单细胞RNA测序揭示结直肠癌中肿瘤相关巨噬细胞的异质性及其作用

本研究针对IQOS作为加热烟草产品（HTP）宣称的减害特性缺乏独立毒理学证据的问题，研究人员开展了其主流排放物对人原代支气管上皮细胞（PBECs）转录组影响的研究。通过制备香烟烟雾提取物（CSE）和IQOS提取物（IQOSE），并利用RNA测序技术，发现IQOSE引起与内质网应激、自噬和线粒体自噬相关的基因表达变化，且在所有供体中均下调细胞周期进程通路。结果表明IQOS排放物可能通过调控这些分子途径增加肺病风险，为评估HTPs的健康影响提供了重要科学依据。

　　

随着全球吸烟相关疾病负担的持续加重，传统香烟对公共健康的威胁已广为人知。每年约有800万人因吸烟死亡，更多人遭受肺癌、慢性阻塞性肺疾病（COPD）等严重健康问题的困扰。近年来，随着各国控烟政策的推进，传统吸烟率有所下降，但烟草公司转而推出新型产品，如加热烟草制品（Heated Tobacco Products, HTPs），其中以菲利普莫里斯国际公司（PMI）生产的IQOS最为流行。IQOS被宣传为“无烟”且减害的替代品，但其真实健康风险和毒理学机制尚缺乏独立于行业的研究证据。尤其是其对呼吸系统第一道防线——支气管上皮细胞的影响，以及是否参与吸烟相关肺病的发展，仍存在科学空白。

在此背景下，研究人员在《Biochemistry and Cell Biology》上发表了一项研究，旨在揭示IQOS主流排放物对人原代支气管上皮细胞（PBECs）的转录组影响及其潜在毒理机制。研究通过制备香烟烟雾提取物（Cigarette Smoke Extract, CSE）和IQOS提取物（IQOSE），并应用RNA测序（RNA-Seq）和Western blot等技术，系统比较了二者在尼古丁含量、基因表达谱、通路富集及蛋白表达层面的差异。研究不仅揭示了IQOSE可引起细胞周期阻滞、内质网应激及自噬相关通路的显著改变，还发现其与COPD等肺病相关基因集的富集，为全面评估HTPs的健康风险提供了新的分子证据。

研究主要采用了以下关键技术方法：使用国际标准程序制备CSE和IQOSE；通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）定量尼古丁；选取三名既往吸烟者捐赠的原代支气管上皮细胞（PBECs）进行体外暴露实验；利用RNA测序（RNA-Seq）进行转录组分析，并通过DESeq2进行差异表达基因（DEGs）筛选；采用基因集富集分析（GSEA）挖掘GO生物过程与疾病相关通路；使用Western blot对自噬与线粒体自噬关键蛋白进行验证。

研究结果部分包括以下几个方面的发现：

3.1. 液提取物中尼古丁与TSNAs的水平

分析显示，IQOSE中的尼古丁浓度约为CSE的4倍，差异具有统计学意义（P < 0.05）。这一发现提示IQOS气溶胶中尼古丁的转移效率可能更高。

3.2. 差异基因表达

通过主成分分析（PCA）发现不同供体PBECs的转录组响应存在显著个体差异。其中，供体1（女性）对CSE和IQOSE最为敏感。火山图显示，在供体1中，1% CSE、1% IQOSE和3% IQOSE分别引起3257、4289和9960个差异表达基因（DEGs）。值得注意的是，3% IQOSE在所有供体中共同调控599个DEGs，表明存在IQOSE特异性基因签名。尼古丁单独处理对转录组影响甚微，说明其他水溶性毒物可能是主要效应分子。

3.3. GO术语富集分析

在供体1中，CSE和IQOSE共同调控14条GO通路，包括DNA复制和细胞周期调控的下调，以及内质网（ER）应激的上调。此外，IQOSE特异性地下调DNA修复相关通路，并上调自噬（autophagy）和线粒体自噬（mitophagy）相关通路。在3% IQOSE处理下，线粒体解组装（mitochondrial disassembly）等通路被显著激活。

3.4. 疾病富集分析

疾病富集分析显示，在供体1中，1% CSE处理富集了慢性阻塞性肺疾病（COPD）和大细胞肺癌相关通路；而在供体3中，3% IQOSE也引起了COPD通路的显著富集。这表明IQOS暴露可能与吸烟相关肺病的分子机制存在重叠。

在蛋白水平，Western blot结果进一步验证了转录组发现：自噬标志物SQSTM1在CSE和IQOSE处理后蛋白水平升高；线粒体自噬相关蛋白BNIP3和BNIP3L的表达呈现供体特异性变化，例如在供体1中BNIP3L在3% IQOSE作用下表达上调。这些结果一致表明IQOS排放物可干扰细胞自噬和线粒体质量控制系统。

研究结论与讨论部分强调，尽管存在显著的供体间变异，但IQOS提取物在所有供体中都一致地下调了细胞周期进程通路，并在敏感个体中诱发内质网应激、自噬和线粒体自噬等关键通路的变化。这些通路已知与吸烟相关肺病（如COPD和肺癌）的发病机制密切相关。此外，疾病富集分析直接将IQOS暴露与肺病基因特征联系起来，提示长期使用IQOS可能并非无害，而是通过与传统香烟部分重叠的分子机制增加肺病风险。

该研究的重要意义在于，它提供了首批来自行业外的证据，表明IQOS排放物在分子水平上可能干扰支气管上皮细胞的稳态功能，损害其再生能力，并激活疾病相关通路。这些发现对公共健康政策、烟草产品监管以及消费者教育具有重要启示——所谓“减害”产品可能并非完全安全，其长期健康影响需得到更严格的科学评估与监管审查。