisation von Makrophagen in Richtung des M2-Phänotyps in Kieselsäure-geschädigten Lungen und förderte so die Lungenfibrose. Darüber hinaus ist TGF-β1 der Schlüssel zur Induktion von Fibrose und EMT11; Die erhöhte Expression von TGF-β1 beschleunigte das Fortschreiten der Lungenfibrose durch EMT. Dieses Modell analysierte erfolgreich die Auswirkungen von Nikotin auf Silikose und unterstrich die Bedeutung der Nikotinentwöhnung.
Ein Tiermodell mit doppelter Exposition ist notwendig, um die Rolle und die möglichen Mechanismen der gleichzeitigen Exposition gegenüber Nikotin und kristallinem Siliziumdioxid zu untersuchen. Dieses Modell wurde in dieser Arbeit durch die subkutane Injektion von Nikotin und den nasalen Tropf von Kieselsäure erreicht. Um eine erfolgreiche Nikotininjektion zu gewährleisten, muss sich der Bediener mit dem Greifen der Mäuse vertraut machen, da das Greifen der Haut im Nacken für sie schmerzhaft sein kann. Daher ist es…
The authors have nothing to disclose.
Diese Studie wurde vom University Synergy Innovation Program der Provinz Anhui (GXXT-2021-077) und dem Anhui University of Science and Technology Graduate Innovation Fund (2021CX2120) unterstützt.
10% formalin neutral fixative | Nanchang Yulu Experimental Equipment Co. | ||
alcohol disinfectant | Xintai Kanyuan Disinfection Products Co. | ||
BSA, Fraction V | Beyotime Biotechnology | ST023-200g | |
CD206 Monoclonal antibody | Proteintech | 60143-1-IG | |
Citrate Antigen Retrieval Solution | biosharp life science | BL619A | |
dimethyl benzene | West Asia Chemical Technology (Shandong) Co | ||
Enhanced BCA Protein Assay Kit | Beyotime Biotechnology | P0009 | |
GAPDH Polyclonal antibody | Proteintech | 10494-1-AP | |
Hematoxylin and Eosin (H&E) | Beyotime Biotechnology | C0105S | |
HRP substrate | Millipore Corporation | P90720 | |
HRP-conjugated Affinipure Goat Anti-Mouse IgG(H+L) | Proteintech | SA00001-1 | |
HRP-conjugated Affinipure Goat Anti-Rabbit IgG(H+L) | Proteintech | SA00001-2 | |
ImmPACT[R] DAB EqV Peroxidase (HRP) Substrate | Vector Laboratories | SK-4103-100 | |
Masson's Trichrome Stain Kit | Solarbio | G1340 | |
Methanol | Macklin | ||
Nicotine | Sigma | N-3876 | |
phosphate buffered saline (PBS) | Biosharp | BL601A | |
Physiological saline | The First People's Hospital of Huainan City | ||
PMSF | Beyotime Biotechnological | ST505 | |
Positive fluorescence microscope | OlympusCorporation | BX53+DP74 | |
Prestained Color Protein Molecular Weight Marker, or Prestained Color Protein Ladder | Beyotime Biotechnology | P0071 | |
PVDF membranes | Millipore | 3010040001 | |
RIPA Lysis Buffer | Beyotime Biotechnology | P0013B | |
SDS-PAGE gel preparation kit | Beyotime Biotechnology | P0012A | |
Silicon dioxide | Sigma | #BCBV6865 | |
TGF-β | Bioss | bs-0086R | |
Vimentin Polyclonal antibody | Proteintech | 10366-1-AP | |
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | |
0.5 mL Tube | Biosharp | BS-05-M | |
Oscillatory thermostatic metal bath | Abson | ||
Paraffin Embedding Machine | Precision (Changzhou) Medical Equipment Co. | PBM-A | |
Paraffin Slicer | Jinhua Kratai Instruments Co. | ||
Pipettes | Eppendorf | ||
Polarized light microscope | Olympus | BX51 | |
Precision Balance | Acculab | ALC-110.4 | |
RODI IOT intelligent multifunctional water purification system | RSJ | RODI-220BN | |
Scilogex SK-D1807-E 3D Shaker | Scilogex | ||
Small animal anesthesia machine | Anhui Yaokun Biotech Co., Ltd. | ZL-04A | |
Universal Pipette Tips | KIRGEN | KG1011 | |
Universal Pipette Tips | KIRGEN | KG1212 | |
Universal Pipette Tips | KIRGEN | KG1313 | |
Vortex Mixers | VWR | ||
Name of Material/ Equipment | |||
Adobe Illustrator | |||
ImageJ | |||
Photoshop | |||
Prism7.0 |