《Journal of Oral Biology and Craniofacial Research》：E-cigarette aerosol exposure drives extracellular matrix gene dysregulation and collagen remodeling in gingival fibroblasts: An
in vitro study
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电子烟使用日益普遍，但其对牙周组织健康的影响尚未明确。本研究探讨了电子烟雾化提取物对人牙龈成纤维细胞的毒性作用，发现其会损害细胞活力，破坏胶原基质组织，并导致胶原合成基因下调、基质降解酶基因上调。这些结果为理解电子烟如何影响牙周结缔组织完整性提供了新的分子机制见解，对评估电子烟口腔健康风险具有重要意义。
近年来，电子烟作为传统烟草产品的替代品日益流行，被宣传为危害较小的选择。然而，其看似无害的“蒸汽”背后，对口腔健康，尤其是牙周组织完整性的潜在威胁，仍是一个有待深入探索的“黑箱”。牙周组织的健康是维系牙齿稳固的基石，而牙龈成纤维细胞（human gingival fibroblasts, hGFs）是这片基石中的关键“建筑师”，它们负责合成细胞外基质（extracellular matrix, ECM），尤其是胶原蛋白，并调控其代谢平衡。那么，吸入的电子烟成分，是否会干扰这些“建筑师”的工作，甚至破坏他们精心维护的“家园”呢？这正是发表在《Journal of Oral Biology and Craniofacial Research》上的一项研究所要回答的核心问题。
为了解答这些疑问，研究者们进行了一系列严谨的体外实验。他们使用标准化方法制备了电子烟雾化提取物，将其作用于从健康捐赠者牙龈组织中分离出的原代牙龈成纤维细胞。研究团队运用了多种技术方法来评估电子烟的影响：通过MTT法测定细胞活性来观察其毒性；利用定量实时PCR分析特定基因（如COL1A1, MMP1, MMP9, TIMP1）的表达变化；借助Masson‘s Trichrome染色技术来评估胶原沉积与组织结构；通过相差显微镜观察细胞形态变化；并采用分子对接分析技术，从理论上探索电子烟主要成分尼古丁与细胞外基质相关蛋白之间可能发生的直接相互作用。
3.1. 尼古丁与胶原合成蛋白及基质降解酶的分子对接
分子对接分析揭示了尼古丁与一系列关键的细胞外基质蛋白具有潜在的结合能力。结果显示，尼古丁与促进胶原合成的COL1A1蛋白的结合亲和力为-4.45 kcal/mol；与基质金属蛋白酶抑制剂TIMP1的亲和力更强，为-5.08 kcal/mol。更有趣的是，尼古丁对两种降解胶原的基质金属蛋白酶表现出更高的亲和力：与MMP1的亲和力为-5.42 kcal/mol，而与MMP9的亲和力高达-6.55 kcal/mol。这提示尼古丁可能直接干扰这些蛋白的正常功能。
3.2. 电子烟雾化提取物对人牙龈成纤维细胞的细胞毒性作用
3.2.1. MTT法检测
MTT实验表明，ECAE对人牙龈成纤维细胞的毒性呈现明显的浓度和时间依赖性。暴露24小时后，浓度≥25%的ECAE即显示出显著的细胞毒性。当暴露时间延长至72小时，细胞活力下降更为显著，高浓度（50%和100%）处理组的细胞活力分别降至对照组的40%和25%以下。
3.2.2. 相差显微镜下的形态学评估
显微镜观察直观地展示了ECAE引起的细胞形态变化。对照组细胞呈健康、细长的纺锤形。而经高浓度（50%和100%）ECAE处理的细胞则出现了细胞收缩、变圆、形成空泡以及失去典型纺锤形态等特征性变化，这些形态学改变与细胞活力下降的结果一致。
3.2.3. 通过Masson’s Trichrome染色评估胶原沉积模式
Masson‘s Trichrome染色结果清晰地显示了ECAE对细胞外基质结构的破坏。对照组细胞周围可见密集、均匀的蓝色胶原纤维染色。随着ECAE浓度升高（尤其是25%、50%和100%），胶原染色的强度和规则性明显下降，胶原网络变得不规则、破碎，正常细胞外基质结构显著丧失，甚至出现紊乱的带状结构。
3.2.4. 基因表达分析
定量PCR分析从分子层面揭示了ECAE破坏胶原代谢平衡的机制。随着ECAE浓度增加，负责合成I型胶原的COL1A1基因表达被显著下调。与此同时，两种关键的基质降解酶——MMP1和MMP9的基因表达被显著上调。更关键的是，作为MMP天然抑制剂的TIMP1基因表达也出现下调。这一系列变化共同指向一个结论：ECAE暴露使得牙龈成纤维细胞的基因表达谱向“分解代谢”倾斜，即胶原合成减少，降解增强。
综合上述结果，本研究的结论清晰而重要。暴露于电子烟雾化提取物会以浓度和时间依赖的方式损害人牙龈成纤维细胞的活力，破坏其细胞外基质（特别是胶原）的正常组织结构。从分子层面看，这种破坏源于基因表达的根本性改变：胶原合成关键基因COL1A1的下调，以及基质降解酶MMP1和MMP9的上调，同时伴随着其抑制剂TIMP1的减少，共同导致了胶原代谢平衡的失调，偏向于降解。分子对接分析进一步提示，电子烟中的主要成分尼古丁可能通过与这些关键蛋白的直接结合，从功能上加剧了这种失衡。
在讨论部分，作者将实验发现置于更广阔的背景下进行分析。这些体外观察到的变化——细胞活力下降、胶原网络破坏、促降解基因表达谱——与牙周疾病（如牙周炎）中观察到的组织破坏的早期分子特征高度相似。这意味着，即使在没有细菌感染的情况下，长期使用电子烟也可能通过直接化学刺激，在牙周组织中创造一个类似早期病变的微环境，从而潜在地增加牙周组织破坏、附着丧失甚至牙槽骨吸收的风险。这项研究首次在体外系统性地揭示了电子烟如何通过影响牙龈成纤维细胞这一核心细胞类型，从基因表达、蛋白功能到组织形态多个层面，破坏维持牙周健康所必需的细胞外基质稳态。
尽管这是一项体外研究，其结论需要未来在动物模型和临床研究中进一步验证，但它无疑为评估电子烟的口腔健康风险，特别是其对牙周组织健康的潜在长期危害，敲响了警钟。它表明，电子烟并非如其营销中暗示的那样“无害”，其气溶胶成分能够直接干扰口腔关键细胞的功能，可能为牙周健康埋下隐患。这项研究填补了该领域的一个重要知识空白，并为后续更深入的机制探索和临床风险评估提供了坚实的实验依据。
