Быстрый отчет

Потенциальная роль сигнального пути IL-6/STAT3/MMP12 в антифибротическом действии DMSO при экспериментальном силикозе

1.5K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/72545

⸱

14 августа 2026 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Nuclear Medicine, The First Hospital of Anhui University of Science and Technology, 2Anhui University of Science and Technology, 3Ningbo University

В этой статье

Краткое содержание

Данное исследование показывает, что диметилсульфоксид (DMSO) может облегчать индуцированное кремнеземом воспаление и фиброз легких у мышей. Транскриптомный и экспериментальный анализы позволяют предположить, что его защитные эффекты могут быть связаны с подавлением сигнального пути IL-6/STAT3 и снижением экспрессии MMP12, что дает потенциальное представление о терапевтических подходах к лечению силикоза.

Аннотация

Целью данной работы является исследование противовоспалительного и антифибротического действия диметилсульфоксида (DMSO) на модели силикоза у мышей для изучения его потенциальной терапевтической ценности.

Мышиная модель силикоза была создана путем интраназального введения вещества, а лечение DMSO осуществлялось посредством внутрибрюшинных инъекций. Эксперимент проводился в течение 1 месяца. У всех мышей были собраны образцы тканей легких; часть из них была подвергнута транскриптомному анализу, а дифференциально экспрессируемые гены были идентифицированы с использованием пакета limma. Анализы обогащения генных онтологий (GO) и Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG) были проведены с помощью ClusterProfiler для исследования функций генов и связанных с ними путей. Остальные образцы подвергли гистопатологической оценке с помощью окрашивания гематоксилином и эозином (HE) и окрашивания трихромом по Массону, а для подтверждения результатов транскриптомного анализа был проведен вестерн-блоттинг.

Данное исследование показывает, что DMSO может облегчать фиброзный процесс при силикозе путем модуляции сигнального пути IL-6/STAT3-MMP12. В модели силикоза у мышей, индуцированного диоксидом кремния, DMSO ослабил связанную с заболеванием потерю веса и снизил отложение коллагена. Транскриптомный анализ показал, что DMSO подавлял активность множества путей, связанных с фиброзом, и позволил выявить 51 ключевой ген, включая MMP12, экспрессия которого была значительно снижена. Вестерн-блот анализ дополнительно подтвердил снижение экспрессии MMP12, сопровождавшееся заметным уменьшением уровней IL-6 и p-STAT3, что позволяет предположить, что путь IL-6/STAT3 может играть решающую роль в регуляции экспрессии MMP12.

DMSO может ослаблять воспалительные реакции и легочный фиброз при силикозе, подавляя активацию сигнального пути IL-6/STAT3, что приводит к снижению экспрессии MMP12.

Введение

Силикоз является одной из основных форм профессионального пневмокониоза1, характеризующейся стойким воспалением легких и необратимым легочным фиброзом, возникающими в результате длительного воздействия силикатной пыли2,3. Патогенез силикоза весьма сложен. Хотя предыдущие исследования показали, что аберрантная активация макрофагов4, избыточная пролиферация фибробластов, эпителиально-мезенхимальный переход и аномальное отложение компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ) являются критическими факторами развития фиброза5,6, основные молекулярные механизмы, лежащие в основе порочного круга воспаления и фиброза, остаются изученными не полностью. Примечательно, что семейство матриксных металлопротеиназ (MMP) играет ключевую роль в ремоделировании ВКМ и прогрессировании патологического фиброза7. Среди них матриксная металлопротеиназа 12 (MMP12), которая секретируется специфически макрофагами, расщепляет основные компоненты ВКМ, такие как эластин, фибронектин и коллаген IV типа, и играет важную роль в патогенезе фиброзных заболеваний, включая хроническую обструктивную болезнь легких8. Последние исследования дополнительно указывают на то, что MMP12, происходящая из макрофагов, может дополнительно стимулировать фиброз, повреждая эндотелиальные клетки в процессе развития легочного фиброза9.

