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Este estudio sugiere que el dimetilsulfóxido (DMSO) podría aliviar la inflamación pulmonar y la fibrosis inducidas por la sílice en ratones. Los análisis transcriptómicos y experimentales indican que sus efectos protectores podrían implicar la supresión de la vía de señalización IL-6/STAT3 y la regulación negativa de la expresión de MMP12, aportando conocimientos terapéuticos potenciales para el tratamiento de la silicosis.
Este estudio tiene como objetivo investigar los efectos antiinflamatorios y antifibroticos del dimetilsulfóxido (DMSO) en un modelo murino de silicosis, explorando así su posible valor terapéutico.
Se estableció un modelo de ratón de silicosis mediante instilación intranasal, y el tratamiento con DMSO se administró por inyección intraperitoneal. El experimento se realizó durante un período de 1 mes. Se recolectaron tejidos pulmonares de todos los ratones; un subconjunto se sometió a análisis transcriptómico, y los genes diferencialmente expresados se identificaron utilizando el paquete limma. Se realizaron análisis de enriquecimiento de ontología genética (GO) y del KEGG (Enciclopedia de Kyoto de genes y genomas) utilizando ClusterProfiler para investigar las funciones génicas y las vías asociadas. Las muestras restantes se sometieron a evaluación histopatológica mediante tinción con hematoxilina y eosina (HE) y tinción de tricrómica de Masson, mientras que se realizó un análisis por inmunotransferencia (Western blot) para validar los resultados transcriptómicos.
Este estudio sugiere que el DMSO podría aliviar el proceso fibrotico en la silicosis mediante la modulación del eje de señalización IL-6/STAT3-MMP12. En el modelo de ratón de silicosis inducida por sílice, el DMSO atenuó la pérdida de peso asociada a la enfermedad y redujo la deposición de colágeno. El análisis transcriptómico indicó que el DMSO suprimió la actividad de múltiples vías relacionadas con la fibrosis e identificó 51 genes clave, incluyendo MMP12, que se encontró significativamente regulado a la baja. El análisis mediante inmunotransferencia confirmó una expresión reducida de MMP12, acompañada por niveles marcadamente disminuidos de IL-6 y p-STAT3, lo que sugiere que la vía IL-6/STAT3 podría desempeñar un papel crucial en la regulación de la expresión de MMP12.
El DMSO puede atenuar las respuestas inflamatorias y la fibrosis pulmonar en la silicosis mediante la inhibición de la activación de la vía de señalización IL-6/STAT3, reduciendo así la expresión de MMP12.
La silicosis es una de las principales formas de neumoconiosis ocupacional1, caracterizada por una inflamación pulmonar persistente y fibrosis pulmonar irreversible como resultado de la exposición prolongada al polvo de sílice2,3. La patogénesis de esta silicosis es altamente compleja. Aunque estudios previos han demostrado que la activación aberrante de los macrófagos4, la proliferación excesiva de fibroblastos, la transición epitelial-mesenquimal y el depósito anormal de componentes de la matriz extracelular (ECM) son factores críticos en el desarrollo de la fibrosis5,6. Los mecanismos moleculares fundamentales que subyacen al ciclo vicioso inflamatorio-fibrótico aún no se comprenden completamente. En particular, la familia de metaloproteinasas de la matriz (MMP) desempeña un papel crucial en la remodelación de la matriz extracelular (ECM) y en la progresión de la fibrosis patológica.7Entre estas, la metaloproteasa de matriz 12 (MMP12), que es secretada específicamente por macrófagos, degrada componentes clave de la matriz extracelular como la elastina, la fibronectina y el colágeno de tipo IV, y desempeña un papel importante en la patogénesis de enfermedades fibróticas, incluida la enfermedad pulmonar obstructiva crónica8. Estudios recientes sugieren además que la MMP12 derivada de macrófagos puede promover aún más la fibrosis al dañar las células endoteliales durante el proceso de fibrosis pulmonar9.
