Progress on toxicity of co-exposure to ambient fine particulate matter and e-cigarettes
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摘要:
大气细颗粒物（PM2.5）是空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物，来源极其广泛，影响全球许多城市和地区的环境质量，进而对人群的健康造成了诸多不良影响。电子烟是用于产生气溶胶供人抽吸等的电子传送系统，近年来作为戒烟产品或卷烟替代品进行宣传，使用率在全球范围内迅猛增长。两者共存于同一大气环境中时，不仅对电子烟的使用人群，对周围人群的健康也会产生一定的影响。除了引发心肺毒性外，也具有发育毒性及一定的致癌性，甚至与抑郁症的发生有关。因此，开展PM2.5与电子烟联合暴露对生物体的毒性研究十分必要，其对环境中大气复合污染风险评价和防控有着重要意义。本文综述了PM2.5污染现状及电子烟的使用现状，并介绍了PM2.5与电子烟联合暴露的流行病学调查、体内和体外的毒性作用及可能的机制研究，为后续开展两者联合暴露的相关研究提供参考依据。
Abstract:Ambient fine particulate matter (PM2.5) is particulate matter with an aerodynamic diameter less than 2.5 μm, and has an extremely wide range of sources. It affects the environmental quality in many cities and regions around the world, and associates with lots of negative effects on public health. E-cigarettes, a group of products that atomize e-liquid by an atomizer and then deliver nicotine and/or other substances to the respiratory system, have been introduced as smoking cessation products or replacement of tobacco cigarettes in recent years. The usage rate of e-cigarettes has grown rapidly all over the world. When these two pollutants coexist in the same atmosphere, they would induce certain adverse health effects not only on the e-cigarette users, but also on the people around them. Besides causing cardiopulmonary toxicity, the co-existing pollutants may associate with higher risks of developmental toxicity and carcinogenicity. In addition, the combined exposure may be related with the occurrence of depression. Therefore, there is an urgent need to conduct studies on the toxic potential of the combined exposure to PM2.5 and e-cigarettes, which is also important for the evaluation and control of the atmospheric compound pollution associated health risk. This paper reviewed the current situation of PM2.5 pollution and e-cigarettes use, introduced the epidemiological studies of PM2.5 and e-cigarette combined exposure, their toxic effects
in vivo and in vitro , and possible mechanisms, aiming to provide a reference for subsequent toxicity studies.-
Keywords:
- fine particulate matter /
- e-cigarettes /
- combined exposure /
- toxicity
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近年来，全球细颗粒物（fine particulate matter with median aerodynamic diameter ≤2.5 μm, PM2.5）污染问题日益突出。研究表明，呼吸系统、心血管系统、中枢神经系统以及生殖系统均会受到PM2.5的毒性影响[1-3]。另外，最初作为卷烟替代品的电子烟虽然毒性较传统卷烟低，但其未完全明确的安全性也引起了人们的关注，电子烟含有毒、有致癌性的物质，并会引起呼吸系统和心血管系统等不适[4]。两者均存在于同一大气环境中，对人群的呼吸系统等产生损害作用。