Диметилсульфоксид (DMSO), низкомолекулярное соединение с разнообразной биологической активностью10, продемонстрировал противовоспалительный эффект при ряде воспалительных заболеваний, включая цистит, и был одобрен Управлением по санитарному надзору и контролю качества пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для лечения интерстициального цистита11. Современные исследования позволяют предположить, что DMSO может в определенной степени замедлять прогрессирование фиброза, подавляя высвобождение воспалительных факторов и снижая ответы на окислительный стресс12. В исследовании, проведенном Ingrid Elisia и соавт., сообщалось, что DMSO специфически ингибирует активацию сигнальных путей ERK1/2, p38 MAPK, JNK и PI3K/Akt в моноцитах человека в моделях цельной крови, оказывая тем самым свое противовоспалительное действие13.

Хотя было показано, что семейство MMP играет критическую роль в процессе фиброза при силикозе, ни в одном исследовании не было окончательно продемонстрировано, может ли DMSO влиять на патологическое прогрессирование силикоза посредством регуляции экспрессии MMP. Таким образом, данное исследование представляет собой изучение противовоспалительных и антифибротических эффектов DMSO на модели силикоза у мышей с целью выявления ключевой регуляторной генной сети и молекулярного механизма действия DMSO, а также для обеспечения теоретической поддержки инновационных стратегий лечения на основе MMP.

Протокол

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.

Результаты

DMSO облегчает индуцированный диоксидом кремния легочный фиброз у мышей (Рисунок 2)

Для оценки влияния DMSO на патологические процессы и изменения в тканях легких в модели силикоза были сформированы четыре экспериментальные группы (Рисунок 2A). Изменения массы тела контролировались в течение 1 месяца.

Результаты показали, что у мышей в группе силикоза наблюдалось непрерывное снижение массы тела, тогда как в группе Silica+DMSO первоначальная потеря веса сменилась восстановлением после введения DMSO (Рисунок 2F). После 30 дней воздействия диоксида кремния были отобраны образцы тканей легких, в которых оценивали изменения, связанные с воспалением и фиброзом, с помощью окрашивания гематоксилином и эозином (HE) (Рисунок 2B) и окрашивания трихромом по Массону (Рисунок 2C). Степень легочного фиброза на срезах, окрашенных HE, оценивали по методу Эшкрофта24, что выявило более низкий балл фиброза в группе Silica+DMSO по сравнению с группой Silica (Рисунок 2D). Окрашивание по Массону дополнительно показало, что отложение коллагеновых волокон в группе Silica было обширным и плотным, занимая примерно 40% площади ткани легкого, что выше 10%, наблюдавшихся в контрольной группе (Рисунок 2E), что свидетельствует о том, что воздействие диоксида кремния вызывало тяжелый легочный фиброз. Напротив, отложение коллагена в группе Silica+DMSO сократилось до 20%, что указывает на то, что DMSO может облегчать индуцированный диоксидом кремния легочный фиброз путем ингибирования избыточного накопления коллагена.

Анализ транскриптома выявил дифференциально экспрессируемые гены, связанные с воздействием DMSO у мышей, подвергшихся воздействию диоксида кремния

Для изучения противовоспалительного и антифибротического действия диметилсульфоксида (DMSO) на модели силикоза было проведено транскриптомное секвенирование образцов легочной ткани, полученных от подопытных мышей (Рисунок 3). Дифференциально экспрессируемые гены (DEGs) были выявлены с помощью алгоритма limma; критериями отбора служили значения |log2(fold change)| > 1.5 и скорректированное значение P (ложноположительный результат [FDR]) < 0.05.

Анализ транскриптома показал, что по сравнению с контрольной группой в группе Silica наблюдалось 132 значимо дифференциально экспрессируемых гена (Рисунок 3A), из которых 117 были активированы и 15 — подавлены. Примечательно, что такие гены, как Saa3 и MMP12, были заметно активированы. Эта картина экспрессии была дополнительно подтверждена анализом тепловой карты с иерархической кластеризацией (Рисунок 3C), который продемонстрировал согласованные профили экспрессии генов в отдельных образцах.