El dimetilsulfóxido (DMSO), un compuesto de bajo peso molecular con diversas actividades biológicas10, ha demostrado efectos antiinflamatorios en varias enfermedades inflamatorias, incluida la cistitis, y ha sido aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos para el tratamiento de la cistitis intersticial11. Estudios recientes sugieren que el DMSO podría ralentizar en cierta medida la progresión de la fibrosis al inhibir la liberación de factores inflamatorios y reducir las respuestas al estrés oxidativo12. Una investigación realizada por Ingrid Elisia et al. informó que el DMSO inhibe específicamente la activación de las vías de señalización ERK1/2, p38 MAPK, JNK y PI3K/Akt en monocitos humanos en modelos de sangre total, ejerciendo así sus efectos antiinflamatorios13.
Aunque se ha demostrado que la familia de MMP desempeña un papel fundamental en el proceso de fibrosis de la silicosis, ningún estudio ha demostrado concluyentemente si el DMSO puede afectar la progresión patológica de la silicosis mediante la regulación de la expresión de MMP. Por lo tanto, este estudio representa la investigación de los efectos antiinflamatorios y antifibróticos del DMSO en un modelo murino de silicosis, con el objetivo de revelar la red génica reguladora clave y el mecanismo molecular de la intervención con DMSO, y proporcionar apoyo teórico para estrategias innovadoras de tratamiento basadas en MMP.
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Todos los experimentos con animales realizados en este estudio fueron aprobados por el Comité de Ética en Ciencia y Tecnología de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Anhui (Número de aprobación: GZ2025-048) y cumplieron estrictamente con las normas nacionales chinas sobre bienestar de animales de laboratorio (GB/T 35892-2018). Figura 1 muestra el diseño del estudio.
Preparación de soluciones
Preparación de la suspensión de sílice:
La sílice cristalina (SiO₂, 80%, tamaño de partícula 1–5 µm) se esterilizó mediante autoclave. El polvo de sílice estéril se dispersó luego en solución salina estéril para obtener una concentración final de 10 mg/mL, y la suspensión se homogeneizó completamente utilizando un homogeneizador ultrasónico inmediatamente antes de su administración para asegurar una suspensión uniforme de partículas.
Preparación de la solución de DMSO:
En condiciones asépticas, el DMSO (≥99,9 %) se diluyó con solución salina estéril para preparar una solución de DMSO aproximadamente al 10 % (v/v), la cual se homogeneizó mediante agitación ultrasónica. A cada ratón se le inyectó la solución de DMSO a una dosis de 0,9 g/kg, como se describió previamente14,15.
Animales experimentales
Se utilizaron treinta y dos ratones machos sanos C57BL/6J de 8 a 12 semanas de edad en este estudio, los cuales se aclimataron durante 1 semana antes de la experimentación. Los ratones se asignaron aleatoriamente a cuatro grupos experimentales (n = 8 por grupo) mediante un método de aleatorización generado por computadora: grupos control, DMSO, sílice y sílice+DMSO. El tamaño de la muestra se determinó en base a estudios previos que utilizaron el mismo modelo murino de silicosis y a nuestra experiencia experimental preliminar, lo que indicó que 8 animales por grupo eran suficientes para detectar diferencias histopatológicas y moleculares entre los grupos. Los animales se mantuvieron en condiciones estándar de laboratorio con temperatura controlada, un ciclo de 12 h luz/oscuridad y acceso libre a alimento y agua. Se establecieron criterios éticos de finalización antes del estudio, y ningún animal cumplió los criterios predefinidos para eutanasia anticipada.
Establecimiento del modelo de silicosis e intervención farmacológica
La silicosis se indujo mediante la instilación intranasal única de 60 µL de una suspensión estéril de sílice cristalina (10 mg/mL). Después de inducir la anestesia, los ratones se colocaron en posición supina. Una vez observada una respiración profunda y lenta, se instiló cuidadosamente 60 µL de la suspensión de sílice gota a gota en las fosas nasales, permitiendo que la suspensión fuera inhalada espontáneamente hacia los pulmones16. Los ratones del grupo de administración de DMSO recibieron inyecciones intraperitoneales de solución de DMSO en dosis fija dos veces por semana, con un intervalo de 3 a 4 días entre inyecciones, durante un mes consecutivo. Los ratones de los grupos restantes fueron tratados de manera idéntica con un volumen igual de solución salina estéril. Se realizó un monitoreo diario del peso corporal durante todo el experimento. Al trigésimo día después del modelado, todos los ratones fueron sacrificados y los tejidos pulmonares se recolectaron en condiciones estériles. La eutanasia se realizó mediante dislocación cervical tras la administración intraperitoneal de tribromoetanol (0,2 mL/10 g) para inducir la anestesia. Parte de los tejidos pulmonares se conservaron en nitrógeno líquido para la secuenciación del transcriptoma. Una porción de los tejidos se fijó en paraformaldehído al 4 % durante 48 h antes de la tinción histopatológica, y los tejidos restantes se almacenaron a -80 °C para experimentos moleculares posteriores. Todas las manipulaciones con animales cumplieron con las directrices institucionales de ética animal.
