Ziel dieser Studie war es, die Expression der Matrix-Metalloproteinase 3 (MMP3) sowie deren Beteiligung an dem Mechanismus der Silikose-Lungenfibrose, die durch Siliciumdioxid (SiO₂) in einem Mausmodell induziert wurde, zu untersuchen. Methoden: Sechs C57B/6 männliche Mäuse wurden zufällig in eine Kontrollgruppe und eine Silikosegruppe aufgeteilt (n=3). Das Silikosemodell wurde in Mäusen der Silikosegruppe durch intratracheale Instillation einer SiO₂-Suspension in einer Dosis von 0,2 g/kg aufgebaut, während die Kontrollgruppe mit einer entsprechenden Menge Kochsalzlösung behandelt wurde. Zur Einrichtung eines ex vivo Silikose-Zellmodells wurden humane Fibroblastenzellen (HPF-a) und Mausfibroblastenzellen (MLg) mit 5 ng/ml des transformierenden Wachstumsfaktors β₁ (TGF-β₁) behandelt. Der Einfluss von SiO₂ auf das Lungenparenchym und die extrazelluläre Matrix (ECM) wurde durch Masson-Färbung und Sirius-Red-Färbung untersucht. Das Transkriptom der Einzelzelle wurde in Lungenparenchymzellen von Mäusen der Silikosegruppe sequenziert, und die Änderungen in den zellulären Bestandteilen der durch Silikose bedingten Lungenfibrose sowie die Schlüsselgene wurden mittels bioinformatischer Methoden analysiert. Eine räumliche Transkriptom-Sequenzierung analysierte die Expression und Verteilung von Schlüsselgenen. Veränderungen im Laminin- und MMP3-Proteinspiegel wurden mittels Western Blot in Lungenparenchym und Fibroblastenzellen nachgewiesen. Die Expression des MMP3-Proteins in der ECM des Lungenparenchyms sowie in den mit TGF-β₁ behandelten HPF-a- und MLg-Zellen, sowie die Akkumulation in der ECM des Lungenparenchyms, wurden mittels Immunfluoreszenzfärbung nachgewiesen. Ergebnisse: Die Ergebnisse der Masson- und Sirius-Red-Färbung zeigten fibrotische Veränderungen im Lungenparenchym der Mäuse der Silikosegruppe und eine deutliche Ablagerung von Kollagen in der ECM. Die Einzelzell- und räumliche Transkriptom-Sequenzierung zusammen mit der entsprechenden bioinformatischen Analyse zeigten, dass die Veränderungen in den ECM-Komponenten des Lungenparenchyms bei den Mäusen der Silikosegruppe mit den Fibroblastenzellen in Verbindung standen und MMP3 ein Schlüsselgen in diesem Prozess darstellte. Die Expressionsebenen von MMP3-mRNA im Lungenparenchym von Mäusen der Silikosegruppe stiegen an und verteilten sich hauptsächlich in den fibrotischen Läsionsbereichen. Die Ergebnisse des Western Blots zeigten, dass die MMP3-Proteinexpression im Lungenparenchym von Mäusen der Silikosegruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant anstieg (P<0,05); nach der Behandlung mit TGF-β₁ stiegen die MMP3-Proteinexpressionsebenen in den HPF-a-Zellen zeitabhängig an (P<0,05). Die Immunfluoreszenzfärbung zeigte, dass die MMP3-Proteinexpression in der ECM des Lungenparenchyms von Mäusen der Silikosegruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant anstieg (P<0,05); nach der Transplantation von TGF-β₁-behandelten MLg-Zellen in die ECM des normalen Lungenparenchyms von Mäusen stiegen die MMP3-Expressionsebenen an (P<0,05). Nach der Deszellularisierung der transplantierten Lungenparenchym-ECM der MLg-Zellen stiegen die MMP3-Expressionsebenen ebenfalls an (P<0,01); das Signal der kollokalisierten Proteine Laminin und MMP3 in den Silikaknötchen und deren Umgebung im Lungenparenchym von Mäusen der Silikosegruppe nahm signifikant zu (P<0,01). Fazit: In einem Mausmodell mit Silikose-Lungenfibrose kann TGF-β₁ die Sekretion von MMP3 durch die Fibroblastenzellen erhöhen und deren Zurückhaltung in der Lungen-ECM, was zu einer verstärkten Kollagenablagerung und zur Förderung der Lungenfibrose führt. MMP3 könnte ein mögliches therapeutisches Ziel für die Silikose-Lungenfibrose sein.

Matrix-Metalloproteinase 3; extrazelluläre Matrix; Silikose; Einzelzell-Transkriptom-Sequenzierung; räumliche Transkriptom-Sequenzierung