电子烟，作为一种流行的传统烟草替代品，其长期呼吸健康影响仍不完全明确。市售烟油是包含溶剂、尼古丁、香料等在内的复杂化学混合物，但其中大量化学物质缺乏吸入暴露的安全数据。更棘手的是，现有研究在方法学上存在诸多局限，许多实验仍在溶液浸泡（submerged）条件下进行，无法真实模拟气溶胶在气液界面与呼吸道细胞动态交互的复杂过程。为了填补这些知识空白，并系统评估不同配方成分（特别是尼古丁形态和溶剂比例）对不同呼吸道区域的影响，Ozge Kose、Clément Mercier和Jérémie Pourchez团队开展了一项严谨的体外研究，相关成果发表在《Toxicology》期刊上。
为了回答这些问题，研究人员采用了前沿的体外暴露模拟技术。他们利用第四代封闭式电子烟设备（JUUL）连接双注射泵吸烟机，与Vitrocell® CLOUD ALI暴露腔室集成，实现了在严格控制的空气-液体界面条件下，将新鲜生成的气溶胶直接递送到细胞顶端表面。研究选择了三种人源上皮细胞模型来代表呼吸道不同区域：Detroit 562（咽部）、Calu-3（支气管）和NCI-H441（远端气道/肺泡II型样细胞）。研究人员精心配制了五组不同成分的烟油，系统改变丙二醇（PG）和植物甘油（VG）的比例（70/30或30/70，w/w）、尼古丁浓度（0或20 mg/mL）和尼古丁形态（游离碱或水杨酸盐），并设定了低（2口，~33 µg/cm²）和高（20口，~330 µg/cm²）两个暴露剂量，其沉积剂量通过重量分析法精确测定。暴露24小时后，通过乳酸脱氢酶（LDH）释放、CellTiter-Blue®（CTB）细胞活力、跨上皮电阻（TEER）和白介素-8（IL-8）酶联免疫吸附测定（ELISA）等指标，全面评估了细胞毒性、屏障功能和炎症信号。
5.1. 剂量测定
研究证实，在所使用的ALI暴露系统中，气溶胶沉积剂量与抽吸口数呈线性关系，且在不同烟油配方间无显著差异，确保了剂量可控性和实验结果的可比性。这为后续毒性结果的剂量依赖性和配方间比较奠定了可靠基础。
5.2. 载体效应：水杨酸和PG/VG基础反应
无论是纯PG/VG溶剂，还是添加了水杨酸（尼古丁游离）的配方，在所有上皮细胞模型中，均未引起可测量的细胞毒性（LDH释放）或促炎反应（IL-8分泌）。这表明，在本次研究的急性暴露条件下，PG/VG载体本身以及作为质子化剂的水杨酸单独作用，生物活性很低。
5.3. 尼古丁诱导的细胞毒性受其质子化状态调节
这是研究的核心发现之一。在所有测试的呼吸道细胞模型中，尼古丁是诱导急性细胞损伤（表现为LDH释放增加）的主要驱动因素。更重要的是，尼古丁的化学形态（即质子化状态）显著调节了其毒性“模式”：游离碱形态的尼古丁比其对应的盐形态（水杨酸盐）引发了更明显的细胞毒性。尤其是在高剂量下，这种差异在支气管（Calu-3）和远端气道（NCI-H441）细胞中变得更为显著。
5.4. 上皮屏障完整性在暴露于尼古丁的支气管模型中受损
在能够形成紧密连接屏障的支气管Calu-3细胞中，研究人员测量了暴露前后的跨上皮电阻（TEER）。结果发现，含有尼古丁（特别是游离碱形态）的气溶胶暴露，会导致TEER显著下降，表明上皮的紧密连接屏障功能遭到破坏。而尼古丁游离的载体暴露则未引起明显变化。这从功能层面证实了尼古丁，尤其是其游离碱形态，对呼吸道屏障的破坏作用。
5.5. PG/VG比例影响细胞毒性程度
除了尼古丁本身，溶剂的组成也扮演了“调节器”的角色。比较相同尼古丁浓度（20 mg/mL，游离碱）但PG/VG比例不同的配方（70/30 PG-rich vs 30/70 VG-rich）发现，PG-rich配方往往倾向于引发更强的细胞毒性，特别是在高剂量下。这表明，溶剂基质并非完全惰性，高比例的丙二醇会放大尼古丁的毒性效应。
5.6. 急性暴露后所有模型的炎症反应均有限
尽管观察到细胞毒性，但促炎细胞因子IL-8的分泌在所有模型中反应都比较温和，且呈现剂量依赖性。最强的IL-8诱导同样出现在高剂量、PG-rich的游离碱尼古丁配方暴露组。相比之下，尼古丁盐配方引发的炎症信号则相对温和。咽部模型（Detroit 562）在所有条件下均未检测到明显的IL-8诱导。
5.7. 尼古丁是ALI条件下上皮细胞毒性的主要驱动因素
综合所有结果，研究得出结论：在可控的ALI暴露条件下，电子烟气溶胶的急性毒性主要由尼古丁驱动，其毒性大小和表现形式（细胞溶解 vs 炎症）受到尼古丁化学形态（游离碱毒性强于盐）和溶剂组成（PG-rich增强毒性）的共同调控，并且这种效应具有明显的呼吸道区域特异性（远端气道最敏感，咽部最不敏感）。
这项研究的结论和讨论部分深刻揭示了电子烟毒性的复杂调控网络。首先，它明确地将尼古丁置于毒性驱动者的核心位置，澄清了之前关于溶剂潜在作用的争论——在急性暴露场景下，PG/VG载体本身贡献甚微。其次，它创新性地强调了尼古丁“化学形态”的关键作用。游离碱尼古丁因其亲脂性更强，能更有效地穿透细胞膜，可能导致更直接的细胞膜损伤和氧化应激；而质子化的盐形态尼古丁则可能通过不同的途径，引发相对温和的炎症信号。这种“形态决定效应模式”的发现，为理解不同电子烟产品（如传统游离碱烟油与流行的尼古丁盐烟油）可能带来的差异化健康风险提供了关键机制见解。再者，研究证实了“区域特异性”的重要性，远端肺泡区域细胞表现出更高的敏感性，这提示电子烟可能对肺部深处的气体交换区域构成更大威胁。最后，研究全程采用的基于表面沉积剂量（µg/cm²）的标准化ALI暴露体系，为电子烟体外毒理学研究树立了方法学标杆，强调了在接近生理真实性的条件下进行剂量控制的重要性。综上所述，这项工作不仅增进了我们对电子烟急性呼吸道毒性的科学认识，也为未来更精准的毒理学评估、产品监管和公共卫生政策制定提供了重要的实验依据和理论框架。
