Все эксперименты с животными, проведенные в данном исследовании, были одобрены Комитетом по этике в области науки и техники Университета науки и технологий провинции Аньхой (рег. номер GZ2025-048) и строго соответствовали национальным стандартам Китая по содержанию и использованию лабораторных животных (GB/T 35892-2018). Рисунок 1 демонстрирует дизайн исследования.
Приготовление растворов
Приготовление суспензии диоксида кремния:
Кристаллический кремнезем (SiO₂, 80%, размер частиц 1–5 µm) стерилизовали в автоклаве. Затем стерильный порошок кремнезема диспергировали в стерильном физиологическом растворе до конечной концентрации 10 mg/mL, и суспензию тщательно гомогенизировали с помощью ультразвукового гомогенизатора непосредственно перед введением для обеспечения однородности суспензии частиц.
Приготовление раствора DMSO:
В асептических условиях DMSO (≥99.9%) разбавляли стерильным физиологическим раствором для приготовления примерно 10% (v/v) раствора DMSO, который затем гомогенизировали с помощью ультразвукового воздействия. Каждой мыши вводили раствор DMSO в дозе 0,9 g/kg, как было описано ранее14,15.
Экспериментальные животные
В данном исследовании было использовано тридцать два здоровых самца мышей линии C57BL/6J в возрасте 8–12 недель, которые проходили период акклиматизации в течение 1 недели перед началом экспериментов. Мыши были случайным образом распределены на четыре экспериментальные группы (n = 8 в каждой группе) с помощью компьютерного метода рандомизации: контрольная группа, группа DMSO, группа диоксида кремния и группа диоксида кремния + DMSO. Размер выборки был определен на основании предыдущих исследований с использованием той же модели силикоза у мышей, а также нашего предварительного экспериментального опыта, который показал, что 8 животных в группе достаточно для выявления гистопатологических и молекулярных различий между группами. Животные содержались в стандартных лабораторных условиях с контролируемой температурой, 12-часовым циклом света/темноты и свободным доступом к корму и воде. Перед началом исследования были установлены гуманные конечные точки; ни одно из животных не соответствовало заранее определенным критериям для проведения преждевременной эвтаназии.
Создание модели силикоза и лекарственное вмешательство
Силикоз индуцировали путем однократного интраназального введения 60 µL стерильной суспензии кристаллического диоксида кремния (10 mg/mL). После введения анестетика мышей помещали в положение на спине. При появлении глубокого и редкого дыхания 60 µL суспензии диоксида кремния осторожно вводили по каплям в ноздри, позволяя суспензии спонтанно вдохнуться в легкие16. Мыши в группе введения DMSO получали внутрибрюшные инъекции раствора DMSO в фиксированной дозе дважды в неделю с интервалом 3–4 дня между инъекциями в течение одного месяца. Мыши в остальных группах подвергались идентичным процедурам с введением равного объема стерильного физиологического раствора. Ежедневно в течение всего эксперимента проводился мониторинг массы тела. На 30-й день после моделирования всех мышей эвтаназировали и в стерильных условиях извлекали ткани легких. Эвтаназию проводили путем перелома шейных позвонков после внутрибрюшного введения трибромэтанола (0,2 mL/10 g) для индукции анестезии. Часть тканей легких сохраняли в жидком азоте для секвенирования транскриптома. Часть тканей фиксировали в 4% параформальдегиде в течение 48 ч перед патогистологическим окрашиванием, а остальные ткани хранили при -80 °C для последующих молекулярных экспериментов. Все манипуляции с животными проводились в соответствии с институциональными руководствами по этике работы с животными.
Гистопатологическая оценка, включая определение индекса фиброза по Эшкрофту, проводилась независимо двумя исследователями, которые не знали о распределении образцов по экспериментальным группам.
Патологоанатомическое исследование легких
Фиксированные ткани легкого подвергали дегидратации, просветлению и заливке в парафиновые блоки, после чего нарезали на срезы толщиной 5 µm.
окрашивание гематоксилином и эозином (HE): срезы окрашивали гематоксилином в течение 3–5 min, дифференцировали в кислотном растворе, подвергали голубению под проточной водой и контрастировали эозином в течение 5 min. После дегидратации в последовательно возрастающих концентрациях этанола срезы просветляли в ксилоле и заклеивали нейтральной смолой17.
