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Research Article
Haoming Chen*1,2,3,4, Bing Li*1,2,3,4, Hangbing Cao1,2,3,4, Yehong Zhao1,2,3,4, Yuanjie Zou1,2,3,4, Wenyang Wang1,2,3,4, Min Mu1,2,3,4, Xinrong Tao1,2,3,4
1Key Laboratory of Industrial Dust Control and Occupational Health of the Ministry of Education,Anhui University of Science and Technology, 2Key Laboratory of Industrial Dust Deep Reduction and Occupational Health and Safety of Anhui Higher Education Institutes,Anhui University of Science and Technology, 3Anhui Province Engineering Laboratory of Occupational Health and Safety, 4School of Medicine, Department of Medical Frontier Experimental Center,Anhui University of Science and Technology
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Cette étude décrit un modèle murin pour étudier l’effet synergique de la nicotine sur la progression de la fibrose pulmonaire chez des souris expérimentales de silicose. Le modèle murin à double exposition simule la progression pathologique dans le poumon après une exposition simultanée à la nicotine et à la silice. Les méthodes décrites sont simples et hautement reproductibles.
Le tabagisme et l’exposition à la silice sont fréquents chez les travailleurs professionnels, et la silice est plus susceptible de blesser les poumons des fumeurs que des non-fumeurs. Le rôle de la nicotine, le principal ingrédient addictif des cigarettes, dans le développement de la silicose n’est pas clair. Le modèle murin utilisé dans cette étude était simple et facile à contrôler, et il simulait efficacement les effets de l’ingestion chronique de nicotine et de l’exposition répétée à la silice sur la fibrose pulmonaire par la transition épithélio-mésenchymateuse chez l’être humain. De plus, ce modèle peut aider à l’étude directe des effets de la nicotine sur la silicose tout en évitant les effets d’autres composants de la fumée de cigarette.
Après adaptation à l’environnement, les souris ont été injectées par voie sous-cutanée avec une solution de nicotine de 0,25 mg / kg dans la peau lâche du cou tous les matins et soirs à des intervalles de 12 heures pendant 40 jours. De plus, de la poudre de silice cristalline (1 à 5 μm) a été mise en suspension dans une solution saline normale, diluée à une suspension de 20 mg/mL et dispersée uniformément à l’aide d’un bain-marie à ultrasons. Les souris anesthésiées à l’isoflurane ont inhalé 50 μL de cette suspension de poussière de silice par le nez et ont été réveillées par un massage thoracique. L’exposition à la silice a été administrée quotidiennement les jours 5 à 19.
Le modèle de souris doublement exposé a été exposé à la nicotine, puis à la silice, ce qui correspond aux antécédents d’exposition des travailleurs exposés aux deux facteurs nocifs. De plus, la nicotine a favorisé la fibrose pulmonaire par transformation épithélio-mésenchymateuse (EMT) chez la souris. Ce modèle animal peut être utilisé pour étudier les effets de plusieurs facteurs sur le développement de la silicose.
L’exposition à la silice chez les travailleurs est inévitable dans certains milieux de travail, et une fois exposée à la silice, la détérioration progresse même après l’élimination de l’environnement. De plus, la plupart de ces travailleurs fument et les cigarettes traditionnelles contiennent des milliers de produits chimiques, le principal composant addictif étant la nicotine1. Les cigarettes électroniques sont de plus en plus populaires dans les groupes d’âge plus jeunes2 ; Ces cigarettes électroniques agissent comme un système d’administration de nicotine et augmentent l’accès à la nicotine, augmentant ainsi la susceptibilité pulmonaire et la pneumonie3. La fumée de cigarette accélère également la fibrose pulmonaire chez les souris exposées à la bléomycine4 et augmente la toxicité pulmonaire et la fibrose chez les souris exposées à la silice 5,6. Cependant, la question de savoir si la nicotine peut affecter le processus de fibrose inflammatoire et pulmonaire causé par la silice reste à étudier.
Le modèle murin de silicose établi par l’inhalation unique d’une forte dose de silice dans la trachée est traumatisant pour les souris. Bien que cette méthode fournisse rapidement un modèle de silicose, elle ne correspond pas à la réalité d’un environnement où les travailleurs sont exposés de manière répétée à la silice. Par conséquent, nous avons établi un modèle de souris exposées à la silice en administrant à plusieurs reprises une faible dose de suspensions de silice via un goutte-à-goutte nasal ; Cette dose peut provoquer une inflammation et une fibrose chez la souris.