已有研究发现，PM2.5和电子烟的联合暴露相较于单独暴露，对人体呼吸系统、心血管系统等造成的危害更加显著，进一步增加慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）、肺癌、心血管疾病等的患病风险[5-7]。目前对两者联合暴露毒性的研究以流行病学调查为主，体内实验和体外实验研究数据仍较少。根据现有流行病学调查、体内及体外研究报道，本文就PM2.5和电子烟联合暴露毒性的研究进展进行综述，总结目前两者联合暴露对不同人群及人体器官系统的毒性效应及可能的毒作用机制，旨在探讨两者联合暴露的毒性及交互作用类型，为预防及治疗两者联合作用的潜在危害提供参考。
1. PM2.5的污染现状和危害
1.1 PM2.5的污染现状
21世纪以来，大气污染问题愈发影响人们的正常生活，PM2.5的排放量也居高不下，2021年世界卫生组织建议PM2.5年平均限值为5 μg·m−3，然而近年来暴露于超过此限值大气环境中的人口在全球达到了90%[2]。我国PM2.5浓度经大气污染防治比过去几年显著降低，但2019年全国平均浓度仍达到了36 μg·m−3，远高于波兰、意大利等国家[8]，严重制约了经济的可持续发展。
PM2.5的全球分布呈现明显的地区不平衡，东亚、南美、非洲等地区较高，而北美和大洋洲等明显偏低。不同地域形成PM2.5严重污染的原因也不同，北非、中东和中国西北部主要因为沙尘；人口密集地区如中国东部和印度北部的PM2.5则是由燃煤发电厂、森林火灾、车辆和工业设施产生的[9]。
1.2 PM2.5的健康危害
PM2.5的特点主要有长时间滞留于空气中、粒径小、表面积大、输送距离远等，极易富集空气中的有害物质，并进入呼吸系统或血液循环从而影响健康，引发疾病。如图1所示，PM2.5首先沉积于肺泡并造成肺泡损伤，与COPD、哮喘、支气管炎、肺癌等的发病及死亡率呈正相关，长期暴露还会显著增加尘肺、肺纤维化和间皮瘤等的发病风险，同时使心肌梗死发病风险增加、缺血性心脏病死亡率升高并改变自主神经功能；另外，暴露于PM2.5会对生殖系统产生影响，导致男性精子参数改变、精子数量显著下降以及女性不良妊娠结局，增加婴儿发育不良和患病风险[3]。有研究表明，PM2.5可直接通过血脑屏障，通过炎症反应直接或间接影响中枢神经系统，与抑郁症的发生相关[10]。PM2.5的长期暴露还增加了各种器官罹患癌症的风险，已被国际癌症研究机构列为1级致癌物。进一步的体外研究发现PM2.5可促进炎症发生，引起细胞周期阻滞甚至导致细胞死亡，引发遗传毒性，对人和动物的多器官系统（包括呼吸、心血管、免疫、血液等）中的细胞几乎均具有明确的毒性效应[11]。
2. 电子烟的使用现状和危害
2.1 电子烟的使用现状
电子烟是用于产生气溶胶供人抽吸等的电子传送系统，近年来作为戒烟产品或卷烟替代品宣传，市场规模急剧扩大[12]。其主要使用群体为青少年，美国青少年电子烟使用率为27.5%，法国为21.8%，加拿大在15%~20%左右，中国青少年人群电子烟的平均使用率虽然仅为1.2%，但仍有增长趋势，虽然不同国家之间使用率的增长速度有较大的差异，但总体呈上升趋势[13]。
2.2 电子烟的健康危害
有报道称电子烟气溶胶中有害成分比传统卷烟种类少、含量低，但仍含有毒、有致癌性和/或引起呼吸系统和心血管系统不适的物质，主要为气溶胶内的烟碱、醛酮类化合物、挥发性化合物、烟草特有亚硝胺和金属元素等[4]。
体外和体内研究发现，电子烟气溶胶可抑制细胞活力，改变细胞形态，产生促炎细胞因子及抑制细菌及病毒的防御机制，并显著减少滋养细胞浸润能力和管腔形成[14]，动物实验证明电子烟还具有损害DNA、加速动脉粥样硬化等毒性[15]。体内实验和体外实验均表明电子烟通过对DNA造成损害，导致肺癌、膀胱癌以及心脏病的发生[16]，但不同研究方法得出的电子烟有害物质含量及健康危害程度均有不同。
如图2所示，流行病学调查表明，短期或长期使用电子烟都会对人体的呼吸系统、循环系统、神经系统、消化系统等造成危害[17]。呼吸道的电子烟气溶胶暴露达到一定浓度会产生不同程度的刺激作用，从而诱发咽炎、支气管炎、肺炎等，有哮喘及其他呼吸道疾病的人群反应更甚[4]。电子烟中往往含有尼古丁，而目前市面上许多电子烟中尼古丁含量标识并不准确，过量吸入其受热产生的气溶胶会引起血管收缩、血压升高，造成微循环缺血、心血管功能障碍，增加心脏负担[18]，还会影响青少年的大脑成熟和神经系统发育，并造成头痛、头晕、紧张、失眠等。对消化系统的危害包括恶心、呕吐、口干、口腔或舌头溃疡、舌头发黑、牙龈炎、牙龈出血、胃灼热和便秘等[15]。
3. PM2.5与电子烟联合暴露的毒性
除通过呼吸道直接吸入电子烟烟雾外，电子烟释放的蒸汽中也含有多种有害成分，包括大量的1,2-丙二醇、甘油和尼古丁[19]，由于1,2-丙二醇和甘油的微滴易挥发，更易导致高浓度PM2.5。据测量，电子烟使用期间，室内PM2.5浓度可高达甚至超过150 μg·m−3[20]。因此，再次吸入电子烟蒸汽以及环境中原本存在的PM2.5会进一步对人体健康造成损害。目前对于两者联合暴露的研究涉及流行病学调查、体内实验和体外实验研究。大多数的研究均表明，PM2.5与电子烟联合暴露的危害较单一污染暴露更为严重。为便于相关学者开展后续研究提供参考，本文将两者联合暴露的研究设计及主要结果进行了归纳，见表1。
表 1 PM2.5与电子烟联合暴露毒性研究Table 1. Summary of studies related to the toxicity of co-exposure to PM2.5 and e-cigarettes类型 作者 研究对象 实验设计 主要发现 流行病学研究 Rivera,2021[21] 墨西哥的536对母子二人组 采用时空模型估计孕期和婴儿的日PM2.5暴露，问卷获取电子烟使用数据。采用国际儿童哮喘和过敏研究问卷获得6~8岁时的暴露结果 母亲孕期接触电子烟的儿童暴露于PM2.5会导致更高的哮喘患病风险 Su,2021[22] 2015.5—2015.12中国江苏省
