慢性电子烟烟弹气溶胶暴露诱导高胆固醇血症小鼠主动脉功能障碍:氧化应激与炎症的作用

Chronic Pod-Mod E-Cigarette Aerosol Exposure Induces Aortic Dysfunction in Hypercholesterolemic Mice: Role of Oxidative Stress and Inflammation

作者信息Yasmeen M Farra, Simone Sabnis, Jacqueline Matz, Hannah I B Wilker, Victoria A Williams, Oliver Trejo, Hannah Kim, Cristobal F Rivera, John Vlahos, Bhama Ramkhelawon, Jessica M Oakes, Chiara Bellini
PMID40703064
发布时间2025-09
DOI10.1161/ATVBAHA.125.320908

实验完整度

包含动物模型长期暴露实验、体外血管力学测试、组织学与免疫组化、分子生物学及统计分析等多个独立证据层级,并进行功能与机制验证。

主要模型

雌性Apoe−/−小鼠 小鼠离体主动脉(胸主动脉和腹主动脉) 原代主动脉组织 细胞培养模型(HUVEC等,仅在讨论中提及)

重点核对

小鼠周龄:8±1周龄成年雌性Apoe−/−小鼠,随机分组 暴露条件:电子烟气溶胶或过滤空气,每日95分钟,每周5天,持续24周 电子烟设备:JUUL烟弹(3%尼古丁),暴露参数:2 puff/分钟,55 mL/puff,3秒 血压测量方法:尾袖法,每周测量,且距离上次暴露至少24小时 主要终点:主动脉硬度、内皮依赖性血管舒张、血压

摘要

背景:电子烟是青少年中最常用的烟草产品,而吸卷烟成人更倾向于使用电子烟而非批准的戒烟辅助工具。尽管与吸烟相比,电子烟被感知的危害较低,但急性吸入电子烟气溶胶会引发心血管反应,若随时间重复暴露可能导致持续性损伤。方法:我们将雌性高胆固醇血症小鼠每日暴露于烟弹式电子烟气溶胶或过滤空气,持续24周。我们评估了电子烟长期暴露对主动脉硬度和血管反应性的影响,同时研究了损伤的潜在细胞和分子机制。结果:慢性吸入电子烟气溶胶在全身和主动脉组织内引发了炎症信号的积聚,以及主动脉壁中T淋巴细胞的增多。尽管诱导型一氧化氮合酶被诱导,但内皮型一氧化氮合酶表达受限以及超氧自由基产生增加,削减了电子烟气溶胶暴露小鼠主动脉中一氧化氮的生物利用度,损害了调节血流分布的内皮依赖性血管舒张。吸入电子烟气溶胶通过胶原沉积和重塑使主动脉组织增厚和硬化,阻碍了弹性储能并限制了使主动脉作为压力储存库的周期性扩张能力。这些效应共同导致收缩压和脉压升高至对照水平以上。结论:慢性吸入烟弹式电子烟气溶胶促进主动脉组织内的氧化应激、炎症和纤维化,显著损害被动和血管活性主动脉功能。这一证据为烟弹式电子烟使用增加不良心血管事件风险的生物学过程提供了新见解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
慢性吸入烟弹式电子烟气溶胶对主动脉功能(硬度和血管反应性)的长期影响及其潜在机制是什么?
核心机制
吸入电子烟气溶胶导致全身和主动脉组织的炎症和氧化应激,包括IL-6升高、超氧自由基产生、iNOS诱导和eNOS下调,降低一氧化氮的生物利用度,损害内皮依赖性血管舒张;同时通过胶原沉积导致主动脉壁增厚和纤维化,增加主动脉刚度,升高血压。
主要证据
小鼠长期暴露后,主动脉组织学显示胶原增多,血管反应性测试显示乙酰胆碱诱导的内皮依赖性舒张受损,L-NAME处理无进一步作用,且主动脉刚度增加,收缩压和脉压升高。
研究意义
该研究首次提供烟弹式电子烟长期暴露对主动脉功能影响的直接证据,支持对烟弹式电子烟使用进行监管以降低心血管风险。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

小鼠模型构建与慢性暴露

建立慢性电子烟气溶胶暴露的小鼠模型,模拟人类长期吸电子烟的效应。

成年雌性Apoe−/−小鼠随机分为电子烟气溶胶暴露组和过滤空气对照组,每日暴露95分钟,每周5天,持续24周。

2

全身炎症和氧化应激评估

评估慢性电子烟暴露对全身炎症和氧化应激水平的影响。

在不同时间点采集血浆,通过ELISA检测IL-6水平,通过GSH/GSSG比值评估全身氧化应激。

3

主动脉血管反应性检测

检测电子烟暴露对主动脉内皮依赖性和非依赖性血管舒张功能的影响。

分离小鼠主动脉,在双轴力学测试装置上进行血管活性测试,通过乙酰胆碱和硝普钠浓度梯度评估EDD和EID,并用L-NAME抑制eNOS。

4

被动力学测试与主动脉硬度评估

评估电子烟暴露对主动脉被动力学特性(刚度、扩张性)的影响。

对主动脉样本进行双轴膨胀/拉伸测试,拟合应变能函数,计算组织刚度、扩张性和储能能力。

5

组织学与免疫组化分析

观察主动脉组织的结构变化和分子表达,探索纤维化、炎症和氧化应激机制。

对主动脉样本进行组织学染色(Movat、天狼星红)和免疫组化(VCAM-1、3-NT、CD68),以及免疫荧光(eNOS、iNOS等),定量分析胶原、弹性蛋白、炎症标记物等。