При сравнении групп Silica+DMSO и Silica было выявлено в общей сложности 3 054 достоверно дифференциально экспрессируемых гена (Рисунок 3B), из которых 1 399 генов имели повышенную экспрессию, а 1 655 — пониженную. Соответствующая тепловая карта (Рисунок 3D) показала существенные транскриптомные изменения после обработки DMSO, с заметным снижением экспрессии ряда генов, включая Lcn2 и MMP12. В частности, ключевые гены, экспрессия которых была повышена в группе Silica, такие как MMP12, Saa3 и Spp1, продемонстрировали выраженное снижение экспрессии в группе Silica+DMSO. Эти результаты позволяют предположить, что DMSO может смягчать патологию, связанную с силикозом, путем подавления экспрессии провоспалительных и профибротических медиаторов.

Сигнальный путь IL-6/STAT3/MMP12 может быть задействован в защитном действии DMSO при силикатозном легочном фиброзе

Для исследования взаимосвязей между дифференциально экспрессируемыми генами (ДЭГ) на основе транскриптомных данных была построена сеть генных взаимодействий (Рисунок 4A). MMP12, по всей видимости, занимал центральное положение в этой сети. Для дальнейшего изучения возможных ассоциаций на белковом уровне с помощью базы данных STRING была создана предсказанная сеть белок-белковых взаимодействий (PPI) (Рисунок 4B). Анализ в STRING выявил потенциальные функциональные связи между MMP12 и несколькими ключевыми ДЭГ, включая IL-6, STAT3, SPP1 и MMP19. Поскольку STRING интегрирует данные из различных источников, эти ассоциации представляют собой предсказанные функциональные связи.

Для количественного определения уровней экспрессии белков IL-6, STAT3, p-STAT3 и MMP12 был проведен вестерн-блот-анализ (Рисунок 4C–F). Результаты показали, что по сравнению с контрольной группой уровни экспрессии белков IL-6 и p-STAT3 в группе Silica были значительно повышены, а экспрессия белка MMP12 также имела тенденцию к увеличению. После обработки DMSO уровни экспрессии этих трех белков значительно снизились. Примечательно, что экспрессия общего белка STAT3 оставалась относительно неизменной во всех экспериментальных группах.

ДОСТУПНОСТЬ ДАННЫХ:

Все исходные данные секвенирования, полученные в этом исследовании, были депонированы в базе данных Gene Expression Omnibus (GEO) под номером GSE311671. Исходные изображения исследования доступны в дополнительной папке (Дополнительный файл 1).

Процесс эксперимента на мышах; схема; модель силикоза, воздействие DMSO, сбор образцов легких.
Рисунок 1: Схема дизайна исследования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Исследование фиброза легких, индуцированного кремнеземом; схема временной шкалы, гистология легочной ткани, график оценки степени фиброза.
Рисунок 2: DMSO облегчает легочный фиброз у мышей с силикозом. (A) Схематическая диаграмма плана эксперимента. Стрелки разных цветов представляют различные режимы введения. (B) Окрашивание легочной ткани гематоксилином и эозином. При увеличении 200× масштабный отрезок составляет 50 µm; при увеличении 400× масштабный отрезок составляет 20 µm. (C) Окрашивание легочной ткани по Массону (синий: коллагеновые волокна; красный: мышечные волокна). При увеличении 200× масштабный отрезок составляет 50 µm; при увеличении 400× масштабный отрезок составляет 20 µm. (D) Оценки степени фиброза в разных группах на основании результатов окрашивания HE. n = 8, P ≤ 0.0001. (E) Относительная площадь коллагена при окрашивании по Массону в легочной ткани разных групп. n = 8, P ≤ 0.0001. (F) Изменения массы тела мышей в течение 30 дней. Данные представлены как среднее ± SEM. Сравнение нескольких наборов данных проводилось с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA), а апостериорные тесты выполнялись методом Тьюки. n = 8, P(time) ≤ 0.0001, P(group) ≤ 0.0001. N: контрольная группа; S: группа кремнезема; SD: группа кремнезема + DMSO; D: группа DMSO. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Анализ данных экспрессии генов с помощью графика
Рисунок 3: Секвенирование транскриптома выявляет регуляцию генов под воздействием DMSO при облегчении силикоза. (A,B) График "вулкан" дифференциально экспрессируемых генов между группой с воздействием кремнезема (S) и контрольной группой (N), а также между группой с воздействием кремнезема + DMSO (SD) и группой с воздействием кремнезема (S). (C,D) Тепловая карта сравнения группы с воздействием кремнезема (S) с контрольной группой (N), и группы с воздействием кремнезема + DMSO (SD) с группой с воздействием кремнезема (S). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть этот рисунок в большем размере.