Pour contourner les effets d’autres composants de la cigarette, ce modèle de souris a été injecté par voie sous-cutanée avec de la nicotine dans la peau lâche du cou pour déterminer l’effet du composant addictif, la nicotine, sur la silicose. L’administration d’injections sous-cutanées permet d’obtenir un dosage précis, ce qui permet de créer des modèles d’exposition à la nicotine et d’observer les réponses dose-toxicité, ainsi que la dépendance. Un modèle de dépendance à la nicotine a été développé chez des souris mâles, avec une dose d’injection de nicotine de 0,2 à 0,4 mg/kg 7,8. Dans ce modèle, pour répondre aux besoins de recherche de drogue des souris dépendantes, deux injections sous-cutanées ont été administrées à des intervalles de 12 heures. Ce modèle de dépendance à la nicotine chez la souris est utile pour simuler les habitudes de tabagisme et l’exposition des humains à la silice.
Les modèles animaux à facteur unique ont des limites dans les études sur les maladies, alors que la méthode décrite ici implique un modèle murin à deux facteurs de co-exposition à la nicotine et à la silice. Avant l’exposition à la silice, les souris ont été préexposées à la nicotine pour reproduire l’exposition à la nicotine chez les fumeurs. Par la suite, l’exposition à la silice a eu lieu du jour 5 au jour 19 pour imiter l’exposition à la silice dans un environnement de travail pour les personnes ayant des antécédents de tabagisme.
Les macrophages alvéolaires sont connus pour jouer un rôle important dans la régulation de l’inflammation et de la fibrose pulmonaires. Les macrophages ne peuvent pas décomposer la silice lors de son inhalation de silice, ce qui entraîne la polarisation des macrophages ou l’apoptose9 et la libération de cytokines telles que le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) et le facteur de croissance transformant bêta (TGF-β). Les macrophages M1, qui sont identifiés par la présence du marqueur de surface CD86, sont les principaux instigateurs de la réponse inflammatoire dans la silicose, tandis que les macrophages M2, qui sont marqués par CD206, sont responsables de la phase fibrotique de la maladie10. Chez les souris doublement exposées, la nicotine a induit la polarisation des macrophages vers le phénotype M2 dans les poumons lésés par la silice, favorisant ainsi la fibrose pulmonaire. De plus, le TGF-β1 est essentiel à l’induction de la fibrose et de l’EMT11 ; l’augmentation de l’expression de TGF-β1 a accéléré la progression de la fibrose pulmonaire par l’EMT. Ce modèle a analysé avec succès les effets de la nicotine sur la silicose et a mis en évidence l’importance de l’arrêt de la nicotine.
Toutes les procédures ont été menées conformément aux directives publiées par le Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire des National Institutes of Health (la 8e édition du NRC) et ont été approuvées par le Comité d’éthique animale de l’Université des sciences et technologies de l’Anhui.
1. Préparation des animaux
2. Préparation de la nicotine
REMARQUE : La densité de nicotine est de 1,01 g/mL.
3. Préparation de la silice
4. Capture de souris et exposition à la nicotine
5. Exposition à la silice in vivo
6. Acquisition de tissus pulmonaires frais et fixes
7. Coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (HE)
8. Coloration Masson
9. Immunohistochimie
10. Analyse par transfert Western
Un modèle murin pour étudier la nicotine combinée à l’exposition à la silice a été établi pour étudier le rôle potentiel de la nicotine dans la progression de la silicose chez la souris. La figure 1 illustre la procédure expérimentale d’utilisation d’un modèle de souris à double exposition, qui a associé une injection de nicotine à l’instillation nasale d’une suspension de silice. Les changements pathologiques des souris de chaque groupe ont été observés à l’aide de la coloration HE. Les souris exposées à la nicotine combinée à de la silice présentaient des lésions pulmonaires significativement plus graves que celles exposées à la nicotine ou à la silice seule. Les lymphocytes ont augmenté près des vaisseaux lymphatiques dans les poumons des souris exposées à la nicotine, formant des amas de cellules inflammatoires. La coloration de Masson a révélé une augmentation significative du dépôt de fibres de collagène dans les poumons exposés à la nicotine combinée à de la silice par rapport aux poumons des autres groupes, ce qui a été confirmé par la quantification de la coloration de Masson (Figure 2). La structure alvéolaire a été détruite chez les souris exposées à la silice et le nombre de macrophages a augmenté. Cependant, après l’exposition à la nicotine combinée à la silice, il y a eu une infiltration cellulaire inflammatoire importante et des nodules de fibroblastes sont apparus. De plus, les macrophages accumulés, en particulier les macrophages M2, sont présents dans le groupe doublement exposé. Les macrophages M2 sont essentiels au stade fibrotique avancé de la silicose.
