Differential toxicity of electronic cigarette aerosols generated from different generations of devices in vitro and in vivo
作者：Tiancong Ma, Haoxuan Chen, Yu-Pei Liao, Jiulong Li, Xiang Wang, Liqiao Li, Jing Li, Yifang Zhu*, Tian Xia*
单位：1. Division of Nanomedicine, Department of Medicine, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, California 90095-1772, USA
2．Department of Environmental Health Sciences, Jonathan and Karin Fielding School of Public Health, University of California, Los Angeles, California 90095-1772, USA
摘要：电子烟（e-cigs）或电子尼古丁输送系统（ENDS）在青少年中受欢迎，虽比传统香烟含有较少有害物质，但仍存在健康威胁。研究比较第三代（Tank）和第四代（JUUL）电子烟设备的气溶胶毒性，发现JUUL产生的气溶胶在相同抽吸次数下具有更强的细胞毒性、更高ROS水平、更多炎性因子和DNA损伤。引入血清尼古丁水平评估电子烟暴露，更准确反映尼古丁实际摄入。毒性差异主要来自设备设计，对电子烟监管政策和公共健康具有重要价值。未来研究可进一步探究机制、影响用户健康和长期效应。
背景介绍
电子烟（e-cigs）或电子尼古丁输送系统（ENDS）在人群中，尤其是青少年群体中受到广泛的欢迎。电子烟比传统香烟含有更少的颗粒物和更低水平的有害物质，但他们仍然具有健康威胁。电子烟设备和电子烟液的不断发展对了解电子烟气溶胶的毒性和使用电子烟的健康风险构成了重大挑战。尽管之前的研究提供了有关电子烟毒性的大量信息，但专门比较不同代设备的电子烟气溶胶毒性的研究却很少。鉴于第三代和第四代电子烟的高度普及，有必要了解这些产品之间的毒理学差异。
文章亮点
1. 文章对JUUL和Tank电子烟设备的各个方面进行了全面的比较研究，包括物理化学特性、细胞毒性、炎症反应以及氧化应激。发现以JUUL为代表的第四代电子烟比以Tank为代表的第三代电子烟在相同抽吸次数所产生的气溶胶具有更强的细胞毒性，更高的ROS水平，产生更多的炎性因子，引发更多的DNA损伤。
2. 提出使用血清尼古丁水平作为评估电子烟暴露的替代方法，相较于单纯依靠吸入口数，更准确地反映了尼古丁的实际摄入情况。这种新方法有助于更精确地评估暴露水平。
3.文章揭示了两代电子烟所产生气溶胶的毒性差异主要来源于电子烟设备设计，而非口味，设备工作电压，烟液中尼古丁的形态（游离态尼古丁或尼古丁盐）。这一发现对于制定关于电子烟的监管政策以及公共健康意识非常有价值。
图文解读
两代电子烟都表现出了剂量依赖的细胞毒性，且在高剂量下产生炎性因子。在相同的抽吸次数下（20次），JUUL相比Tank在THP-1和BEAS-2B两种细胞系中都导致了更低的细胞存活率。JUUL导致THP-1细胞产生了更多的促炎因子IL-1β。
在小鼠实验中，两代电子烟在高浓度下都导致了肺部中性粒细胞水平和IL-1β浓度的升高，血清中DNA损伤标志物8-OHdG浓度的升高。值得注意的是，JUUL在相同可替宁水平时所引起的中性粒细胞聚集，IL-1β浓度升高，8-OHdG浓度升高均强于Tank。这表明在摄入相同水平的尼古丁时，JUUL会引发更强的肺部炎症反应和更多的DNA损伤。
图3. 细胞暴露于使用不同电子烟液和不同电压的电子烟设备所产生的气溶胶后其存活率
在两代电子烟设备中加入对方的烟液，改变设备工作电压后测试其细胞毒性，发现电子烟设备的设计是影响毒性的关键因素。
总结与展望
虽然本研究对不同世代电子烟设备的毒性差异进行了深入探究，但仍有一些未来的研究方向。首先，可以研究不同设备影响电子烟气溶胶毒性的机制，为电子烟限制政策提供指导。其次，可以进一步研究使用不同设备对人群健康的影响，以及这些影响可能对用户健康产生的潜在影响。此外，还可以进一步研究电子烟对肺部和呼吸系统的长期影响，以更好地了解其慢性健康风险。综上所述，未来的研究可以进一步拓展我们对电子烟毒性的认识，以更好地保护公众健康。
Tiancong Ma 加州大学洛杉矶分校医学院，公共卫生学院博士后
研究方向：纳米材料的合成，修饰，应用和毒理研究；电子烟气溶胶毒理研究。
本文通讯作者：
Yifang Zhu 加州大学洛杉矶分校公共卫生学院教授
研究方向：1. 空气污染物排放、迁移和转化的测量、模拟; 2. 污染物不良健康效应的评估和治理
Tian Xia 加州大学洛杉矶分校医学院医学系教授
研究方向: 1. 纳米材料安全性评估; 2. 肝脏靶向纳米平台; 3. 电子烟气溶胶毒理研; 4. 空气污染物毒理研究
E&H
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原文始发于微信公众号（Environ Health 环境与健康）：E&H新文解读 | 不同代的电子烟设备所产生的气溶胶在体内和体外的不同毒性
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