Сети белковых взаимодействий и графики анализа вестерн-блоттинга для экспрессии IL-6, MMP12, STAT3.
Рисунок 4: DMSO снижает экспрессию белков IL-6 и STAT3. (A) Диаграмма сети значительно дифференциально экспрессируемых генов. (B) Диаграмма сети взаимодействий STRING для MMP12 и связанных с ним генов. (C–F) Вестерн-блот-анализ экспрессии белков β-Actin, IL-6, MMP12, STAT3 и p-STAT3. Анализ серых значений белков β-Actin, IL-6 (*P = 0.0257, *P = 0.0195), MMP12 (**P = 0.0013, *P = 0.0318), STAT3 (P = 0.3205, P = 0.2347) и p-STAT3 (*P = 0.0123, **P = 0.0096) методом вестерн-блоттинга. Иммуноблоттинг выполняли в трех повторностях (n = 3). N: контрольная группа; S: группа диоксида кремния (Silica); SD: группа диоксида кремния + DMSO; D: группа DMSO. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Дополнительный файл 1: Исходные данные данного исследования.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Обсуждение

Силикоз остается одним из наиболее тяжелых профессиональных заболеваний легких во всем мире; он характеризуется стойким воспалением и прогрессирующим легочным фиброзом, которые существенно нарушают функцию легких и качество жизни пациентов25. В данном исследовании с использованием мышиной модели, индуцированной диоксидом кремния, мы систематически изучаем потенциальные защитные эффекты диметилсульфоксида (DMSO) на ранней стадии. Полученные результаты свидетельствуют о том, что применение DMSO ослабляет инфильтрацию воспалительных клеток и смягчает фиброзные патологические изменения, что указывает на возможную модулирующую роль DMSO на ранних стадиях силикоза. Предыдущие экспериментальные исследования показали, что DMSO оказывает защитное действие против легочного фиброза как у крыс, так и у мышей. Haschek и соавт. сообщили, что DMSO уменьшал фиброзные изменения в легких на экспериментальных моделях животных, хотя лежащие в основе молекулярные механизмы оставались неясными26. В соответствии с этими данными, наш транскриптомный анализ и анализ экспрессии белков дополнительно указывают на то, что DMSO может облегчать индуцированный диоксидом кремния легочный фиброз посредством модуляции воспалительных сигнальных путей, обеспечивая тем самым дополнительное понимание механизмов его потенциальной антифибротической активности.

DMSO представляет собой полярный апротонный растворитель с высокой тканевой проницаемостью27 и обладает хорошо документированными противовоспалительными и анальгетическими свойствами; он применялся при различных воспалительных заболеваниях, включая интерстициальный цистит, ревматоидный артрит и остеоартрит28,29,30. Кроме того, предыдущие исследования показали, что DMSO уменьшает выраженность легочного фиброза и повреждения легких на экспериментальных моделях животных, что свидетельствует о защитном действии DMSO против фиброзных заболеваний легких, возможно, за счет его противовоспалительных свойств и способности улавливать свободные радикалы26. На молекулярном уровне сообщалось, что DMSO подавляет сигнальные пути NF-κB и MAPK, что приводит к снижению экспрессии IL-6 в макрофагах RAW264.7, стимулированных LPS31. Примечательно, что высокие дозы DMSO могут вызвать системную токсичность, при этом поражение нескольких органов отмечалось при дозах, превышающих 8 g/kg14; поэтому для изучения терапевтических эффектов и токсичности был принят протокол многократного введения в низких дозах.