De plus, une augmentation significative du facteur pro-fibrotique TGF-β1 a été observée par coloration immunohistochimique (IHC) dans les poumons de souris doublement exposées, en particulier dans les cellules inflammatoires situées à proximité des vaisseaux lymphatiques (Figure 3). Le TGF-β1 sécrété par les macrophages favorise l’EMT des cellules épithéliales et la fibrose pulmonaire12. Par rapport aux souris exposées à la silice seule, les niveaux de vimentine étaient significativement élevés dans les poumons des souris à double exposition. La coloration IHC et la quantification des protéines ont toutes deux indiqué une EMT sévère chez les souris doublement exposées (Figure 4). Les preuves combinées suggèrent que l’exposition chronique à la silice favorise l’EMT après la régulation à la hausse du TGF-β1, conduisant à une augmentation des fibroblastes et à une fibrose progressive. Dans le même temps, l’ajout de nicotine accélère le processus de fibrose pulmonaire en aggravant l’EMT, permettant à la fibrose pulmonaire d’apparaître plus tôt. Ce modèle est conçu pour explorer l’impact de la nicotine sur la fibrose pulmonaire, qui est une conséquence de l’exposition chronique à la silice chez l’homme.

Figure 1 : Conception d’un modèle expérimental d’exposition combinée à la nicotine et à la silice chez la souris. Injection continue de nicotine pendant 1 à 40 jours et instillation nasale continue de silice pendant 5 à 19 jours. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : La nicotine favorise la formation de masses fibroblastiques dans les poumons des souris exposées à la silice. (A) La coloration HE a été utilisée pour visualiser les changements pathologiques dans les poumons. Les souris doublement exposées présentaient une infiltration de cellules inflammatoires sévère et une fibrose. Les flèches vertes indiquent les masses cellulaires inflammatoires. Barre d’échelle = 50 μm. (B) La coloration de Masson a été utilisée pour montrer les fibres de collagène dans les poumons. Barre d’échelle = 50 μm. (C) Quantification des fibres de collagène dans les poumons. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Augmentation des cellules CD206 positives et du TGF-β1 dans les poumons de souris doublement exposées à la nicotine et à la silice. (A) La coloration IHC de CD206 a été utilisée pour observer la distribution et l’expression des macrophages chez les souris doublement exposées. Les macrophages CD206 positifs ont augmenté dans les poumons des souris après une exposition combinée à la nicotine et à la silice. Les flèches courtes représentent les cellules CD206 positives. Barre d’échelle = 50 μm. (B) Le TGF-β1, un promoteur de la fibrose, a été élevé chez les souris doublement exposées. Les flèches longues représentent les cellules TGF-β1 positives. Barre d’échelle = 50 μm. (C,D) AOD de CD206 et TGF-β1. AOD = IOD (densité optique intégrée)/surface. L’AOD reflète la concentration de CD206 et de TGF-β1 par unité de surface. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001. Abréviations : TGF-β1 = facteur de croissance transformant-bêta ; IHC = immunohistochimie ; AOD = densité optique moyenne. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Promotion de la fibrose pulmonaire par la nicotine chez des souris exposées à la silice par l’aggravation de l’EMT. (A) L’expression de la vimentine dans chaque groupe a été observée par coloration IHC. La vimentine était fortement exprimée dans les poumons des souris exposées à la nicotine et à la silice. Barre d’échelle = 50 μm.(B) Western blot d’expression de la vimentine dans chaque groupe d’exposition, avec une augmentation de la vimentine dans les tissus pulmonaires des souris doublement exposées. (C) La valeur AOD de la vimentine était significativement plus élevée dans le groupe doublement exposé que dans les autres groupes. (D) Le niveau relatif d’expression protéique de la vimentine par rapport à la GAPDH. L’expression de la vimentine dans le groupe de double exposition était significativement plus élevée que dans les groupes d’exposition à la nicotine ou à la silice. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001. Abréviations : EMT = transition épithélio-mésenchymateuse ; AOD = densité optique moyenne. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Tous les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêts.
