电子烟雾化液基础成分丙二醇与植物甘油对人呼吸道黏膜纤毛功能及细胞毒性的影响研究

《Scientific Reports》：Propylene glycol and vegetable glycerin e-cigarette aerosols impact mucociliary function and cause cytotoxicity in human airway epithelium

本研究针对电子烟基础成分丙二醇(PG)与植物甘油(VG)的吸入安全性争议，通过体外模拟人体气道暴露实验，首次系统评估其亚急性暴露对鼻腔上皮细胞功能的影响。结果显示，PG/VG气溶胶可显著提高纤毛搏动频率(CBF)并诱导细胞乳酸脱氢酶(LDH)释放增加，提示其破坏黏膜纤毛清除机制及细胞膜完整性；尼古丁的加入进一步引发白细胞介素-8(IL-8)炎症因子升高。该研究为电子烟非尼古丁成分的呼吸健康风险提供了关键实验证据，对公共卫生政策制定具有警示意义。

　　

近年来，电子烟作为传统卷烟的“减害替代品”迅速风靡全球，尤其受到年轻群体的青睐。其核心卖点在于通过加热含尼古丁的烟液产生气溶胶，避免烟草燃烧产生的焦油等有害物质。然而，电子烟烟液中占比超过90%的基础溶剂——丙二醇(Propylene Glycol, PG)和植物甘油(Vegetable Glycerin, VG)，虽被批准为食品添加剂，但长期吸入其雾化产物对呼吸道的影响仍属科学盲区。呼吸道黏膜纤毛清除(Mucociliary Clearance, MCC)是抵御外界污染物的重要防线，纤毛搏动频率(Ciliary Beat Frequency, CBF)和上皮屏障完整性是其功能核心。若电子烟气溶胶破坏这一机制，可能增加慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘等呼吸系统疾病风险。

为厘清PG/VG的生物学效应，多伦多病童医院与北卡罗来纳大学团队合作，在《Scientific Reports》发表研究，利用自主研发的气溶胶暴露系统(VaPES)，对体外培养的人鼻腔上皮细胞(Human Nasal Epithelial Cells, HNECs)进行为期7天的PG/VG气溶胶亚急性暴露模拟，从纤毛运动、细胞毒性、炎症反应及屏障功能多维度评估其影响。

关键技术方法

研究采用8名健康捐赠者（5女3男，24-58岁）来源的HNECs，在气液界面(Air-Liquid Interface, ALI)分化28天形成具有纤毛和黏液分泌功能的拟生理模型。通过VaPES系统每日模拟40次、每次6.5秒的电子烟 puff（50:50 PG/VG比例，含/不含2%尼古丁），以真空气流（10 L/min）输送气溶胶。检测指标包括高速摄像分析CBF、LDH释放评估细胞毒性、Luminex多因子芯片检测IL-8、免疫荧光及Western blot分析紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin、Claudin）表达。

研究结果

PG/VG气溶胶暴露对纤毛搏动频率的影响

暴露7天后，PG/VG组（无论是否含尼古丁）CBF均显著高于空气对照组（图1）。这一现象与既往烟草烟雾暴露研究中的短期代偿性CBF升高类似，提示气道试图通过加速纤毛运动强化异物清除。

PG/VG气溶胶暴露对鼻腔上皮细胞毒性的作用

LDH检测显示，PG/VG组顶端洗涤液中LDH活性显著升高，表明细胞膜损伤及毒性反应（图2）。尼古丁的添加未加剧该效应，说明PG/VG本身足以诱导细胞应激。

PG/VG气溶胶暴露对炎症反应的调控

PG/VG单独暴露未引起IL-8显著变化，但加入尼古丁后IL-8水平明显上升（图3）。IL-8作为中性粒细胞趋化因子，其升高可能驱动气道炎症级联反应，而PG/VG本身在此模型中未显示强致炎性。

PG/VG气溶胶暴露对细胞形态及紧密连接蛋白表达的影响

免疫荧光与Western blot分析显示，各组细胞形态及ZO-1、Claudin、Occludin蛋白表达量无显著差异（图4a-e），提示短期暴露未破坏上皮屏障结构基础，但蛋白亚细胞定位或功能是否改变仍需深入探索。

结论与讨论

本研究首次明确PG/VG电子烟气溶胶可通过改变CBF和诱导细胞毒性直接干扰呼吸道稳态。CBF升高可能为短暂代偿反应，长期或导致纤毛功能耗竭，类似囊性纤维化(CF)模型中观察到的“高CBF低清除”矛盾现象。细胞毒性则与PG/VG破坏脂质膜稳定性相关，既往研究提示其可增加膜刚度、抑制葡萄糖摄取。值得注意的是，尼古丁在独立于PG/VG的毒性外，单独引发IL-8炎症应答，凸显其与溶剂协同作用的复杂性。

研究局限性包括未直接测量MCC功能（如荧光珠清除实验）、缺乏气溶胶沉积定量、及样本量不足以分析性别差异。未来需结合屏障通透性检测（如TEER）和更广炎症因子谱深化机制探索。

综上，电子烟基础成分PG/VG并非生理惰性物质，其气溶胶化产物可能通过干扰纤毛动力学和细胞完整性潜在地损害呼吸道防御功能。这项研究为电子烟监管提供了科学依据，强调“无害化”宣称需谨慎，长期健康风险评估刻不容缓。