Интегрируя данные транскриптомного и гистопатологического анализов, мы обнаружили, что обработка DMSO ослабляла легочное воспаление и фиброз у мышей, подвергнутых воздействию силикатов, что сопровождалось снижением экспрессии IL-6. Транскриптомное профилирование дополнительно указало на снижение экспрессии MMP12 после обработки DMSO. MMP12, секретируемый преимущественно макрофагами32, участвует в фибротическом прогрессировании силикоза, ХОБЛ и повреждения легких, индуцированного блеомицином, посредством регуляции профибротических путей, включая TGF-β1, EGR1 и CYR6133,34,35. В настоящем исследовании наблюдаемое снижение экспрессии MMP12 указывает на его возможную роль в противовоспалительных и антифибротических эффектах, связанных с обработкой DMSO. Важно отметить, что MMP12 способствует деградации избыточных депозитов внеклеточного матрикса при разрешении фиброза, стимулируя тем самым ремоделирование тканей и рассасывание рубцов36.

Макрофаги являются ключевыми факторами продукции провоспалительных цитокинов при силикозе, индуцированном диоксидом кремния37. Активированные макрофаги секретируют IL-6 и TNF-α, которые способствуют развитию воспаления и фиброза38. IL-6 взаимодействует с рецепторным комплексом gp130 для активации пути JAK–STAT, в частности STAT3, влияя тем самым на фенотип макрофагов и стимулируя профибротические процессы39,40,41,42. В данном исследовании обработка DMSO значительно снизила уровни экспрессии IL-6, STAT3 и MMP12, что указывает на способность DMSO модулировать ось IL-6/STAT3 и косвенно подавлять экспрессию MMP12. Предыдущие исследования показали, что ось IL-6–STAT3 играет центральную регуляторную роль в различных моделях легочного фиброза, и ее устойчивая активация тесно связана со степенью тяжести фиброза и прогрессированием заболевания43,44. STAT3 был предложен в качестве важного сигнального узла, связывающего воспалительные ответы с фибротическим ремоделированием, и его активация может регулировать MMP12, усиливая его транскрипционную активность45. Кроме того, сигнализация STAT3 участвует в поляризации макрофагов, стимулируя переход макрофагов из провоспалительного фенотипа M1 в профибротический фенотип M246,47, при этом макрофаги M2 являются одним из основных клеточных источников MMP1248. Таким образом, одновременное снижение экспрессии STAT3 и MMP12, наблюдаемое в настоящем исследовании, позволяет предположить, что DMSO может снижать экспрессию MMP12, по крайней мере частично, посредством модуляции сигнализации STAT3. Однако следует отметить, что данное исследование было в первую очередь направлено на выявление потенциальных молекулярных механизмов на основе транскриптомного профилирования в сочетании с валидацией in vivo. Хотя скоординированные изменения IL-6, STAT3 и MMP12 подтверждают участие сигнальной оси IL-6/STAT3/MMP12 в антифибротическом действии DMSO, имеющиеся данные не устанавливают прямой причинно-следственной связи между активацией STAT3 и регуляцией MMP12. Следовательно, необходимы дополнительные механистические исследования для дальнейшего уточнения прямых регуляторных взаимодействий в рамках этого сигнального пути.

Данное исследование имеет несколько ограничений. Во-первых, выводы этого исследования основаны на транскриптомном профилировании в сочетании с гистопатологическим анализом и анализом экспрессии белков на мышиной модели силикоза. Хотя эти результаты подтверждают участие сигнальной оси IL-6/STAT3/MMP12, они не устанавливают прямой причинно-следственной связи между активацией STAT3 и регуляцией MMP12. Во-вторых, не проводилась механистическая валидация, включая исследования макрофагов in vitro и эксперименты по восстановлению функции (rescue experiments) с использованием генетических или фармакологических манипуляций с путем IL-6/STAT3 и MMP12. Кроме того, в работу не был включен положительный антифибротический контроль, что ограничивает возможность прямого сравнения DMSO с установленными методами терапии. Будущие исследования, включающие механистическую валидацию и клинически значимые антифибротические препараты, такие как пирфенидон или нинтеданиб, позволят дополнительно уточнить молекулярный механизм и терапевтический потенциал DMSO при силикозе.

