连接体外与体内吸入毒性：挥发性有机化合物在人气道细胞和小鼠呼吸道中引发相似的转录组学基准点

《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Bridging In Vitro and In Vivo Inhalation Toxicity: Volatile Organic Compounds Elicit Similar Transcriptomic Points of Departure in Human Airway Cells and Mouse Respiratory Tract

本文系统比较了挥发性有机化合物（VOCs）在小鼠体内吸入暴露与人类气道细胞体外暴露下的转录组学响应，通过应用生理基于毒代动力学（PBTK）模型估算内暴露浓度，发现基于内部剂量的转录组学基准点（PODs）在多数情况下具有可比性（<2倍差异），为新方法（NAMs）在急性吸入毒性评估及体外到体内外推（IVIVE）中的应用提供了有力证据。

　　

Highlight

Experimental Design

体内暴露于VOCs的实验是针对4种先前已在气液界面（ALI）条件下使用细胞培养暴露系统（CCES）在pHBECs或BEAS-2B细胞中进行过体外评估的化学物进行的。在体外研究中，生长在6.5毫米Transwell上的细胞在37°C下以每个插入物12.5 mL/min的流速暴露于六种浓度（以半对数递增）的VOCs中2小时，然后将细胞放回37°C培养箱中再培养4小时，随后评估细胞毒性并收集细胞裂解物用于后续的转录组学分析。

VOC Exposure and Respiratory Effects

对于体内暴露，测得的VOC浓度在4小时暴露期间保持稳定，并与目标值密切匹配。体外暴露测得的VOC浓度通常与体内暴露所用目标值相差在10%以内，但在最低的体外VOC浓度下观察到与目标值的偏差较大。在丙烯醛暴露期间，通过头外体积描记法对呼吸功能的评估显示，随着浓度增加，呼吸逐渐受到抑制。

Discussion

在这项研究中，我们检测了小鼠急性暴露于VOCs后，其肺部和鼻中隔组织中与浓度相关的呼吸道基因表达变化。我们将这些体内转录组谱与在ALI条件下暴露于VOCs的永生化及分化的原代人支气管上皮细胞（HBEC）培养物的体外转录组反应进行了比较。不仅在小鼠组织与人类细胞之间，而且在每个物种内的组织或细胞类型之间，基因表达谱都存在显著差异。然而，当使用生理基于毒代动力学（PBTK）模型估算内部剂量进行比较时，源自最敏感生物通路的转录组学基准点（PODs）在大多数情况下具有可比性。这些发现强调了在将体外数据外推到体内情况时，考虑毒代动力学差异的重要性。

Conclusions

在此，我们采用了两种使用永生化及原代人支气管上皮细胞（HBEC）的ALI体外细胞系统，以及体内暴露后的两种不同呼吸道组织；我们的结果强化了一个信息，即每种组织和细胞类型对VOC暴露的反应都是独特的。然而，跨越这些不同暴露和系统的保守反应，识别出与炎症过程和应激反应相关的通路，表明尽管存在这种局限性，这些新方法（NAMs）在识别与毒性相关的关键通路和提供与现有体内阈值相当的基准点（PODs）方面具有实用性。