的3407名40岁以上城乡人群采用访谈问卷收集电子烟使用情况，环境监测系统计算各社区PM2.5年平均浓度。根据医院诊断或有无支气管扩张剂后第一秒用力呼气量占用力肺活量百分率<70%和相应呼吸道症状判断是否患COPD 电子烟使用与COPD正相关，PM2.5仅在电子烟使用者中与COPD正相关。联合暴露可能对中国 40岁以上者患COPD风险产生累加效应 Strand,2020[23] 2002—2008年美国科罗拉多州康斯伯格学校的121名6~15岁的儿童（80%~90%患哮喘并在使用类固醇） 监测仪持续测量环境PM2.5浓度，并划分为二手烟和环境来源，调查父母电子烟使用情况。结果指
标为沙丁胺醇使用、尿可替宁含量急性低剂量二手电子烟烟雾的PM2.5使哮喘恶化，环境PM2.5增加会弱化这种剂量反应关系，但不意味在更高环境PM2.5水平下会更健康 Lin,2017[24] 2007—2010年六个低、中等收
入国家成年人的纵向队列研究前3年的PM2.5平均卫星遥感数据为暴露变量，访
谈调查电子烟使用情况。采用标准化问卷诊断抑郁症使用电子烟会增强PM2.5对抑郁症的影响，两者具有协同作用 Turner,2017[25] 1982年至今美国癌症协会
研究的一部分队列人群利用时空模型收集PM2.5浓度并估计每个研究对象的日暴露情况，入组调查电子烟使用状况推断电子烟暴露。全因死亡率与心血管死亡率通过国家死亡指数数据库获悉 电子烟与PM2.5的联合暴露对于心血管死亡率的增加存在较弱的协同作用 Yang,2015[26] 2007.11—2013.12韩国儿童
哮喘和过敏性疾病起源队列
中307名新生儿孕26~36周和产后6个月收集室内PM2.5样本，询问母亲电子烟暴露情况。新生儿脐带血用于活性氧相关基因型分析。调查诊断获悉6个月和12个月
婴儿的呼吸道既往感染情况室内PM2.5和产前电子烟暴露增加了婴儿呼吸道感染的易感性，这种效应受到活性氧相关基因多态性的影响 Turner,2014[27] 1982年至今美国癌症协会
研究的一部分队列人群基线调查家庭地址估算PM2.5浓度，问卷随访更新电子烟使用情况。肺癌死亡率通过国家死亡指数数据库获得 高PM2.5暴露的电子烟使用者，肺癌死亡率综合效应是预期结果的2.2倍，约有14%可能是两者相互作用的结果 Pope,2011[7] 1982年至今美国癌症协会
研究的一部分队列人群将PM2.5平均浓度乘以平均日吸入率估算平均日
吸入剂量，问卷估算吸入电子烟以及接触自蔓延烟雾的不同增量，肺癌死亡率通过国家死亡指数数据库获悉肺癌死亡率与环境和电子烟导致的PM2.5的暴露-反应关系近似线性 Jedrychowski,
2011[28]美国纽约市和波兰克拉科夫
省469名生下足月婴儿的妇女环境监测采样器测量48 h孕中期PM2.5暴露，婴儿期每3个月面访收集电子烟暴露信息，记录婴儿
湿疹病史产前较高的PM2.5暴露和产后电子烟暴露使婴儿湿疹患病风险增加一倍 体内实验 De Lima Gondim,2021 [29] 7~8周龄雄性C57BL/6小鼠 小鼠暴露于电子烟烟雾，每天12支，分3次，60 d
后鼻内滴注不同浓度PM2.5溶液20 d，分别为30 μL盐水、含5 μg PM2.5的30 μL盐水，此PM2.5收集于在欧盟标准3及标准5下运行的公共汽车尾气。暴露结局为呼吸系统组织弹性、组织阻力、气道平滑肌高反应性、塌陷和过度充气肺泡的百分比等
指标与健康动物中的PM2.5暴露相比，遭受电子烟烟雾诱导COPD的动物中的PM2.5暴露会加剧呼吸系统损伤——肺泡塌陷、组织硬化、顺应性显著降低、气道阻力增加 Zhou,2019[5] 9周龄雄性C57BL/6小鼠 小鼠0~29 d每天分两次吸入10支电子烟烟雾，第0、7、14天气管滴注1 mg·kg−1体重的PM2.5悬液。测定平均线性截距和平均肺泡面积及天冬氨酸蛋白水解酶 (cysteinyl aspartate specific proteinase, Caspase)的活性 PM2.5促进了电子烟发炎的肺，尤其支气管上皮细胞的凋亡 Wang,2019[30] 6周龄雄性C57BL/6小鼠 对照组暴露于清洁空气，PM2.5组吸入110 μg·m−3 PM2.5，电子烟组吸入电子烟烟雾(2.5 h内10支)。PM2.5+电子烟组中的小鼠同时暴露于两者。所有小鼠每天2次，每周5 d，持续暴露10个月后处死小鼠并进行肺组织的常规、免疫组织化学和免疫荧光染色 PM2.5加重了电子烟引起的小鼠气管炎症和气道上皮细胞增生，增加了浸润气管的Ly6G+中性粒细胞和CD3+淋巴细胞数量以及白介素-6（interleukin-6，IL-6）、白介素-8（interleukin-8，IL-8）mRNA 的表达水平 体外实验 YAN,2021[31] A549细胞 200 µg·mL−1或400 µg·mL−1 PM2.5刺激A549细胞
24 h，1%、3%、5%的电子烟烟雾刺激A549细胞
24 h。结局指标为甘油激酶5表达量及脂滴等PM2.5和电子烟烟雾促进了甘油激酶5的表达，并诱导脂滴合成 Zhou,2019[5] 人支气管上皮细胞 使用5%的电子烟烟雾以及500 ng·mL−1 PM2.5处
理人支气管上皮细胞24 h。结局指标主要为微
小RNA-194-3p、死亡关联蛋白激酶1的mRNA等。PM2.5加重了电子烟诱导的发炎支气管上皮细胞的凋亡 3.1 流行病学调查