В заключение, полученные данные свидетельствуют о том, что DMSO ослабляет опосредованное макрофагами воспаление и фиброз при силикозе, индуцированном диоксидом кремния, возможно, путем модуляции сигнальной оси IL-6/STAT3/MMP12. Эти результаты предоставляют предварительные доказательства, подтверждающие потенциальное участие сигнальной оси IL-6/STAT3/MMP12 в антифибротическом действии DMSO, и указывают на MMP12 как на потенциальную молекулярную мишень для дальнейших исследований.

Раскрытие информации

Авторы не имеют конфликтов интересов, подлежащих раскрытию.

Благодарности

Авторы выражают искреннюю благодарность компании Anhui Shendong Biotechnology Development Co., Ltd. за предоставление платформы, а также профессору Deyong Ge и Lei Xu за техническую поддержку.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
10% SDS-PAGEServicebioG2177
Набор для определения содержания белка методом BCAServicebioG2026
Мыши C57BL/6JChangzhou Cavens Laboratory Animal Co., Ltd.No: SCXY(Su)2011-0003
Кристаллический кремнеземSigma AldrichNo.S5631
DMSOServicebioGC203006
IL-6Affinity BiosciencesDF6087
Буфер для нанесения образцовBiotekeP0015L
MMP12ServicebioGB115475
p-STAT3ServicebioGB150001
Буфер для лизиса RIPAServicebioG2002
Вторичное антителоServicebioGB23303
Обезжиренное молокоServicebioGC310001
STAT3ServicebioGB11176
β-ActinServicebioGB11001

