2021-05-19 17:48:26, 小迈 武汉迈维代谢生物科技股份有限公司


● 期刊:The Journal of Clinical Investigation
● IF=11.864
在很多人的观点中,电子烟相比传统香烟对人体的危害要小得多。目前,电子烟是青少年人群中最常使用的烟草替代品。然而,电子烟并不像人们想象中那么安全。本研究通过脂质组学检测发现长期的电子烟蒸汽暴露(不含尼古丁)改变了小鼠肺泡巨噬细胞和上皮细胞的脂质稳态,且降低了巨噬细胞对病原体的先天免疫能力。
本研究构建了一个长期吸入暴露的小鼠模型:四组小鼠,其中一组暴露在电子烟的蒸气中,这些蒸气中的尼古丁含量与电子烟中常见的蒸气溶剂丙二醇和植物甘油的比例相同。第二组接受的电子烟蒸气是只含溶剂但不含尼古丁。剩下两组小鼠一组暴露于烟草烟雾中,另一组则暴露在洁净的空气中,通过此模型来评估传统烟草烟雾和电子烟蒸汽成分对肺细胞功能的影响。
1
●电子烟蒸汽暴露不会诱发肺部炎症和肺气肿
经过4个月香烟烟雾暴露的小鼠出现肺气肿,其特征是肺容积增加、肺泡间隔消失和弹性蛋白酶增加,此外,长期烟雾暴露会增加小鼠肺内细胞因子IL-6、TNF-α和IL-17A的浓度,而暴露于含等量尼古丁电子烟蒸汽中的C57BL/6J小鼠和那些暴露于不含尼古丁电子烟蒸汽中的小鼠没有出现气道炎症。

四个月暴露于电子烟蒸汽中不会诱发肺部炎症
2
●电子烟蒸汽暴露改变肺巨噬细胞和Ⅱ型肺泡细胞(ATIIs)中的脂质
研究发现从电子烟蒸汽暴露的小鼠中分离出的肺泡巨噬细胞具有独特的形态学特征,油红染色显示,电子烟蒸汽暴露的巨噬细胞中脂质显著增加,与蒸汽中是否含尼古丁无关,而在空气暴露组或烟雾暴露组中无此特征。

电子烟蒸汽暴露后肺泡巨噬细胞中脂质积聚
接下来研究者使用透射电子显微镜(TEM)在电子烟蒸汽暴露小鼠的巨噬细胞的细胞质中发现了大量的脂质聚集,此外,电子烟蒸汽暴露的巨噬细胞(含或不含尼古丁)中溶酶体数量增加。研究还发现与空气暴露组相比,电子烟蒸汽暴露组的板层体也表现出明显的形态变化,板层体是ATIIs中促进肺表面活性物质脂质成分释放到肺泡腔的特殊分泌小泡。这些结果表明,电子烟蒸汽暴露会破坏肺泡巨噬细胞和ATIIs中的脂质稳态,因此需要对气道脂质体进行进一步的系统评估。

肺泡巨噬细胞和II型肺泡细胞中脂质内含物的透射电镜成像
3
●电子烟蒸汽暴露的小鼠肺泡灌洗液(BAL)细胞中磷脂积累
在暴露于4个月的电子烟蒸汽或空气的小鼠中,肺泡巨噬细胞占BAL细胞成分的98%以上。接下来研究者通过脂质组学检测了小鼠BAL细胞的脂质变化。研究发现电子烟蒸汽暴露组的细胞中磷脂显著增加。

与尼古丁无关的电子烟蒸汽暴露增加了BAL细胞中的磷脂
4
●表面活性物质相关的脂类在电子烟蒸汽暴露的肺中增加
为了深入了解改变细胞内脂质生物合成的机制,研究者检测了BAL无细胞部分中的脂质分布。分析显示,暴露于电子烟蒸汽组的磷脂种类明显增加,同时甘油三酯减少,饱和磷脂显著增加,不饱和磷脂减少。接下来从脂类组学数据集中确定并量化了表面活性物质中最显著的脂质种类:二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(MPPC),棕榈酰硬脂酰磷脂酰胆碱(PSPC)和棕榈酰棕榈酰磷脂酰胆碱(PPoPC)。分析发现电子烟蒸汽显著增加MPPC和PSPC的浓度。这些结果表明,长期暴露于电子烟蒸汽中扰乱了表面活性物质层中的磷脂稳态,导致肺泡磷脂库明显增加。

与尼古丁无关的电子烟蒸汽暴露会增加BAL液中的不饱和磷脂
5
●电子烟蒸汽暴露会改变ATIIs和肺巨噬细胞的固有免疫功能
尽管电子烟蒸汽暴露导致与表面活性蛋白相关的脂质种类增加,但电子烟暴露组小鼠显示BAL液中的SP-D浓度显著降低。此外,基因表达分析显示,与空气对照组相比,电子烟蒸汽暴露小鼠的肺匀浆中2种调理素(Sfptd和Sfpta)的mRNA转录水平显著降低。这表明电子烟蒸汽暴露会损害远端气道中一类重要的调理素的产生。

暴露在电子烟蒸汽中4个月会降低表面活性蛋白的表达
为了观察电子烟蒸汽暴露对肺巨噬细胞的早期免疫效应,研究者从暴露1个月后的小鼠全肺组织中分离出F4/80+巨噬细胞,并检测了促炎细胞因子(Il1b和Tnfa)、B7共刺激分子(Cd80和Cd86)和病毒识别受体Tlr7等多种指标。结果显示,与空气暴露对照组相比,一个月暴露于电子烟蒸汽会减弱肺内巨噬细胞的功能,其对吸入病毒的反应受损。

一个月的电子烟蒸汽暴露会减弱肺内巨噬细胞的功能
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●电子烟蒸汽暴露的小鼠对流感表现出延迟免疫反应
接下来研究者评估了电子烟蒸汽暴露对急性病毒感染的防御能力。以类似的方式,小鼠暴露于空气(对照)、电子烟蒸汽或电子烟蒸汽(含尼古丁)3个月,随后用甲型流感病毒进行攻击。与空气对照组相比,在感染后的8天内,尼古丁暴露小鼠对甲型流感的反应明显受损,体重显著减轻。在第14天时,空气暴露小鼠炎症消退,部分肺组织结构恢复正常,而电子烟蒸汽暴露小鼠的肺部炎症细胞和水肿增加,肺组织明显变形,出血增加。此外IFN-γ和TNF-α的表达与肺部炎性浸润的增加相一致。以上结果表明,暴露于电子烟蒸汽会降低固有的免疫反应,而长期接触会削弱小鼠控制肺部感染流感的能力。

电子烟暴露改变免疫反应以及流感感染的恢复
肺的表面活性物质层对器官的整体生理和先天免疫功能至关重要。肺泡II型细胞和肺泡巨噬细胞都是维持和分解液-气界面表面活性剂的主要亚群。
本研究表明,电子烟蒸汽暴露会破坏肺表面活性物质的脂质和蛋白质成分,增加气道中的磷脂,降低调节性表面活性物质蛋白的表达。脂质沉积和免疫功能受损是慢性电子烟蒸汽暴露时肺泡巨噬细胞的显著特征。在病毒感染时,暴露于电子烟蒸汽的小鼠表现出增加的发病率和死亡率,在感染后期出现过度的肺损伤和炎症。最重要的是,在本模型中观察到的电子烟蒸汽介导的效应与尼古丁的存在无关。

电子烟暴露改变免疫反应以及流感感染的恢复
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