关于PM2.5与电子烟联合暴露毒性，现有流行病学调查的人群主要为成人与儿童。两者联合暴露会造成成人呼吸系统及心血管系统的损害、心理问题、致癌甚至死亡。儿童由于特殊易感性，两者联合暴露更易对其造成多方面不同程度的毒性作用，如增加呼吸道感染、哮喘以及湿疹等的发病率。
PM2.5暴露与使用电子烟均是导致COPD的重要危险因素，但研究表明，相对于电子烟，PM2.5与增加COPD发病率之间的相关性较弱。一项横断面研究表明，对于电子烟使用者来说，全年日平均PM2.5浓度（75 mg·m−3）较高可能与COPD患病相关[32]。Su等[22]通过对中国江苏城乡40岁以上成年人进行的社区调查也得出了相似的结论，使用电子烟和PM2.5与COPD之间存在正相关关系。对于电子烟使用者来说，暴露在高水平PM2.5中罹患COPD的可能性相对于暴露于低水平者更为显著，但对于不使用电子烟者来说则不显著，这意味着PM2.5可能只会对吸烟者产生COPD有风险。
Pope等[6-7]、Turner等[25，27]均采用了美国癌症协会一项前瞻性队列研究的一部分数据对PM2.5和电子烟联合暴露与肺癌及心血管疾病的相关性进行分析。其中，将登记时的家庭地址与监测的环境PM2.5浓度联系起来，通过将平均PM2.5浓度乘以平均日吸入率（m3·d−1）来估算吸入肺的平均日PM2.5剂量，通过问卷调查收集电子烟使用状况以估算吸入电子烟以及接触二手或三手烟的具体情况。Pope等[6-7]发现使用电子烟和环境空气污染引起的PM2.5与肺癌死亡率的暴露-反应关系近似线性，而心血管疾病死亡率的暴露-反应关系在低水平下相对陡峭，在高水平下趋于平缓。这可能是因为暴露于较低水平的电子烟和环境空气污染足以造成严重的不良反应。但两个团队均证明在两种暴露条件下的人群中，肺癌或心血管死亡风险的增幅略高于单独暴露条件的影响之和，即使用电子烟与PM2.5之间存在微小的协同作用[25]。
除对呼吸系统和心血管系统的研究外，也有研究关注联合暴露对心理健康的影响。基于6个低收入和中等收入国家（中国、加纳、印度、墨西哥、俄罗斯和南非）成年参与者的全国样本，Lin等[24]采用国际诊断访谈的问题来测量参与者的抑郁风险，前3年的PM2.5平均卫星遥感数据为暴露变量，访谈调查电子烟使用情况。后使用乘法和加法模型分析PM2.5和使用电子烟与抑郁风险之间的相互作用，发现PM2.5和使用电子烟单独效应的OR（95%CI）分别为1.29（1.09~1.51）和1.23（1.09~1.39），而联合效应的OR（95%CI）为1.64（1.38~1.95），协同效应指数为1.23，即暴露于PM2.5可能会增加患抑郁症的风险，而使用电子烟可能会增强这种作用。
儿童直接接触电子烟的可能性极低，所以通常以胎儿期经母体的电子烟暴露代替。与成人联合暴露相同的是，婴幼儿及儿童的毒作用靶器官也以肺为主，但暴露时间与剂量相对成人较少，联合暴露后的结果主要为哮喘患病风险增高[23]、下呼吸道易感性增加[21]、呼吸道感染风险增高[26]。Rivera等[21]的研究纳入了536对墨西哥母子，采用时空模型估计孕期和婴儿的日PM2.5暴露，问卷获取电子烟使用数据，分析怀孕期间及生后一年联合暴露剂量与儿童6~8岁时的哮喘结果，发现只有在怀孕期间暴露于PM2.5的母亲的孩子，同样暴露于电子烟才会有更高的哮喘风险，并且这种联系可能与氧化应激有关。Jedrychowski等[28]针对美国纽约市和波兰克拉科夫省469名生下足月婴儿的妇女研究了联合暴露与婴儿湿疹的关系，研究人员使用采样器具检测了母婴生活场所的PM2.5浓度，并每三个月访谈收集电子烟暴露情况以及幼儿湿疹患病率以获得更加准确的数据，发现同时暴露于较高浓度的PM2.5和电子烟会增加婴儿患湿疹风险，单独暴露则不会导致同样的结局。儿童队列研究也为PM2.5和电子烟暴露的正相关作用提供了佐证。
3.2 体内研究
尽管对于PM2.5与电子烟联合暴露所引起的健康效应问题已经受到学者的广泛关注，但大部分研究都是流行病学调查研究，两者联合暴露的动物实验较少，现有实验主要聚焦的靶器官为肺，缺乏其他器官和系统的毒性研究。研究发现，联合暴露导致了炎症细胞的增加、组织硬化、水肿加重，增加了肺的炎症反应和呼吸系统损伤，最终可能导致COPD的发生[5，29-30]。
Zhou等[5]给予小鼠电子烟烟雾吸入与悬液气管滴注PM2.5进行联合暴露，并通过测定平均线性截距和平均肺泡面积确定肺部病灶的变化量，测定肺组织的白细胞介素-1α（interleukin-1α, IL-1α）、γ干扰素（interferon-γ, IFN-γ）浓度以及含半胱氨酸的Caspase来判断炎症反应强度。经分析发现，相对于单独暴露组，联合暴露组的平均线性截距和平均肺泡面积均显著增加，且IFN-γ与IL-1α也显著表达，另外，Western blotting分析显示，联合暴露组肺中Caspase3与Caspase9的裂解进一步增加，表明PM2.5可能通过加重Caspase参与的细胞凋亡来增加因电子烟引起炎症的肺损伤，这种效应在支气管上皮中更为显著。Wang等[30]采用类似的暴露方法，结果显示PM2.5暴露组和电子烟组小鼠气管中Ly6G+中性粒细胞、CD3+淋巴细胞的数量以及IL-6和IL-8的表达水平均升高，且在联合暴露组中更为显著，这同样提示了PM2.5可促进使用电子烟诱导的气道炎症，从而导致COPD的发生。
3.3 体外研究
与动物研究类似，除呼吸系统外其他系统的毒性研究结果也较少。体外研究结果主要显示电子烟烟雾诱导后再经历PM2.5暴露会加剧肺部细胞炎症反应，引起炎症因子或基因表达的升高，增加相关蛋白的表达，从而导致细胞的损伤甚至凋亡。