Ссылки

  1. Leung, C. C., Yu, I. T. S., Chen, W. Silicosis. Lancet. 379 (9830), 2008-2018 (2012).
  2. Fazio, J. C., et al. Silicosis among immigrant engineered stone (quartz) countertop fabrication workers in California. JAMA Intern Med. 183 (9), 991-998 (2023).
  3. Tian, Y., et al. Nebulized inhalation of LPAE-HDAC10 inhibits acetylation-mediated ROS/NF-κB pathway for silicosis treatment. J Control Release. 364, 618-631 (2023).
  4. Hoy, R. F., Chambers, D. C. Silica-related diseases in the modern world. Allergy. 75 (11), 2805-2817 (2020).
  5. Zhou, Q., et al. Activation of Sirtuin3 by honokiol ameliorates alveolar epithelial cell senescence in experimental silicosis via the cGAS-STING pathway. Redox Biol. 74, 103224 (2024).
  6. Yang, S., et al. Single-cell transcriptome sequencing–based analysis: Probing the mechanisms of glycoprotein NMB regulation of epithelial cells involved in silicosis. Part Fibre Toxicol. 20, 29 (2023).
  7. Robert, S., et al. Involvement of matrix metalloproteinases (MMPs) and inflammasome pathway in molecular mechanisms of fibrosis. Biosci Rep. 36 (4), e00360 (2016).
  8. Dorjay Tamang, J. S., et al. An overview of matrix metalloproteinase-12 in multiple disease conditions, potential selective inhibitors, and drug designing strategies. Eur J Med Chem. 283, 117154 (2025).
  9. Zhou, X., et al. Macrophage-derived MMP12 promotes fibrosis through sustained damage to endothelial cells. J Hazard Mater. 461, 132733 (2024).
  10. De Abreu Costa, L., et al. Dimethyl sulfoxide (DMSO) decreases cell proliferation and TNF-α, IFN-γ, and IL-2 cytokine production in cultures of peripheral blood lymphocytes. Molecules. 22 (11), 1789 (2017).
  11. Kawasaki, Y., Katayama, H., Kato, S. Effectiveness of DMSO intravesical therapy for lower urinary symptoms of primary amyloidosis localized in the urinary bladder: A case report. Hinyokika Kiyo. 59 (7), 453-456 (2013).
  12. Taghavi, S., et al. Dimethyl sulfoxide as a novel therapy in a murine model of acute lung injury. J Trauma Acute Care Surg. 97, 32-38 (2024).
  13. Elisia, I., et al. DMSO represses inflammatory cytokine production from human blood cells and reduces autoimmune arthritis. PLoS One. 11 (3), e0152538 (2016).
  14. Aita, K., et al. Apoptosis in murine lymphoid organs following intraperitoneal administration of dimethyl sulfoxide (DMSO). Exp Mol Pathol. 79 (3), 265-271 (2005).
  15. Gad, S. C., et al. Tolerable levels of nonclinical vehicles and formulations used in studies by multiple routes in multiple species with notes on methods to improve utility. Int J Toxicol. 35 (2), 95-178 (2016).
  16. Li, B., et al. A suitable silicosis mouse model was constructed by repeated inhalation of silica dust via nose. Toxicol Lett. 353, 1-12 (2021).
  17. Zhou, X., et al. ANXA9 facilitates S100A4 and promotes breast cancer progression through modulating STAT3 pathway. Cell Death Dis. 15 (4), 260 (2024).
  18. Dong, L., et al. Hypoxic hUCMSC-derived extracellular vesicles attenuate allergic airway inflammation and airway remodeling in chronic asthma mice. Stem Cell Res Ther. 12, 4 (2021).
  19. Gentile, G., Tambuzzi, S., Boracchi, M., Andreola, S., Zoja, R. Paradoxal dyeing affinity's inversion of the connective tissue at Goldner's Masson trichrome staining as a peculiar characteristic of compressed and exsiccated cadaveric skin. Leg Med (Tokyo). 52, 101905 (2021).
  20. Yu, G., Wang, L. G., Han, Y., He, Q. clusterProfiler: An R package for comparing biological themes among gene clusters. OMICS. 16 (5), 284-287 (2012).
  21. Wu, T., et al. clusterProfiler 4.0: A universal enrichment tool for interpreting omics data. Innovation (Camb). 2 (3), 100141 (2021).
  22. Gene Ontology Consortium. The Gene Ontology resource: Enriching a GOld mine. Nucleic Acids Res. 49 (D1), D325-D334 (2021).
  23. Kanehisa, M., Furumichi, M., Sato, Y., Inoshiguro-Watanabe, M. KEGG: Integrating viruses and cellular organisms. Nucleic Acids Res. 49 (D1), D545-D551 (2021).
  24. Ashcroft, T., Simpson, J. M., Timbrell, V. Simple method of estimating severity of pulmonary fibrosis on a numerical scale. J Clin Pathol. 41 (4), 467-470 (1988).
  25. Liu, T., et al. Whole transcriptome sequencing identifies key lncRNAs, circRNAs, and mRNAs for exploring the pathogenesis and therapeutic target of mouse pneumoconiosis. Gene. 901, 148169 (2024).