6

基因表达分析

检测主动脉组织中与纤维化和炎症相关基因的表达变化。

通过RT-qPCR检测编码胶原、TGFβ-1、TIMP-1、eNOS、IL-6等基因的表达水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
鼻式气溶胶暴露系统SCIREQ--
JUUL烟弹JUUL Labs, Inc.--
CODA尾袖系统Kent Scientific--
IL-6 ELISA试剂盒Quansys Biosciences--
L-NAMETocris Bioscience--
硝普钠MP Biomedicals--
定制双轴力学测试设备----
Movat五色染色----
天狼星红染色----
抗VCAM-1抗体Abcamab134047
抗3-硝基酪氨酸抗体Abcamab61392
抗CD68抗体Cell Signaling Technology97778
抗eNOS抗体Abcamab76198
抗PECAM-1抗体Invitrogen14-0311-82
抗CD4抗体Invitrogen14-0042-82
抗IL-6抗体Abcamab179570
抗ATR1抗体Proteintech25343-1-AP
抗4-HNE抗体InvitrogenMA5-27570
抗iNOS抗体Proteintech18985-1-AP
抗ACTA2抗体Cell Signaling Technology48938S
DAPIInvitrogen--
共聚焦显微镜Carl ZeissLSM 710
二氢乙锭InvitrogenD1168
MnTBAPSigma Aldrich--
甲萘醌Sigma Aldrich--
PEG-SODSigma Aldrich--
RNeasy迷你试剂盒Qiagen--
RNA to cDNA EcoDry预混试剂盒Takara Bio USA--
Taqman探针Thermo Fisher Scientific--
QuantStudio 5实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
ImageJNIH--
GraphPad PrismGraphPad Software--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物暴露
小鼠基因型:Apoe−/−;性别:雌性;周龄:8±1周;暴露方式:鼻式暴露;暴露时间:95分钟/天,5天/周,共24周;电子烟设备:JUUL烟弹(3%尼古丁);暴露参数:2 puff/分钟,55mL/puff,3秒;对照组:过滤空气
阅读提示:Methods: Mouse exposure and weekly blood pressure
血压测量
测量方法:尾袖法;测量频率:每周;测量时机:距上次暴露至少24小时;统计方法:双因素重复测量方差分析
阅读提示:Methods: Mouse exposure and weekly blood pressure
全身炎症和氧化应激评估
血浆样本采集时间点:基线、8周、16周、24周;检测指标:IL-6浓度、GSH/GSSG比值;ELISA试剂盒品牌和货号;样本处理方式
阅读提示:Methods: Systemic inflammation and oxidative stress
血管反应性检测
主动脉节段:升主动脉和肾上腹主动脉;药物:苯肾上腺素(2×10^-6 M)、乙酰胆碱(10^-9至10^-4 M)、L-NAME(10^-4 M)、硝普钠(10^-9至10^-4 M);孵育时间:苯肾上腺素15分钟,乙酰胆碱/硝普钠5分钟;L-NAME孵育30分钟;温度:37°C;pH 7.4;样本量:n=8每组
阅读提示:Methods: Vasoactive biaxial testing
被动力学测试
主动脉节段:升主动脉和肾上腹主动脉;样本量:n=10每组;压力范围:10-140 mmHg;加载方式:压力-直径测试和轴向力-长度测试;数据分析方法:四纤维族应变能模型
阅读提示:Methods: Passive mechanical testing
组织学与免疫组化
固定液:10%中性缓冲福尔马林;切片厚度:5μm;染色方法:Movat、天狼星红、VCAM-1、3-NT、CD68免疫组化;免疫荧光:eNOS、PECAM-1、CD4、IL-6、ATR1、4-HNE、iNOS、ACTA2;抗体稀释度;图像采集参数
阅读提示:Methods: Histology and immunohistochemistry
活性氧检测
DHE浓度:10μM;孵育时间:37°C 20分钟;MnTBAP浓度:100μM;PEG-SOD浓度:100 U/mL;甲萘醌浓度:20μM;阳性对照和阴性对照设置
阅读提示:Methods: Detection of reactive oxygen species in aortic tissues
基因表达分析
组织:主动脉;RNA提取试剂盒;反转录试剂盒;Taqman探针和引物序列;内参基因:Actb;分析软件:QuantStudio 5;计算方法:2-ΔΔCt
阅读提示:Methods: Gene expression via RT-qPCR