Zhou等[5]通过细胞活力、DNA片段化、线粒体膜电位损失和Caspase等典型特征评估了联合暴露后的人支气管上皮细胞凋亡，结果表明联合暴露组的人支气管上皮细胞的细胞活力下降到对照组的37%，DNA片段化加剧，线粒体膜电位显著损失，Caspase3/7显著增加，而添加不可逆的Caspase抑制剂则可有效抑制上述变化，提示PM2.5可促进电子烟炎症支气管上皮细胞的凋亡，而这一反应可被Caspase抑制剂抑制。Yan等[31]的研究显示暴露于PM2.5和电子烟烟雾促进了A549细胞中甘油激酶5的表达，而甘油激酶5的上调在细胞死亡、存活、运动、生长和增殖中起重要作用。
4. 总结与展望
各类研究证明，PM2.5和电子烟联合暴露主要造成呼吸系统毒性，同时也可能对心血管系统造成一定损害，使得成人罹患COPD、肺癌、心血管疾病的风险大大增加，甚至导致死亡；另外，联合暴露也被证实与抑郁风险增加相关。儿童由于其特殊易感性以及暴露剂量及时间与成人的差异，联合暴露会导致呼吸道感染、哮喘以及湿疹等，而造成这些毒性的机制虽然尚不明晰。但目前针对肺部毒性机制的主要研究方向有：（1）Caspase通路：联合暴露加重Caspase参与的细胞凋亡而增加肺的损伤。（2）上调甘油激酶5表达：联合暴露刺激肺泡上皮细胞后，上调甘油激酶5和脂滴合成相关的基因和蛋白的表达，从而影响细胞死亡、存活、运动、生长和增殖。（3）氧化应激：PM2.5和电子烟都是氧化毒性物质，活性氧的产生是将这些暴露与效应联系起来的一种机制。而这三种机制再外推到其他系统联合暴露毒性的机制上具有重要的参考意义。
本综述纳入的文献中以流行病学调查居多，虽然动物与体外实验对机制的探讨更加深入，但可供参考的研究结果较少，结论的可靠性仍需更多的研究来论证。另外，流行病学调查中以回顾性研究为主，PM2.5以及电子烟的暴露更多以人群计算后平均到个人，数据准确性有待改进，且对证实暴露与危害之间的因果关系不够有力。建议后续流行病学调查以前瞻性研究为主，明确暴露信息，定期随访以获得较为准确的数据，并注重基础性研究，通过体内和体外实验验证联合暴露对其他如生殖、发育等的危害，探索更多的毒性机制通路，为预防危害提供更多可靠的数据支撑。
世界上许多城市的PM2.5仍在威胁人类健康，而电子烟使用也在全球大幅增长，污染暴露的普遍性及其后果使得进一步研究对公共卫生至关重要。在后疫情时代，佩戴医用口罩甚至N95口罩的现象仍然较为普遍，但使用电子烟的人群因抽烟行为佩戴口罩时间短，更难避免PM2.5暴露。两者对人体的毒性机制相似，探讨两者联合暴露毒性以及交互作用类型具有实际意义。另外，这也为预防两者联合危害提供了参考。例如，相对于PM2.5、电子烟单独暴露，两者的联合暴露更易引起肺部炎症乃至癌症，通过烟草控制和空气质量管理来减少肺癌发生风险的尝试可能会超出仅减少暴露于其中任何一个风险因素的预期，这样的措施对于其他毒性物质的控制同样适用。这也证实此前及现在一直实施的政策包括：密切监测空气中PM2.5、科学推进电子烟管理新规等，对于预防PM2.5和电子烟联合暴露的增强作用具有积极作用，另外将电子烟纳入公共场所禁烟范围、禁售非烟草口味电子烟并严格监管也具有极其重大意义[33]。
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表 1 PM2.5与电子烟联合暴露毒性研究
Table 1 Summary of studies related to the toxicity of co-exposure to PM2.5 and e-cigarettes
类型 作者 研究对象 实验设计 主要发现 流行病学研究 Rivera,2021[21] 墨西哥的536对母子二人组 采用时空模型估计孕期和婴儿的日PM2.5暴露，问卷获取电子烟使用数据。采用国际儿童哮喘和过敏研究问卷获得6~8岁时的暴露结果 母亲孕期接触电子烟的儿童暴露于PM2.5会导致更高的哮喘患病风险 Su,2021[22] 2015.5—2015.12中国江苏省
的3407名40岁以上城乡人群采用访谈问卷收集电子烟使用情况，环境监测系统计算各社区PM2.5年平均浓度。根据医院诊断或有无支气管扩张剂后第一秒用力呼气量占用力肺活量百分率<70%和相应呼吸道症状判断是否患COPD 电子烟使用与COPD正相关，PM2.5仅在电子烟使用者中与COPD正相关。联合暴露可能对中国 40岁以上者患COPD风险产生累加效应 Strand,2020[23] 2002—2008年美国科罗拉多州康斯伯格学校的121名6~15岁的儿童（80%~90%患哮喘并在使用类固醇） 监测仪持续测量环境PM2.5浓度，并划分为二手烟和环境来源，调查父母电子烟使用情况。结果指
标为沙丁胺醇使用、尿可替宁含量急性低剂量二手电子烟烟雾的PM2.5使哮喘恶化，环境PM2.5增加会弱化这种剂量反应关系，但不意味在更高环境PM2.5水平下会更健康 Lin,2017[24] 2007—2010年六个低、中等收
入国家成年人的纵向队列研究前3年的PM2.5平均卫星遥感数据为暴露变量，访
谈调查电子烟使用情况。采用标准化问卷诊断抑郁症使用电子烟会增强PM2.5对抑郁症的影响，两者具有协同作用 Turner,2017[25] 1982年至今美国癌症协会
研究的一部分队列人群利用时空模型收集PM2.5浓度并估计每个研究对象的日暴露情况，入组调查电子烟使用状况推断电子烟暴露。全因死亡率与心血管死亡率通过国家死亡指数数据库获悉 电子烟与PM2.5的联合暴露对于心血管死亡率的增加存在较弱的协同作用 Yang,2015[26] 2007.11—2013.12韩国儿童
哮喘和过敏性疾病起源队列
中307名新生儿孕26~36周和产后6个月收集室内PM2.5样本，询问母亲电子烟暴露情况。新生儿脐带血用于活性氧相关基因型分析。调查诊断获悉6个月和12个月
婴儿的呼吸道既往感染情况室内PM2.5和产前电子烟暴露增加了婴儿呼吸道感染的易感性，这种效应受到活性氧相关基因多态性的影响 Turner,2014[27] 1982年至今美国癌症协会
