电子香烟烟雾发生器配方差异如何影响肺泡上皮屏障

电烟（EC）常被宣传为传统卷烟的"减害替代品"，但越来越多证据表明其气溶胶并非生物学惰性。既往体外毒理研究多集中于上气道或支气管上皮细胞，肺泡区域因体外建模技术复杂而研究不足。然而，实测与计算模型均显示，相当比例吸入颗粒可沉积至外周肺与肺泡区。

该研究采用人肺泡II型（ATII）样细胞系NCI-H441，在气-液界面（ALI）条件下培养9天形成极化单层，系统比较了不同电烟配方的急性毒性差异。研究核心问题是：PG/VG载体、游离碱尼古丁、尼古丁盐、烟草风味各自及组合对肺泡上皮屏障功能与基因表达有何不同影响？

1 细胞模型与培养

NCI-H441细胞接种于12孔Transwell插入物（1.12 cm²，10万细胞/孔），先浸没培养至汇合（约第3天），随后移除顶侧培养基进入ALI培养，每两天换液，第9天用于暴露。仅TEER > 350 Ω·cm²的紧密单层纳入实验。

2 暴露装置

研究使用电烟气溶胶与细胞暴露舱联用系统：

• 暴露舱可同时容纳6个Transwell，维持37°C，配温湿度传感器；

• 遵循ISO 20768:2018：55 mL抽吸体积、总流量1080 mL/min、每30 s一口；

• 每口抽吸周期中，20 mL/min（约1.8%）气溶胶导入细胞暴露舱，其余98%经冷凝器A分流保护下游部件；

• 每口气溶胶后接两次3 s"清除吹扫"，各口间隔7 s无流；

暴露方案：每轮30口/15 min，休息15 min（模拟真实间歇性使用并为线圈提供冷却），再30口，共60口；暴露后37°C孵育24 h检测。

3 暴露分组

4 检测指标

• 屏障完整性：TEER（EVOM voltohmmeter）

• 细胞毒性：LDH释放（CyQUANT试剂盒，490/680 nm）

• 炎症：IL-8分泌（ELISA，450 nm）

• 基因表达：qRT-PCR（QuantStudio 12K Flex），靶基因包括紧密连接（CLDN7、OCLN、TJP1）、离子/水转运（SCNN1A、ATP1A1、AQP3）、信号受体（CHRNA5、ACE2），以GAPDH为内参，2^-ΔΔCt法计算倍数变化（>1.5上调，<0.5下调）。

1 屏障完整性（TEER）

• 气流本身不影响屏障：无暴露对照747 ± 54 Ω·cm²，空气对照720 ± 150 Ω·cm²；

• 所有6种气溶胶暴露均显著降低TEER（p < 0.001）；

• 仅PG/VG载体即使TEER从720降至390 ± 120 Ω·cm²，说明载体溶剂本身即可破坏上皮屏障；

• 游离碱尼古丁、风味或其组合相对PG/VG基线无显著额外变化；

• 尼古丁盐气溶胶的屏障损伤显著大于游离碱尼古丁等效组（p < 0.01），但两种盐浓度间无显著差异。

2 细胞毒性（LDH）

• 所有暴露组LDH均显著高于空气对照（p ≤ 0.001）；

• PG/VG组从9.2 ± 4.9%升至41.3 ± 9.2%（p < 0.001）；

• 游离碱尼古丁显著减弱LDH释放至20.7 ± 5.0%（vs PG/VG，p < 0.001）；

• 但加入风味后该效应被逆转，LDH显著回升（p < 0.05）；

• 50 mg/mL尼古丁盐组LDH进一步升至54.1 ± 26.3%。

3 炎症（IL-8）

• PG/VG使IL-8从259 ± 98 pg/mL升至845 ± 433 pg/mL（p < 0.001）；

• 仅风味组、50 mg/mL盐组IL-8亦显著升高（p < 0.001）；

• 游离碱尼古丁组IL-8相对空气对照无显著变化，且显著低于PG/VG单独组（p < 0.05）。

4 基因表达

• CLDN7：游离碱尼古丁、风味、风味+尼古丁组上调（p < 0.05）；

• OCLN：游离碱+风味组合上调；50 mg/mL盐显著下调；

• TJP1（ZO-1）：PG/VG、尼古丁、风味均无显著影响，但50 mg/mL盐显著下调（p < 0.05）；

• AQP3：游离碱尼古丁显著上调；两种浓度尼古丁盐均显著下调（p < 0.05）；

• SCNN1A、ATP1A1：游离碱尼古丁显著上调，仅风味组显著下调，50 mg/mL盐显著抑制（倍数≤0.5，p < 0.01）；

• CHRNA5：尼古丁暴露显著上调；风味组显著下调；50 mg/mL盐显著低于游离碱及20 mg/mL盐组；

• ACE2：游离碱尼古丁组显著上调（p < 0.01），两种浓度尼古丁盐均显著下调（p < 0.01）。

核心结论：EC气溶胶对ATII样细胞的影响取决于尼古丁配方与风味——游离碱尼古丁相对减轻载体诱导的细胞因子释放并上调转运相关转录本；而尼古丁盐与风味添加剂则与更明显的物理屏障损伤和炎症标志物释放相关。

研究得出结论：电烟气溶胶在急性、短期ALI暴露条件下，可诱导配方依赖性的肺泡上皮屏障功能、细胞毒性、炎症与基因表达改变。

• PG/VG载体单独暴露即可损害上皮屏障完整性并增加炎症反应，说明载体溶剂并非生物学惰性；

• 游离碱尼古丁+PG/VG与屏障完整性下降及离子转运/屏障相关基因表达改变相关，但LDH释放与IL-8分泌低于PG/VG单独组；然而这些急性转录改变并未保住机械屏障功能，离子通透性仍同步升高；

• 烟草风味与高浓度尼古丁盐（50 mg/mL）与离子转运体及ACE2基因下调等破坏性效应相关。

1. 填补肺泡区域研究空白：既往EC毒理多集中于支气管上皮，本研究以ALI培养的NCI-H441细胞系统评估肺泡区域效应，补充了远端肺证据。

2. 证实载体溶剂非惰性：PG/VG单独即可破坏屏障并诱发炎症，提示"仅测尼古丁"的评估思路不足。

3. 揭示配方依赖性差异：在同一ALI体系中系统比较游离碱与尼古丁盐、风味及其组合，说明EC免疫/上皮毒性不能简单归因于尼古丁。

4. 提示风味+盐组合的风险：烟草风味与高浓度尼古丁盐（pod类产品常见配方）与更强的屏障损伤、细胞毒性与炎症相关。

5. 方法学贡献：展示了"标准化气溶胶发生+精确ALI输送+多指标联检"的实验范式，为后续纵向、共培养、器官芯片等更复杂模型研究提供参照。

基于上述研究对电烟气溶胶发生、精确流量控制、多孔位并行ALI暴露、实时监测的需求，德伯科技提供香烟烟雾体外暴露系统iSCP

6通道细胞暴露染毒系统

采用气液界面暴露（ALI）暴露方式，径向结构及气路设计，通道间实验偏差 RSD≤5%，可选择 3/6 个细胞小室，6 细胞小室模块可分成实验组和对照组，每个小室培养液独立供给，可提供持续流动，间隙·流动以及静态培养液供给，内置高精度电加热 ， 360° 高精度恒温控制 ， 温控精度37℃±0.2℃，内置自动控制高湿度控制，相对湿度≥95%，提供超微量培养液取样口（500 微升取样），暴露部分可以进行整体高温高压灭菌，可扩展 QCM 微天平模块。