与电子烟直接使用和二手暴露相关的代谢紊乱：来自泰国人群的尿液代谢组学证据

《Toxicology Reports》：Metabolic disruption associated with e-cigarette vaping and secondhand exposure: Urinary metabolomics evidence from a Thai population

　　

电子烟（e-cigarettes）使用的增加引发了对其直接使用和二手暴露于电子烟气溶胶（e-cigarette aerosols）潜在健康影响的担忧。然而，描述与这些暴露相关的全身性代谢改变的人类证据仍然有限。在本研究中，研究人员应用代谢组学（metabolomics）比较了主动电子烟使用者、暴露于二手电子烟气溶胶的个体以及未暴露对照参与者的尿液代谢谱。进行了多变量分析以识别暴露相关的代谢特征，随后进行了通路富集和候选生物标志物评估。在暴露组之间观察到显著的代谢差异。直接电子烟使用与氨基酸代谢、线粒体能量通路和氧化还原相关过程的改变相关，其中谷胱甘肽代谢（glutathione metabolism）被确定为关键关联通路，而氧化型谷胱甘肽（oxidized glutathione）被强调为氧化还原相关代谢改变的候选尿液生物标志物。二手暴露主要与丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢（alanine, aspartate, and glutamate metabolism）的改变相关，其中L-谷氨酸（L-glutamic acid）表现出区分性能，作为与二手电子烟气溶胶暴露相关的代谢差异的候选代谢物。比较通路分析表明，直接电子烟使用与比二手暴露更广泛的代谢改变相关，特别是在连接谷氨酰胺-谷氨酸代谢（glutamine-glutamate metabolism）、三羧酸循环（TCA cycle）和谷胱甘肽代谢的通路中，提示可能存在对气溶胶暴露的分级生物学反应。此外，尼古丁代谢相关代谢物和电子烟液成分，包括丙二醇（propylene glycol）、甘油（glycerol）和可替宁N-氧化物（cotinine N-oxide），被识别为电子烟暴露的候选尿液暴露生物标志物。总体而言，这些发现表明，电子烟气溶胶暴露可能与可测量的代谢反应相关，即使在间接暴露水平下，并强调了代谢组学作为识别暴露生物标志物和生物学效应生物标志物方法的潜在效用。

**电子烟使用与二手暴露的代谢紊乱：基于泰国人群的尿液代谢组学证据解读**

**研究背景与目的**

电子烟（e-cigarettes）在全球年轻人中的使用率持续上升，但包括泰国在内的多个国家仍禁止其销售。尽管电子烟被宣传为传统香烟的替代品，但其气溶胶中含有有害物质，如二乙酰（diacetyl，一种与肺毒性相关的调味剂）、烟草特异性亚硝胺和挥发性有机化合物，可能带来呼吸系统、心血管疾病甚至肺癌的长期风险。二手电子烟气溶胶暴露的健康风险同样不确定，许多人低估其危害，认为只是水蒸气。然而，已有研究表明室内二手暴露可导致旁观者吸收尼古丁，并关联呼吸道症状和免疫效应。尿液代谢组学（metabolomics）此前已用于探索电子烟暴露的生物学效应，但关于二手暴露的人类代谢组学证据有限。因此，本研究旨在通过比较主动电子烟使用者、二手暴露者和未暴露对照者的尿液代谢谱，识别候选暴露生物标志物，并探索与直接使用和二手暴露相关的分子通路。该研究发表在《Toxicology Reports》。

**技术方法概述**

本研究采用横断面设计，招募泰国北部地区20岁及以上成年人，包括主动电子烟使用者（至少连续使用3个月，n=32）、二手暴露者（与主要电子烟使用者同住至少3个月，n=12）和未暴露对照者（无电子烟使用或接触史，n=22），所有参与者均无慢性代谢疾病。利用500 MHz质子核磁共振（¹H NMR）波谱技术进行非靶向尿液代谢组学分析，使用中国人民代谢组数据库（HMDB）注释代谢物。通过偏最小二乘判别分析（PLS-DA）进行多变量分析，结合通路富集分析（基于SMPDB）和经典单变量受试者工作特征（ROC）曲线评估候选生物标志物的区分性能。