研究的一部分队列人群基线调查家庭地址估算PM2.5浓度，问卷随访更新电子烟使用情况。肺癌死亡率通过国家死亡指数数据库获得 高PM2.5暴露的电子烟使用者，肺癌死亡率综合效应是预期结果的2.2倍，约有14%可能是两者相互作用的结果 Pope,2011[7] 1982年至今美国癌症协会
研究的一部分队列人群将PM2.5平均浓度乘以平均日吸入率估算平均日
吸入剂量，问卷估算吸入电子烟以及接触自蔓延烟雾的不同增量，肺癌死亡率通过国家死亡指数数据库获悉肺癌死亡率与环境和电子烟导致的PM2.5的暴露-反应关系近似线性 Jedrychowski,
2011[28]美国纽约市和波兰克拉科夫
省469名生下足月婴儿的妇女环境监测采样器测量48 h孕中期PM2.5暴露，婴儿期每3个月面访收集电子烟暴露信息，记录婴儿
湿疹病史产前较高的PM2.5暴露和产后电子烟暴露使婴儿湿疹患病风险增加一倍 体内实验 De Lima Gondim,2021 [29] 7~8周龄雄性C57BL/6小鼠 小鼠暴露于电子烟烟雾，每天12支，分3次，60 d
后鼻内滴注不同浓度PM2.5溶液20 d，分别为30 μL盐水、含5 μg PM2.5的30 μL盐水，此PM2.5收集于在欧盟标准3及标准5下运行的公共汽车尾气。暴露结局为呼吸系统组织弹性、组织阻力、气道平滑肌高反应性、塌陷和过度充气肺泡的百分比等
指标与健康动物中的PM2.5暴露相比，遭受电子烟烟雾诱导COPD的动物中的PM2.5暴露会加剧呼吸系统损伤——肺泡塌陷、组织硬化、顺应性显著降低、气道阻力增加 Zhou,2019[5] 9周龄雄性C57BL/6小鼠 小鼠0~29 d每天分两次吸入10支电子烟烟雾，第0、7、14天气管滴注1 mg·kg−1体重的PM2.5悬液。测定平均线性截距和平均肺泡面积及天冬氨酸蛋白水解酶 (cysteinyl aspartate specific proteinase, Caspase)的活性 PM2.5促进了电子烟发炎的肺，尤其支气管上皮细胞的凋亡 Wang,2019[30] 6周龄雄性C57BL/6小鼠 对照组暴露于清洁空气，PM2.5组吸入110 μg·m−3 PM2.5，电子烟组吸入电子烟烟雾(2.5 h内10支)。PM2.5+电子烟组中的小鼠同时暴露于两者。所有小鼠每天2次，每周5 d，持续暴露10个月后处死小鼠并进行肺组织的常规、免疫组织化学和免疫荧光染色 PM2.5加重了电子烟引起的小鼠气管炎症和气道上皮细胞增生，增加了浸润气管的Ly6G+中性粒细胞和CD3+淋巴细胞数量以及白介素-6（interleukin-6，IL-6）、白介素-8（interleukin-8，IL-8）mRNA 的表达水平 体外实验 YAN,2021[31] A549细胞 200 µg·mL−1或400 µg·mL−1 PM2.5刺激A549细胞
24 h，1%、3%、5%的电子烟烟雾刺激A549细胞
24 h。结局指标为甘油激酶5表达量及脂滴等PM2.5和电子烟烟雾促进了甘油激酶5的表达，并诱导脂滴合成 Zhou,2019[5] 人支气管上皮细胞 使用5%的电子烟烟雾以及500 ng·mL−1 PM2.5处
理人支气管上皮细胞24 h。结局指标主要为微
小RNA-194-3p、死亡关联蛋白激酶1的mRNA等。PM2.5加重了电子烟诱导的发炎支气管上皮细胞的凋亡 
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[1] 李成橙, 李亚伟, 路凤. 大气颗粒物PM2.5和PM10暴露与人群缺血性心脏病死亡关系的荟萃分析[J]. 中国心血管杂志, 2019, 24(2): 166-172. doi: 10.3969/j.issn.1007-5410.2019.02.017 LI C C, LI Y W, LU F. Meta-analysis of the relationship between atmospheric PM2.5 and PM10 exposure and ischemic heart disease mortality[J]. Chin J Cardiovasc Med, 2019, 24(2): 166-172. doi: 10.3969/j.issn.1007-5410.2019.02.017
[2] 王佳, 蒋守芳, 刘冉, 等. 大气中PM2.5污染现状、健康效应及其致炎症机制研究进展[J]. 环境监控与预警, 2021, 13(5): 31-37. doi: 10.3969/j.issn.1674-6732.2021.05.006 WANG J, JIANG S F, LIU R, et al. Research progress on pollution status, health effects and inflammatory mechanisms of PM2.5 in the atmosphere,[J]. Environ Monit Forewarn, 2021, 13(5): 31-37. doi: 10.3969/j.issn.1674-6732.2021.05.006
[3] 李聪敏, 袁明洋, 王钰婷, 等. 大气细颗粒物所致健康危害及其干预措施研究进展[J]. 新乡医学院学报, 2019, 36(6): 589-592. LI C M, YUAN M Y, WANG Y T, et al. Advances in research on health hazards and intervention measures of fine particulate matter in the atmosphere[J]. J Xinxiang Med Univ, 2019, 36(6): 589-592.