La evaluación histopatológica, incluyendo la puntuación de fibrosis de Ashcroft, fue realizada de forma independiente por dos investigadores ciegos respecto a la asignación del grupo experimental.
Examen patológico pulmonar
Los tejidos pulmonares fijados se deshidrataron, se hicieron transparentes y se incluyeron en bloques de parafina, luego se cortaron en secciones de 5 µm de grosor.
tinción con hematoxilina y eosina (HE): Las secciones se tiñeron con hematoxilina durante 3–5 min, se diferenciaron en solución ácida, se enlucieron bajo agua corriente y se contratiñeron con eosina durante 5 min. Tras la deshidratación mediante etanol graduado, las secciones se aclararon en xileno y se sellaron con resina neutra17.
Tinción con tricrómico de Masson: las secciones se tiñeron secuencialmente con hematoxilina, rojo Lichun–fucsina ácida, ácido fosfomolíbdico y verde brillante. Tras la diferenciación ácida, las secciones se deshidrataron, aclararon con xileno y montaron con resina neutra18,19.
Secuenciación del transcriptoma
Los tejidos pulmonares de ratón de los cuatro grupos experimentales se recolectaron inmediatamente después del sacrificio y se congelaron rápidamente en nitrógeno líquido. El ARN total se extrajo utilizando el reactivo TRIzol según las instrucciones del fabricante. Se evaluó la concentración y pureza del ARN, y la integridad del ARN se analizó mediante un Bioanalyzer con software integrado. Las muestras con valores de RIN superiores a 8,0 se consideraron aceptables. La preparación de las bibliotecas incluyó enriquecimiento de ARNm poli(A) utilizando perlas de Oligo(dT), fragmentación del ARN, síntesis de ADNc, ligación de adaptadores y amplificación por PCR. La secuenciación se realizó en una plataforma Illumina, generando aproximadamente entre 6,2 y 6,4 Gb de datos limpios por muestra. Todos los datos brutos de secuenciación generados en este estudio se han depositado en la base de datos Gene Expression Omnibus (GEO) con el número de acceso GSE311671.
Las lecturas limpias se alinearon al genoma de referencia de Mus musculus (mm8) utilizando el alineador STAR. Los niveles de expresión génica se cuantificaron como recuentos brutos de lecturas. El análisis de expresión diferencial se realizó utilizando el paquete limma en R. Antes del modelado lineal, los datos de recuentos brutos se transformaron mediante la función voom para estimar la relación entre la media y la varianza y generar pesos de precisión. Los valores P brutos se ajustaron para pruebas múltiples utilizando el método de Benjamini-Hochberg (BH), y se consideraron diferencialmente expresados aquellos genes con |log₂Cambio de expresión| > 1,5 y una tasa de falsos descubrimientos (FDR) < 0,05. Los análisis de enriquecimiento funcional se realizaron utilizando el paquete clusterProfiler en R. Se llevó a cabo un análisis de enriquecimiento de la ontología génica (GO) para identificar categorías significativamente enriquecidas en procesos biológicos (BP), componentes celulares (CC) y funciones moleculares (MF), mientras que se realizó un análisis de enriquecimiento de vías de Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) para identificar vías de señalización significativamente enriquecidas. La significancia del enriquecimiento se evaluó mediante una prueba hipergeométrica, y los valores P se ajustaron para comparaciones múltiples utilizando el método de Benjamini-Hochberg. Se consideraron significativamente enriquecidos los términos GO y las vías KEGG con un valor P ajustado (padj) < 0,0520,21,22,23.
