随着传统卷烟使用率的下降，电子尼古丁传递系统（ENDS）如电子烟和加热烟草制品（HTPs）在全球范围内迅速普及。这些产品被宣传为传统卷烟的减害替代品，但关于其短期和长期毒理学效应的科学证据仍显不足。由于烟草燃烧被认为是吸烟危害健康的主要原因，烟草行业致力于开发"无烟"替代品。然而，这些新型产品在加热过程中产生的气溶胶是否真正安全，其中含有哪些有害物质，以及对人体呼吸系统会产生怎样的影响，成为公共卫生领域亟待解答的关键问题。
为解答这些问题，瑞典国防研究局的研究团队在《Toxicology in Vitro》上发表了一项开创性研究，系统比较了第四代电子烟（使用无香味烟油基础液，含尼古丁和不含尼古丁两种）、HTP（IQOS）和传统研究级卷烟（3R4F）产生的气溶胶中有害化学物质的组成，并评估了这些气溶胶提取物对人肺上皮细胞和成纤维细胞的急性毒性作用。
研究人员采用了一套综合性的实验方法开展这项研究。气溶胶生成后，通过热脱附-气相色谱/质谱法（TD-GC/MS）分析挥发性有机化合物（VOCs），超高效液相色谱-紫外检测（UHPLC-UV）分析羰基化合物，气相色谱-质谱法（GC-MS）分析多环芳烃（PAHs）。细胞实验部分使用了人肺上皮细胞系（A549和BEAS-2B）以及从人肺组织外植体中培养的原代肺成纤维细胞（经伦理委员会批准并获取患者知情同意）。通过浸渍系统收集烟雾和气溶胶样本并制备提取物后，研究人员评估了细胞代谢活性（alamarBlue法）、细胞坏死（乳酸脱氢酶LDH释放）、细胞凋亡（Annexin V/PI染色）、线粒体膜电位（ΔΨm，使用DiIC1(5)探针）和DNA损伤（γH2AX焦点形成）等多项毒理学指标。
3.1. 蒸汽和烟雾化学特征
研究发现，传统卷烟烟雾中含有显著更高水平的多环芳烃（PAHs）、羰基化合物和挥发性有机化合物（VOCs）。值得注意的是，所有测试产品都产生了可检测水平的甲醛——这是卷烟烟雾中的关键毒性和致癌成分。含尼古丁电子烟（EVnic ）的甲醛产生量与HTP和卷烟烟雾相似，而无尼古丁电子烟（EV）的甲醛产生量低6-8倍。HTP气溶胶中含有几种未在卷烟烟雾中检测到的VOCs，包括乙酸、2-丙酮（丙酮）、羟基丙酮、苯甲醇、石竹烯和新植二烯。
3.2. 提取物中的尼古丁含量
通过UPLC-MS/MS分析，卷烟烟雾提取物（CSE）中的尼古丁浓度最高（31.58 ng/μL），而含尼古丁电子烟蒸汽提取物（EVEnic ）和HTP提取物（HTPE）中的尼古丁浓度相似（分别为22.69 ng/μL和18.76 ng/μL）。
3.3. 生成提取物的细胞毒性
在所有测试的细胞系中，卷烟烟雾提取物（CSE）诱导了最高程度的毒性，其次是HTP提取物（HTPE），然后是含尼古丁电子烟蒸汽提取物（EVEnic ）。特别值得注意的是，含尼古丁电子烟在原发性肺成纤维细胞中引起了比无尼古丁电子烟更大的细胞活力下降。
3.4. 细胞凋亡和线粒体膜电位（ΔΨm）评估
流式细胞术分析显示，HTPE和CSE在暴露4小时和24小时后均引起了BEAS-2B细胞的晚期凋亡/坏死（Annexin V+ /PI+ ）增加，并导致线粒体膜电位（ΔΨm）的浓度依赖性降低。CSE还引起了显著的坏死性细胞死亡（Annexin V- /PI+ ），这一模式在HTPE暴露中未观察到。
3.5. 细胞周期分析和DNA损伤
暴露于最高浓度的HTPE（80% v/v）和CSE（20% v/v）24小时后，BEAS-2B细胞中DNA双链断裂标志物γH2AX的表达显著增加，表明这些提取物能够引起DNA损伤。而电子烟提取物（EVE和EVEnic ）则未引起γH2AX表达的显著增加。
该研究的讨论部分强调，虽然电子烟和HTPs产生的总毒物水平通常远低于传统卷烟烟雾，但它们仍构成显著健康风险。特别值得关注的是HTP特有的几种VOCs的产生，以及含尼古丁电子烟羰基化合物含量的增加和毒性增强。研究发现，仅仅在电子烟保湿剂中添加尼古丁就会导致羰基化合物形成增加，并诱导肺成纤维细胞的细胞毒性，这突显了尼古丁在这些复杂基质中的影响需要进一步研究。
这项研究的意义在于为电子烟和HTPs的相对风险评估提供了重要的化学和毒理学证据。研究人员指出，尽管这些替代烟草产品产生的有毒物质水平较低，但它们仍会释放有害化合物并对人体细胞造成损害。特别是HTPs产生了一些特有的挥发性有机化合物，而含尼古丁电子烟则显示出比无尼古丁电子烟更高的毒性。这些发现强调了继续研究这些新型烟草产品长期健康效应的必要性，以及加强监管的重要性，以便为政策制定者、医疗保健提供者和公众提供更好的信息，保护未来公共卫生。
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