Cette étude décrit un modèle murin pour étudier l’effet synergique de la nicotine sur la progression de la fibrose pulmonaire chez des souris expérimentales de silicose. Le modèle murin à double exposition simule la progression pathologique dans le poumon après une exposition simultanée à la nicotine et à la silice. Les méthodes décrites sont simples et hautement reproductibles.
Cette étude a été soutenue par le programme d’innovation en synergie universitaire de la province d’Anhui (GXXT-2021-077) et le Fonds d’innovation pour les diplômés de l’Université des sciences et technologies de l’Anhui (2021CX2120).
| Fixateur neutre 10 % de formol | Nanchang Yulu Experimental Equipment Co. | ||
| désinfectant à l’alcool | Xintai Kanyuan Produits de désinfection Co. | ||
| BSA, Fraction V | Beyotime Biotechnology | ST023-200g | |
| CD206 Anticorps monoclonal | Proteintech | 60143-1-IG | |
| Citrate Antigen Retrieval Solution | biosharp life science | BL619A | |
| diméthyl benzène | West Asia Chemical Technology (Shandong) Co | ||
| Kit de dosage | amélioré des protéines BCABeyotime Biotechnology | P0009 | |
| GAPDH Anticorps polyclonal | Proteintech | 10494-1-AP | |
| Hématoxyline et éosine (H& E) | Beyotime Biotechnology | C0105S | |
| Substrat HRP | Millipore Corporation | P90720 | |
| Affinipure Goat Conjugué HRP Anti-Mouse IgG(H+L) | Proteintech | SA00001-1 | |
| HRP Conjugué 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 | |
| Méthanol | Macklin | ||
| Nicotine | Sigma | N-3876 | |
| phosphate salin tamponné (PBS)  ; | Biosharp | BL601A | |
| Solution saline physiologique | Le premier hôpital populaire de la ville | de Huainan | |
| PMSF | Beyotime Biotechnological | ST505 | |
| Microscope à fluorescence positive | OlympusCorporation | BX53+DP74 | |
| Protéine de couleur précolorée Poids moléculaire  ; Marqueur ou couleur pré-colorée Échelle de protéines | Beyotime Biotechnology | P0071 | |
| Membranes PVDF | Millipore | 3010040001 | |
| RIPA Lysis Buffer | Beyotime Biotechnology | P0013B | |
| SDS-PAGE Kit de préparation de gel | Beyotime Biotechnology | P0012A | |
| Dioxyde de silicium | Sigma | #BCBV6865 | |
| TGF- &bêta ; | Bioss | bs-0086R | |
| Vimentin Anticorps polyclonal | Proteintech | 10366-1-AP | |
| strong>Nom du matériel/ de l’équipementNuméro de catalogue de | l’entreprise | 0,5 | |
| mL Tube | Biosharp | BS-05-M | |
| Bain thermostatique oscillatoire en métal | Abson | ||
| Paraffine Embedding Machine | Precision (Changzhou) Medical Equipment Co. | PBM-A | |
| Trancheuse à paraffine | Jinhua Kratai Instruments Co. | ||
| Pipettes | Eppendorf | ||
| Microscope à lumière polarisée | Olympus | BX51 | |
| Balance de précision | Acculab | ALC-110.4 | |
| RODI IOT système intelligent de purification d’eau | multifonctionnel RSJ | RODI-220BN | |
| Scilogex SK-D1807-E Shaker 3D | Scilogex | ||
| Small appareil d’anesthésie animale | Anhui Yaokun Biotech Co., Ltd. | ZL-04A | |
| Pointes de pipette universelles | KIRGEN | KG1011 | |
| Pointes de pipette universelles | KIRGEN | KG1212 | |
| Pointes de pipette universelles | KIRGEN | KG1313 | |
| Vortex  ; Mélangeurs  ; | VWR | ||
| Nom du matériel/ de l’équipement | |||
| Adobe Illustrator | |||
| ImageJ | |||
| Photoshop | |||
| Prism7.0 |