Detección mediante inmunotransferencia
Se recolectó tejido pulmonar fresco de ratón y se homogenizó con un volumen adecuado de tampón de lisis RIPA (ensayo de inmunoprecipitación con radioinmunoensayo). Después de la centrifugación, se recolectó el sobrenadante y se determinó la concentración de proteína utilizando un kit de ensayo de proteína BCA. Las muestras se mezclaron luego con tampón de carga y se calentaron a 100 °C durante 10 min. La separación de proteínas se realizó en geles de electroforesis en gel de poliacrilamida con dodecilsulfato de sodio al 10% (SDS-PAGE) a una corriente de 200 V durante 30 min. Posteriormente, las proteínas se transfirieron electroforéticamente a membranas de fluoruro de polivinilideno (PVDF) con una corriente constante de 300 mA durante 30 min. La membrana se bloqueó con leche descremada al 5%, luego se incubó durante la noche a 4 °C con anticuerpos primarios contra β-Actina (1:1500), IL-6 (1:1000), STAT3 (1:800), p-STAT3 (1:1500) y MMP12 (1:800). Al día siguiente, la membrana se lavó con TBST e incubó con el anticuerpo secundario a temperatura ambiente durante 1 h, seguido de lavados adicionales con TBST. Las bandas proteicas se visualizaron utilizando un sustrato quimioluminiscente, y la cuantificación de proteínas se realizó mediante el software ImageJ.
Se realizó un análisis por inmunotransferencia utilizando tres réplicas biológicas independientes de cada grupo experimental. Las muestras proteicas se prepararon a partir de tejidos pulmonares individuales de ratón, y cada réplica biológica representó un animal independiente.
Análisis estadístico
Todos los datos experimentales se analizaron utilizando GraphPad Prism 9.5. Se realizaron previamente pruebas de normalidad y de homogeneidad de varianza. Se utilizó la prueba t de Student para la comparación entre dos grupos, y se aplicó ANOVA de un factor combinado con la prueba post hoc de Tukey para la comparación de múltiples grupos. Se consideró estadísticamente significativo un valor de p ≤ 0,05.
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DMSO alivia la fibrosis pulmonar inducida por sílice en ratones (Figura 2)
Para evaluar los efectos del DMSO en los procesos patológicos y las alteraciones del tejido pulmonar en un modelo de silicosis, se establecieron cuatro grupos experimentales (Figura 2A). Los cambios en el peso corporal se monitorearon durante un período de 1 mes.
Los resultados demostraron que los ra...
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La silicosis sigue siendo una de las enfermedades pulmonares ocupacionales más graves en todo el mundo, caracterizada por una inflamación persistente y una fibrosis pulmonar progresiva, que afectan considerablemente la función pulmonar y la calidad de vida del paciente25. En este estudio, mediante un modelo murino inducido por sílice, examinamos sistemáticamente los posibles efectos protectores del dimetilsulfóxido (DMSO) durante la etapa temprana. Los hallazgos aquí presentados sugieren que el tr...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores agradecen sinceramente a la plataforma de Anhui Shendong Biotechnology Development Co., Ltd. y a los profesores Deyong Ge y Lei Xu por su apoyo técnico.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| SDS-PAGE al 10% | Servicebio | G2177 | |
| Kit de ensayo de proteína BCA | Servicebio | G2026 | |
| Ratones C57BL/6J | Changzhou Cavens Laboratory Animal Co., Ltd. | No: SCXY(Su)2011-0003 | |
| Sílice cristalina | Sigma Aldrich | No.S5631 | |
| DMSO | Servicebio | GC203006 | |
| IL-6 | Affinity Biosciences | DF6087 | |
| Tampón de carga | Bioteke | P0015L | |
| MMP12 | Servicebio | GB115475 | |
| p-STAT3 | Servicebio | GB150001 | |
| Tampón de lisis RIPA | Servicebio | G2002 | |
| Anticuerpo secundario | Servicebio | GB23303 | |
| Leche descremada | Servicebio | GC310001 | |
| STAT3 | Servicebio | GB11176 | |
| β-Actina | Servicebio | GB11001 |
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