《Scientific Reports》：Evaluation of molecular interactions of vaping juice components with ACE2 receptor
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为解决电子烟成分对人体潜在健康风险的科学证据尚不全面的问题，本研究运用分子对接、分子动力学模拟和生物层干涉技术（BLI），系统评估了多种电子烟液成分与人血管紧张素转换酶2（ACE2）受体的相互作用。研究发现尼古丁、薄荷醇等成分能稳定结合ACE2并可能影响其活性位点功能，揭示了电子烟使用对受体层面可能存在的干扰，为理解其病理生理学效应提供了新视角。
近年来，电子尼古丁传送系统作为传统烟草的“更安全”替代品迅速风靡全球。然而，电子烟真的无害吗？越来越多的证据表明，吸食电子烟会带来急性和慢性的健康影响，这促使科学家们深入探索其背后的生物学机制。其中一个关键的科学问题在于：电子烟液中五花八门的化学成分，进入人体后，究竟会和我们的细胞发生怎样的“亲密接触”？特别是它们是否会干扰一些至关重要的生理过程？这项发表于《Scientific Reports》的研究，便将目光聚焦于一个在人体内扮演多重关键角色的“明星分子”——血管紧张素转换酶2（Angiotensin-converting enzyme 2, ACE2）。ACE2不仅是调节血压和电解质平衡的肾素-血管紧张素系统（RAS）中的核心酶，近年更因其作为多种冠状病毒（包括引起COVID-19的SARS-CoV-2病毒）进入细胞的主要受体而广受关注。因此，探究电子烟成分是否以及如何与ACE2相互作用，对于评估电子烟的潜在全身性健康风险，尤其是在心血管和呼吸系统方面，具有至关重要的意义。为了回答这个问题，研究团队开展了一项系统的生物物理学研究。
本研究主要运用了三种关键技术方法：一是分子对接（Molecular Docking），用于预测和比较不同电子烟成分与ACE2受体蛋白结合口袋的结合模式和结合强度；二是分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulations），用于在更接近生理环境的条件下评估结合复合物的动态稳定性；三是生物层干涉技术（Biolayer Interferometry, BLI），这是一种无标记的生物分子相互作用分析技术，用于在实验层面实时、定量地测定不同成分与固定化ACE2蛋白的结合动力学参数，如结合速率、解离速率和亲和力。这些方法的结合，实现了从计算机模拟预测到实验验证的完整证据链。
分子对接揭示多种电子烟成分可与ACE2活性位点结合
研究人员首先通过分子对接模拟，筛选了尼古丁、薄荷醇、辣椒素、甲醛、丙烯醛、甘油和丙二醇等多种电子烟常见成分与ACE2受体的结合潜力。结果显示，所有这些成分都能与ACE2的锌离子（Zn2+）结合位点发生相互作用，提示它们可能影响依赖于该金属离子的酶催化活性。具体而言，薄荷醇在对接评分中显示出最强的结合力，其次是尼古丁和辣椒素，而甲醛和丙烯醛（后者是甘油和丙二醇在高温下可能产生的裂解产物）则表现出中等的结合能力。在分子相互作用层面，辣椒素与活性位点区域形成了最多的相互作用，特别是通过多个氢键靶向了关键的催化残基HIS374。薄荷醇、甘油和丙二醇也在活性位点区域形成了氢键，尼古丁则主要形成极性相互作用。相比之下，甲醛和丙烯醛由于分子尺寸较小，未与ACE2形成任何显著的相互作用。
生物层干涉技术（BLI）实验验证尼古丁具有最稳定的结合
为了验证计算模拟的结果并在实验上量化结合强度，研究团队采用了BLI技术。他们将重组人ACE2蛋白固定在生物传感器上，然后分别让不同的电子烟成分溶液流过传感器表面，实时监测结合与解离过程。实验数据显示，尼古丁与ACE2的结合最为稳定，这体现在其缓慢的解离速率上。相比之下，尽管在分子对接中评分很高，但薄荷醇和辣椒素与ACE2的结合稳定性则不如尼古丁，研究人员推测这可能与其疏水性质有关。这一实验结果补充了分子对接的发现，表明尼古丁不仅是电子烟中的主要成瘾物质，在分子水平上也可能与ACE2受体形成相当牢固的结合。
综合分子对接、动力学模拟和BLI实验的结果，本研究得出结论：电子烟液中的多种成分，特别是尼古丁、薄荷醇和辣椒素，能够以不同的结合模式和强度与人ACE2受体相互作用，尤其是其含有Zn2+的催化活性位点区域。其中，尼古丁在实验中被证实具有最稳定的结合特性。这些相互作用可能在分子层面上干扰ACE2的正常生理功能。虽然甲醛和丙烯醛在本研究的模型中没有表现出强相互作用，但它们是已知的刺激性有毒物质，其健康影响可能通过其他机制实现。
该研究的讨论部分强调了这些发现的意义。它首次在分子和生物物理层面系统描绘了电子烟成分与ACE2受体的相互作用图谱，将电子烟暴露的潜在健康风险与一个具体的、功能关键的细胞受体直接联系起来。这为理解电子烟使用可能如何影响心血管调节、炎症反应乃至对某些呼吸道病毒的易感性提供了新的假设和研究方向。研究者指出，这些发现可以为进一步在“以受体为中心的系统生物学”框架下探索电子烟相关效应铺平道路。未来的研究需要在这些体外分子相互作用的基础上，进一步在细胞模型、动物模型乃至流行病学研究中验证这些相互作用的生理和病理学后果，从而更全面、客观地评估电子烟作为“减害产品”的长期安全性。