[4] 樊美娟, 赵乐, 崔华鹏, 等. 电子烟中化学成分风险研究进展[J]. 中国烟草学报, 2018, 24(3): 120-129. doi: 10.16472/j.chinatobacco.2017.052 FAN M J, ZHAO L, CUI H P, et al. Research advances in risk evaluation of chemical components associated with e-cigarettes[J]. Acta Tabac Sin, 2018, 24(3): 120-129. doi: 10.16472/j.chinatobacco.2017.052
[5] ZHOU T, HU Y, WANG Y, et al. Fine particulate matter PM2.5 aggravates apoptosis of cigarette-inflamed bronchial epithelium in vivo and vitro[J]. Environ Pollut, 2019, 248: 1-9. doi: 10.1016/j.envpol.2018.11.054
[6] POPE III C A, BURNETT R T, KREWSKI D, et al. Cardiovascular mortality and exposure to airborne fine particulate matter and cigarette smoke: shape of the exposure-response relationship[J]. Circulation, 2009, 120(11): 941-948. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.857888
[7] POPE III C A, BURNETT R T, TURNER M C, et al. Lung cancer and cardiovascular disease mortality associated with ambient air pollution and cigarette smoke: shape of the exposure-response relationships[J]. Environ Health Perspect, 2011, 119(11): 1616-1621. doi: 10.1289/ehp.1103639
[8] 崔倩, 张艳平, 莫杨, 等. 我国主要城市大气颗粒物及碳组分污染水平研究进展[J]. 环境卫生学杂志, 2021, 11(3): 287-295. doi: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2021.03.012 CUI Q, ZHANG Y P, MO Y, et al. Research advances in atmospheric particulate matter and carbon component pollution levels in major cities of China[J]. J Environ Hyg, 2021, 11(3): 287-295. doi: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2021.03.012
[9] 王文朋, 沈惠平, 黄云彪, 等. 大气PM2.5细颗粒物污染状况及对人体健康的影响[J]. 上海预防医学, 2015, 27(5): 290-294,297. WANG W P, SHEN H P, HUANG Y B, et al. The pollution status of PM2.5 and its influence on human health[J]. Shanghai J Prev Med, 2015, 27(5): 290-294,297.
[10] 张海宇, 程鑫, 邹海欧. PM2.5与抑郁症相关性研究进展[J]. 中国预防医学杂志, 2018, 19(9): 707-710. ZHANG H Y, CHENG X, ZOU H O. Research progress on the relationship between PM(2.5) and depression[J]. Chin Prev Med, 2018, 19(9): 707-710.
[11] 王云锋, 娄云, 李国君, 等. 大气细颗粒物的毒性效应及其机制研究进展[J]. 毒理学杂志, 2016, 30(1): 69-72. doi: 10.16421/j.cnki.1002-3127.2016.01.018 WANG Y F, LOU Y, LI G J, et al. Research progress on toxic effects and mechanisms of atmospheric fine particles[J]. J Toxicol, 2016, 30(1): 69-72. doi: 10.16421/j.cnki.1002-3127.2016.01.018
[12] 刘宇晨, 蔡洁云, 梁诗涵, 等. 电子烟的发展历史及市场态势[J]. 云南化工, 2021, 48(8): 15-17,20. doi: 10.3969/j.issn.1004-275X.2021.08.03 LIU Y C, CAI J Y, LIANG S H, et al. Development history and market trend of e-cigarette[J]. Yunnan Chem Technol, 2021, 48(8): 15-17,20. doi: 10.3969/j.issn.1004-275X.2021.08.03
[13] 黎倩伶, 陈俏, 李秀丽, 等. 青少年使用电子烟的现状及影响因素[J]. 中国药物依赖性杂志, 2021, 30(4): 248-254,268. doi: 10.13936/j.cnki.cjdd1992.2021.04.002 LI Q L, CHEN Q, LI X L, et al. The current status and influencing factors of e-cigarette use among adolescents[J]. Chin J Drug Depend, 2021, 30(4): 248-254,268. doi: 10.13936/j.cnki.cjdd1992.2021.04.002
[14] 王明霞, 张书铭, 窦玉青, 等. 电子烟安全性研究进展[J]. 中国烟草科学, 2020, 41(3): 88-92. doi: 10.13496/j.issn.1007-5119.2020.03.015 WANG M X, ZHANG S M, DOU Y Q, et al. The progress in research of electronic cigarette safety[J]. Chin Tob Sci, 2020, 41(3): 88-92. doi: 10.13496/j.issn.1007-5119.2020.03.015
[15] 贾晓娴, 谢臣晨, 龚正阳, 等. 电子烟的健康风险研究进展[J]. 环境与职业医学, 2021, 38(4): 438-445. doi: 10.13213/j.cnki.jeom.2021.20460 JIA X X, XIE C C, GONG Z Y, et al. Research advances on health risk of e-cigarettes[J]. J Environ Occup Med, 2021, 38(4): 438-445. doi: 10.13213/j.cnki.jeom.2021.20460
[16] GANAPATHY V, MANYANGA J, BRAME L, et al. Electronic cigarette aerosols suppress cellular antioxidant defenses and induce significant oxidative DNA damage[J]. PLoS One, 2017, 12(5): e0177780. doi: 10.1371/journal.pone.0177780
[17] MEO S A, AL ASIRI S A. Effects of electronic cigarette smoking on human health[J]. Eur Rev Med Pharmacol Sci, 2014, 18(21): 3315-3319.
