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二甲基亚砜（DMSO）因其两亲性和化学稳定性，在生物研究中经常被用作溶剂和化合物传递的载体。事实上，大多数商业上的化合物库都是以DMSO作为溶剂创建的。在筛选适用于线虫实验的溶剂过程中，我们试图通过寿命和生理速率来确定不影响线虫健康的DMSO最大浓度。不同文献中报道的DMSO对线虫寿命的影响存在差异，这些差异表明实验条件可能决定DMSO对线虫健康的潜在影响。对此小编选取了一篇发表于MicroPubl Biol上的研究文章来为大家详细地阐述不同DMSO浓度对线虫各方面的影响。
本文作者从线虫寿命、发育时间、繁殖力和运动四个方面，探讨了DMSO作用后对线虫的影响。
实验方案使用了一种针对化学敏感化合物的给药方式，将DMSO添加至平板表面，最终体积比为0.05%~3%。研究结果显示，线虫从L1阶段开始暴露于DMSO，浓度为3%及2.5%时其平均寿命显著降低，但在浓度为2%及以下时没有影响（图1A-F）。然而此前的一项研究报告表示，使用不同的给药模式，DMSO浓度在0.01%到2%范围内可以延长线虫寿命，5%浓度条件下则缩短线虫寿命（Wang et al.，2010）。两个方案的主要区别在于，Wang等人直接将DMSO添加到琼脂中，同时加入FUdR，并在线虫L4阶段开始暴露于DMSO平板中。对此，本文作者使用FUdR重复了寿命试验，并在L4阶段开始DMSO暴露。然而，无论是在倒好的琼脂平板上添加DMSO（图1G），还是在倒板过程中加入DMSO（图1H），0.5%浓度的DMSO均未延长线虫寿命。
图1 不同浓度DMSO及不同给药方式对线虫寿命的影响
在DMSO对另外三种衡量指标：胚胎后发育、繁殖力和在液体中的运动能力的影响研究中，作者发现，当控制DMSO浓度在0.5%及以下时，其对胚胎发育速度的影响与0% 浓度DMSO相当，而较高浓度的DMSO会导致剂量依赖性的发育迟缓（图2）。
图2 对胚后发育的影响
在繁殖力方面，0.5% DMSO对产子代数量无显著影响，而较高浓度（如1.5% DMSO）会导致子代数量降低。同样地，线虫暴露于0.5% DMSO时，其在液体中的摆动速率小幅下降，在1.5% DMSO下其速率降低了29%（图3）。也有报道称，当DMSO浓度大于或等于0.25%时，可导致咽部泵送速度降低（Calahorro et al., 2021；Raizen et al., 2012）。
图3 不同浓度DMSO对产子数量及摆动速率的影响
具体实践中，选择溶剂作为载体需要查阅相关文献中所报道的生物活性。例如，乙醇或丙酮可能更适合于溶解用于咽泵研究的化合物，而浓度为0.25%及以上的DMSO能抑制咽部泵送（Calahorro et al., 2021；Raizen et al., 2012）。另一方面，在寿命研究中，从线虫egg时期或young adult时期开始用0.5%和1%的乙醇处理可延长寿命（Bilodeau, 2021）。
化学动力学决定了溶剂在体系中的变化。例如，在倒板过程中，用乙醇等高挥发性溶剂制备的NGM板可能由于乙醇蒸发而产生浓度变化。另一方面，将浓缩形式的溶剂直接添加到琼脂表面需要时间让溶剂在整个培养基中扩散和平衡。此外，到达线虫体内的最终溶剂浓度和相关效应可能受到稀释、消耗、代谢或屏蔽的生物量的影响。与培养密度较低的线虫相比，以较高的线虫和/或细菌培养密度培养的线虫个体接触溶剂的机会更少。同时，由于大肠杆菌可以通过DMSO还原酶催化将DMSO代谢为二甲基硫化物（DMS），从而导致DMSO整体消耗，因此，试验过程中我们还需关注溶剂代谢产物的潜在影响。这也包括在氧气存在的情况下，DMSO生物转化为二甲基砜（DMSO2，也称为甲基磺基甲烷或MSM）（He&Slupsky，2014）。事实上，Goldstein等人研究发现，在相同浓度下，暴露于DMSO2的线虫在寿命、发育时间和繁殖力方面表现出更为明显的异常（Goldstein et al., 1992）。
总的来说，采用浓度为0.5%的DMSO进行化合物递送是相对安全的，对秀丽隐杆线虫寿命或生理速率影响极小。当然，DMSO的精确给药方法会影响实验结果，因此需使用特定实验中使用的范例来检查DMSO给药的影响，以确定不会影响线虫生理机能和寿命的浓度。因此，科研人员需评估溶剂对生物生理影响的重要性，以尽量减少溶剂对实验结果的影响。
参考文献：
1. Wang X, Wang X, Li L, Wang D. 2010. Lifespan extension in Caenorhabditis elegans by DMSO is dependent on sir-2.1 and daf-16. Biochem Biophys Res Commun 400: 613-8.
2. Calahorro F, Holden-Dye L, O'Connor V. 2021. Impact of drug solvents on C. elegans pharyngeal pumping. Toxicol Rep 8:1240-1247.
3. Raizen D, Song BM, Trojanowski N, You YJ. 2012. Methods for measuring pharyngeal behaviors. WormBook : 1-13.
4. Bilodeau, M. (2021). Low Concentrations of Ethanol Promote Longevity via the Insulin Receptor and Heat Shock Factor 1 in Caenorhabditis elegans.
5. He X, Slupsky CM. 2014. Metabolic fingerprint of dimethyl sulfone (DMSO2) in microbial-mammalian co-metabolism. J Proteome Res 13: 5281-92.
6. Goldstein P, Magnano L, Rojo J. 1992. Effects of dimethyl sulfone (DMSO2) on early gametogenesis in Caenorhabditis elegans: ultrastructural aberrations and loss of synaptonemal complexes from pachytene nuclei. Reprod Toxicol 6: 149-59.
撰稿：郑惠
审核：陈岚彬
编辑：余雯
