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电子烟烟雾对心血管功能的影响

发布时间：2023-09-12 14:05 点击次数：

吸烟是心血管疾病的主要危险因素之一。美国心脏协会报告称，与吸烟相关的疾病每年在美国造成超过 44 万人死亡。香烟烟雾含有数百种化学毒素，可损害心血管系统，并增加动脉粥样硬化的风险。动脉粥样硬化是由于血管内的斑块堆积，随着时间的推移会使血管硬化和变窄，从而限制全身氧合血液的流动。为了减少传统香烟的有害影响，一些公司推出了新一代烟草和尼 gu 丁产品（NGPs），如电子烟和加热烟草产品，它们含有更低水平的化学毒素。然而，接触电子烟烟雾仍然对心血管健康产生负面影响。现在普遍认为，单核细胞的激活并粘附于血管的内皮部位，是动脉粥样硬化形成的关键步骤，但是 NGPs 如何影响血管内皮细胞功能、炎症和单核细胞激活的机制尚不明确，需要进一步研究。

本文的作者们建立了一种更具生理意义的高通量体外微流控心血管模型，研究电子烟对动脉粥样硬化产生的影响。
 

Lifeline®提供了各种高质量的内皮细胞和心脏细胞，可用于进行心血管研究等领域的研究：  https://www.biomart.cn/47134/supply/c_61604.htm

Makwana 及其团队设计了一个新的体外模型，利用微流控技术来模拟血管流动，以在更具生理学意义的条件下了解电子烟烟雾与传统香烟对单核细胞粘附和血管内皮细胞功能的影响。高内容的 BioFlux 系统采用 24 孔或 48 孔微孔板，配备可调节流速和高分辨率荧光显微镜。使用 Lifeline 的人主动脉内皮细胞（HAECs），在含有 VEGF LifeFactors 的 VascuLife® VEGF 内皮细胞培养基中培养，建立了微流控通道中的细胞单层。通过通道中流动单核细胞 THP-1 细胞的悬浮液，定量测量单核细胞的粘附。为了验证该方法，用促炎细胞因子 TNFα 预处理 HAECs，在 BioFlux 微流控系统中成功观察并定量测得了 THP-1 单核细胞对 HAECs 的粘附情况。在随后的实验中，TNFα 在单核细胞粘附作为阳性对照物，与仅含载体的阴性对照一起使用。

制备全烟气条件培养基（WSCM）和电子烟蒸汽条件培养基（eVCM），用于之后的单核细胞粘附实验。将 HAECs 暴露于一系列非毒性浓度（15、150 和 1500 ng/mL 尼 gu 丁当量）的 WSCM、eVCM 或尼 gu 丁环境中 24 小时之后，与单核细胞一起孵育 40 分钟。结果发现，WSCM 和 eVCM 条件下 THP-1 细胞对 HAECs 的粘附均增加，其中最高暴露浓度（1500 ng/mL 尼 gu 丁当量）分别增加了 3 倍和 1.6 倍。HAECs 暴露于尼 gu 丁时，未观察到 THP-1 细胞粘附的显著增加。在确认了香烟烟雾引起单核细胞粘附的上调后，研究了分子机制，使用免疫荧光显微镜和 Western 印迹技术，观察了 WSCM、eVCM 或尼 gu 丁暴露后 HAECs 中内皮细胞粘附分子 ICAM-1、VCAM-1 和 E-Selectin 的蛋白表达。结果发现，仅 WSCM 条件下 ICAM-1 水平上调，而在 eVCM 或尼 gu 丁条件下未检测到任何粘附分子的显著上调。共聚焦显微镜观察证实了 WSCM 处理条件下 ICAM-1 介导的 THP-1 细胞与 HAECs 的粘附反应，观察到内皮细胞 ICAM-1 和单核细胞表达的 CD11b 在细胞表面的共定位。通过 ICAM-1 siRNA 沉默使 WSCM 处理的 HAECs 中 ICAM-1 水平减少，将单核细胞粘附减少至与阴性对照水平可比的水平，进一步支持了 WSCM 诱导的 THP-1 细胞对 HAECs 的粘附主要通过 ICAM-1/CD11b 介导。

该研究的结果揭示了传统香烟烟雾通过 ICAM-1-CD11b 途径增加单核细胞对血管内皮的粘附。研究结果还表明，在 eVCM 条件下，存在其他分子机制驱动单核细胞的粘附，因为 ICAM-1 的减少并没有导致 THP-1 细胞对 HAECs 的粘附减少，而这在 WSCM 条件下被观察到。本研究成功验证了在 BioFlux 微流控系统下，结合 THP-1 细胞粘附实验，是一种更好的体内模型，用以研究烟草风险连续性。此外，该商业系统具有即插即用、稳健、重复性高的高通量优点，可以方便其他实验室采用，为未来合作和全球研究提供标准化的方法。