**研究结果**

**3.1 电子烟使用者与未暴露对照者的尿液代谢物差异**：PLS-DA显示两组间代谢谱存在分离，热图分析表明电子烟使用者中与氨基酸和能量代谢相关的代谢物水平较高，而氧化型谷胱甘肽（oxidized glutathione）等氧化还原平衡相关代谢物水平较低，提示能量代谢、氧化应激和解毒过程的改变。

**3.2 电子烟使用的相关通路分析**：通路富集分析显示，谷胱甘肽代谢（glutathione metabolism）是电子烟使用最显著富集的通路，这与体外和体内研究一致，表明氧化应激相关的代谢失调可能是电子烟气溶胶暴露的重要生物学反应。

**3.3 电子烟使用生物学效应的关键代谢物**：ROC曲线分析显示，氧化型谷胱甘肽在电子烟使用者与对照者之间显著差异（p=0.0107），AUC为0.663，可作为候选尿液生物标志物，反映氧化还原相关代谢改变。

**3.4 二手暴露与未暴露对照者的尿液代谢物差异**：PLS-DA和热图分析表明二手暴露组与对照组的代谢谱存在差异，涉及氨基酸、能量和核苷酸代谢的代谢物相对水平改变，提示全身性代谢适应。

**3.5 二手电子烟暴露的相关通路分析**：丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢（alanine, aspartate, and glutamate metabolism）是二手暴露最显著富集的通路，L-谷氨酸水平降低，同时三羧酸循环（TCA cycle）也出现富集，表明氨基酸代谢与线粒体能量代谢的关联被扰乱。

**3.6 二手电子烟暴露生物学效应的关键代谢物**：L-谷氨酸在二手暴露组与对照组间显著差异（p=0.0139），AUC为0.744，可作为候选尿液生物标志物。

**3.7 电子烟使用者与二手暴露者的尿液代谢物差异**：直接比较显示两组间代谢谱分离，电子烟使用者表现出更广泛的代谢差异，包括氨基酸、能量和氧化还原通路。

**3.8 电子烟使用者与二手暴露者的通路比较**：丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢是区分直接与间接暴露的最显著富集通路，同时TCA循环和谷胱甘肽代谢也出现差异，提示直接电子烟使用与更广泛的代谢改变相关，特别是连接谷氨酸代谢、能量产生和抗氧化防御的通路。

**3.9 区分电子烟使用者与二手暴露者的关键代谢物**：氧化型谷胱甘肽在两组间显著差异（p=0.0015），AUC为0.831，表现出良好的区分性能，且与氨基酸和TCA循环相关代谢物（如L-丙氨酸、柠檬酸、苹果酸）共同提示不同暴露水平下的协调代谢改变。

**3.10 电子烟暴露的暴露生物标志物**：主动电子烟使用者尿液中丙二醇和可替宁N-氧化物（cotinine N-oxide）显著高于对照组，而尼古丁、可替宁N-氧化物和甘油在主动使用者与二手暴露者之间也显著差异，这些成分可作为候选暴露生物标志物。

**结论与讨论**

本研究首次在泰国人群中应用¹H NMR代谢组学综合比较主动电子烟使用者、二手暴露者和未暴露对照者，发现直接电子烟使用与谷胱甘肽代谢和氧化型谷胱甘肽相关，而二手暴露与丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢及L-谷氨酸相关。比较分析表明直接暴露比二手暴露与更广泛的代谢改变相关，特别是涉及谷氨酰胺-谷氨酸代谢、TCA循环和谷胱甘肽代谢的通路，提示分级生物学反应。此外，尼古丁代谢物和电子烟液成分（丙二醇、甘油、尼古丁、可替宁N-氧化物）可作为候选暴露生物标志物。研究局限性包括横断面设计无法推断因果、样本量较小（尤其二手暴露组）、暴露特征未系统评估、缺乏外部验证等。总体而言，这些发现表明电子烟气溶胶暴露（包括间接暴露）与人类可测量的代谢差异相关，并支持代谢组学作为识别暴露和效应生物标志物的方法。该研究为二手电子烟暴露提供新的人类证据，并识别可能关联生物学反应的通路。未来需进行更大样本的纵向研究以验证这些候选生物标志物并探讨长期健康影响。