Окрашивание трихромом по Массону: срезы последовательно окрашивали гематоксилином, красным Личунем (кислотно-фуксином), фосфорно-молибденовой кислотой и ярко-зеленым красителем (Bright Green). После кислотной дифференциации срезы подвергали дегидратации, просветлению в ксилоле и заключали в нейтральный синтетический смоляной бальзам18,19.
Секвенирование транскриптома
Ткани легких мышей из четырех экспериментальных групп были собраны сразу после убоя и подвергнуты мгновенной заморозке в жидком азоте. Тотальная РНК была выделена с использованием реагента TRIzol в соответствии с инструкциями производителя. Концентрация и чистота РНК были определены, а целостность РНК оценивали с помощью Bioanalyzer с использованием встроенного программного обеспечения. Образцы со значениями RIN более 8.0 считались приемлемыми. Подготовка библиотек включала обогащение поли(А) мРНК с использованием магнитных частиц Oligo(dT), фрагментацию РНК, синтез кДНК, лигирование адаптеров и ПЦР-амплификацию. Секвенирование проводили на платформе Illumina, в результате чего было получено примерно 6,2–6,4 Gb очищенных данных на образец. Все необработанные данные секвенирования, полученные в данном исследовании, были депонированы в базе данных Gene Expression Omnibus (GEO) под номером доступа GSE311671.
Очищенные прочтения были выровнены по референсному геному Mus musculus (mm8) с помощью программы STAR aligner. Уровни экспрессии генов были количественно определены как необработанное количество прочтений (raw read counts). Анализ дифференциальной экспрессии проводили с использованием пакета limma в среде R. Перед линейным моделированием данные необработанных подсчетов трансформировали с помощью функции voom для оценки зависимости среднего значения от дисперсии и генерации весов точности. Необработанные значения P корректировали с учетом множественного тестирования методом Бенджамина-Хохберга (BH); гены со значением |log₂FoldChange| > 1,5 и ложноположительной частотой (FDR) < 0,05 считались дифференциально экспрессируемыми. Анализ функционального обогащения проводили с помощью пакета clusterProfiler в среде R. Анализ обогащения генных онтологий (GO) проводили для выявления значимо обогащенных категорий биологических процессов (BP), клеточных компонентов (CC) и молекулярных функций (MF), в то время как анализ обогащения путей Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) выполняли для выявления значимо обогащенных сигнальных путей. Значимость обогащения оценивали с помощью гипергеометрического теста, а значения P корректировали для множественных сравнений методом Бенджамина-Хохберга. Термины GO и пути KEGG со скорректированным значением P (padj) < 0,05 считались значимо обогащенными20,21,22,23.
Детекция методом вестерн-блоттинга
Свежую ткань легкого мыши собирали и гомогенизировали с соответствующим объемом буфера для лизиса RIPA (radioimmunoprecipitation assay). После центрифугирования собирали супернатант и определяли концентрацию белка с помощью набора для BCA-анализа белка. Затем образцы смешивали с буфером для нанесения и нагревали при 100 °C в течение 10 мин. Разделение белков проводили методом электрофореза в 10% полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия (SDS-PAGE) при напряжении 200 V в течение 30 мин. Затем белки переносили электрофоретически на мембраны из поливинилиденфторида (PVDF) при постоянном токе 300 mA в течение 30 мин. Мембрану блокировали 5% раствором обезжиренного молока, затем инкубировали в течение ночи при 4 °C с первичными антителами к β-Actin (1:1500), IL-6 (1:1000), STAT3 (1:800), p-STAT3 (1:1500) и MMP12 (1:800). На следующий день мембрану промывали буфером TBST и инкубировали со вторичными антителами при комнатной температуре в течение 1 ч, после чего повторно промывали буфером TBST. Полосы белков визуализировали с использованием хемилюминесцентного субстрата, а количественный анализ белков выполняли с помощью программного обеспечения ImageJ.
Вестерн-блот-анализ проводили с использованием трех независимых биологических повторностей для каждой экспериментальной группы. Образцы белков подготавливали из тканей легких отдельных мышей, причем каждая биологическая повторность соответствовала одному независимому животному.
Статистический анализ
Все экспериментальные данные были проанализированы с помощью GraphPad Prism 9.5. Предварительно были проведены тесты на нормальность распределения и гомогенность дисперсии. Для сравнения двух групп использовался t-критерий Стьюдента, а для сравнения нескольких групп — однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) в сочетании с апостериорным тестом Тьюки. Значение P ≤ 0.05 считалось статистически значимым.