[18] 谢剑平. 电子烟相关技术与法律监管[C]//中国烟草学会. 中国烟草学会2014年学术年会报告文集, 2014: 3-18. XIE J P. E-cigarette technology and legal regulation[C]// China Tobacco Society, Proceedings of China Tobacco Society 2014 Annual Conference , 2014: 3-18.
[19] ZAINOL ABIDIN N, ZAINAL ABIDIN E, ZULKIFLI A, et al. Electronic cigarettes and indoor air quality: a review of studies using human volunteers[J]. Rev Environ Health, 2017, 32(3): 235-244.
[20] LI L, LIN Y, XIA T, et al. Effects of electronic cigarettes on indoor air quality and health[J]. Annu Rev Public Health, 2020, 41: 363-380. doi: 10.1146/annurev-publhealth-040119-094043
[21] RIVERA RIVERA N Y, TAMAYO-ORTIZ M, MERCADO GARCÍA A, et al. Prenatal and early life exposure to particulate matter, environmental tobacco smoke and respiratory symptoms in Mexican children[J]. Environ Res, 2021, 192: 110365. doi: 10.1016/j.envres.2020.110365
[22] SU J, YE Q, ZHANG D, et al. Joint association of cigarette smoking and PM2.5 with COPD among urban and rural adults in regional China[J]. BMC Pulm Med, 2021, 21(1): 87. doi: 10.1186/s12890-021-01465-y
[23] STRAND M, RABINOVITCH N. Health effects of concurrent ambient and tobacco smoke-derived particle exposures at low concentrations in children with asthma[J]. J Expo Sci Environ Epidemiol, 2020, 30(5): 785-794. doi: 10.1038/s41370-020-0201-y
[24] LIN H, GUO Y, KOWAL P, et al. Exposure to air pollution and tobacco smoking and their combined effects on depression in six low- and middle-income countries[J]. Br J Psychiatry, 2017, 211(3): 157-162. doi: 10.1192/bjp.bp.117.202325
[25] TURNER M C, COHEN A, BURNETT R T, et al. Interactions between cigarette smoking and ambient PM2.5 for cardiovascular mortality[J]. Environ Res, 2017, 154: 304-310. doi: 10.1016/j.envres.2017.01.024
[26] YANG S I, KIM B J, LEE S Y, et al. Prenatal particulate matter/tobacco smoke increases infants' respiratory infections: COCOA study[J]. Allergy Asthma Immunol Res, 2015, 7(6): 573-582. doi: 10.4168/aair.2015.7.6.573
[27] TURNER M C, COHEN A, JERRETT M, et al. Interactions between cigarette smoking and fine particulate matter in the Risk of Lung Cancer Mortality in Cancer Prevention Study II[J]. Am J Epidemiol, 2014, 180(12): 1145-1149. doi: 10.1093/aje/kwu275
[28] JEDRYCHOWSKI W, PERERA F, MAUGERI U, et al. Effects of prenatal and perinatal exposure to fine air pollutants and maternal fish consumption on the occurrence of infantile eczema[J]. Int Arch Allergy Immunol, 2011, 155(3): 275-281. doi: 10.1159/000320376
[29] DE LIMA GONDIM F, MOURA M F, FERREIRA R M, et al. Exposure to total particulate matter obtained from combustion of diesel vehicles (EURO 3 and EURO 5): effects on the respiratory systems of emphysematous mice[J]. Environ Toxicol Pharmacol, 2021, 83: 103583. doi: 10.1016/j.etap.2021.103583
[30] WANG Z, ZHAO J, WANG T, et al. Fine-particulate matter aggravates cigarette smoke extract-induced airway inflammation via Wnt5a-ERK pathway in COPD[J]. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis, 2019, 14: 979-994. doi: 10.2147/COPD.S195794
[31] YAN M, WU Y, PENG W, et al. Exposure to particulate matter 2.5 and cigarette smoke induces the synthesis of lipid droplets by glycerol kinase 5[J]. Clin Exp Pharmacol Physiol, 2021, 48(4): 498-507. doi: 10.1111/1440-1681.13463
[32] LIU S, ZHOU Y, LIU S, et al. Association between exposure to ambient particulate matter and chronic obstructive pulmonary disease: results from a cross-sectional study in China[J]. Thorax, 2017, 72(9): 788-795. doi: 10.1136/thoraxjnl-2016-208910
[33] 唐维. 科学推进电子烟新规平稳落地[N]. 2022-03-23(A05). TANG W. Science advances new rules for e-cigarettes[N]. 2022-03-23(A05).
-
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1. 王向楠，张艾蕊，王梅玲，任丹华，周彦，王海，程斌. 电子烟烟液中限量羰基化合物及重金属含量的准确测量. 计量科学与技术. 2024(06): 3-10+76 . 
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