  26. Haschek, W. M., Baer, K. E., Rutherford, J. E. Effects of dimethyl sulfoxide (DMSO) on pulmonary fibrosis in rats and mice. Toxicology. 54 (2), 197-205 (1989).
  27. Reimer, L., et al. Low-dose DMSO treatment induces oligomerization and accelerates aggregation of α-synuclein. Sci Rep. 12, 3737 (2022).
  28. Colucci, M., et al. New insights into dimethyl sulfoxide (DMSO) effects on experimental in vivo models of nociception and inflammation. Pharmacol Res. 57 (6), 419-425 (2008).
  29. Obara, K., et al. Dimethyl sulfoxide enhances acetylcholine-induced contractions in rat urinary bladder smooth muscle by inhibiting acetylcholinesterase activities. Biol Pharm Bull. 46 (2), 354-358 (2023).
  30. Moss, N. P., et al. A prospective, randomized trial comparing intravesical dimethyl sulfoxide (DMSO) to bupivacaine, triamcinolone, and heparin (BTH) for newly diagnosed interstitial cystitis/painful bladder syndrome (IC/PBS). Neurourol Urodyn. 42 (3), 615-622 (2023).
  31. Han, H., Kang, J. K., Ahn, K. J., Hyun, C. DMSO alleviates LPS-induced inflammatory responses in RAW264.7 macrophages by inhibiting NF-κB and MAPK activation. BioChem. 3 (2), 91-101 (2023).
  32. Shapiro, S. D. Matrix metalloproteinase degradation of extracellular matrix: Biological consequences. Curr Opin Cell Biol. 10 (5), 602-608 (1998).
  33. Kang, H. R., et al. Transforming growth factor (TGF)-β1 stimulates pulmonary fibrosis and inflammation via a Bax-dependent, Bid-activated pathway that involves matrix metalloproteinase-12. J Biol Chem. 282 (10), 7723-7732 (2007).
  34. Matute-Bello, G., et al. Essential role of MMP-12 in Fas-induced lung fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol. 37 (2), 210-221 (2007).
  35. Niu, H., et al. Matrix metalloproteinase 12 modulates high-fat diet-induced glomerular fibrogenesis and inflammation in a mouse model of obesity. Sci Rep. 6, 20171 (2016).
  36. Huang, Q., et al. Regulation of liver fibrosis by matrix metalloproteinase/tissue inhibitor of metalloproteinase and research advances in related therapeutic drugs. J Clin Hepatol. 38 (6), 1420-1425 (2022).
  37. Cao, Z., et al. A novel pathophysiological classification of silicosis models provides some new insights into the progression of the disease. Ecotoxicol Environ Saf. 202, 110834 (2020).
  38. Mao, N., et al. Glycolytic reprogramming in silica-induced lung macrophages and silicosis reversed by Ac-SDKP treatment. Int J Mol Sci. 22 (18), 10063 (2021).
  39. Pedroza, M., et al. Interleukin-6 contributes to inflammation and remodeling in a model of adenosine-mediated lung injury. PLoS One. 6 (7), e22667 (2011).
  40. Ataie-Kachoie, P., Pourgholami, M. H., Morris, D. L. Inhibition of the IL-6 signaling pathway: A strategy to combat chronic inflammatory diseases and cancer. Cytokine Growth Factor Rev. 24 (2), 163-173 (2013).
  41. Robinson, M. B., et al. IL-6 trans-signaling increases expression of airways disease genes in airway smooth muscle. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 309 (2), L129-L138 (2015).
  42. Garbers, C., Rose-John, S. Dissecting interleukin-6 classic and trans-signaling in inflammation and cancer. Methods Mol Biol. 2691, 207-224 (2023).
  43. Chakraborty, D., et al. Author correction: Activation of STAT3 integrates common profibrotic pathways to promote fibroblast activation and tissue fibrosis. Nat Commun. 12, 7259 (2021).
  44. O'Donoghue, R. J. J., et al. Genetic partitioning of interleukin-6 signalling in mice dissociates Stat3 from Smad3-mediated lung fibrosis. EMBO Mol Med. 4 (9), 939-951 (2012).
  45. Gao, Y., Zhou, X., Zhou, Y., Zhao, L. IL-9 and its receptor promote the progression of chronic obstructive pulmonary disease by activating macrophages through the STAT3 pathway. J China Med Univ. 52, 921-927 (2023).
  46. Wang, Y., et al. Xuanfei Baidu decoction protects against macrophage-induced inflammation and pulmonary fibrosis via inhibiting IL-6/STAT3 signaling pathway. J Ethnopharmacol. 283, 114701 (2022).
  47. Liu, T., Zhang, Z., Shen, W., Wu, Y., Bian, T. MicroRNA let-7 induces M2 macrophage polarization in COPD emphysema through the IL-6/STAT3 pathway. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 18, 575-591 (2023).
  48. Guo, X., et al. Involvement of M2 macrophage polarization in PM2.5-induced COPD by upregulating MMP12 via IL4/STAT6 pathway. Ecotoxicol Environ Saf. 283, 116793 (2024).

Перепечатки и разрешения

Теги

DMSOIL 6 STAT3MMP12
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.