为弥补这一差距，科学家们开发了气液界面（Air–Liquid Interface, ALI）培养与暴露技术。该技术通过去除上层培养液，使气道上皮细胞的顶端暴露在空气或气溶胶环境中，从而模拟人体呼吸道与空气的直接接触状态。近年来，ALI 模型被广泛用于研究雾霾、电子烟、柴油尾气、臭氧等污染物的细胞毒性、炎症反应及转录组、蛋白组变化。其在毒理机制阐释、药物筛选及风险评估中展现出强大的科学与应用价值。

从分泌组（Secretome）看气道上皮的防御反应

国内咳嗽研究领域的领军人物之一，呼吸疾病全国重点实验室赖克方教授课题组在 2025 年发表于 Lung 的论文 Alteration of the Secretome in Airway Epithelial Cells by Air Pollutants: Evidence from an Air–Liquid Interface Model 中，卢汉坤等研究者利用气液界面培养的 Calu-3 人气道上皮细胞模型，系统研究了臭氧（O₃）与柴油尾气颗粒物（DEP） 对细胞分泌组的影响。

研究者指出，气道上皮不仅是物理屏障，更是主动调节免疫与炎症反应的“前哨”。其分泌的细胞因子、蛋白酶、屏障蛋白和外泌体共同构成了“分泌组（secretome）”，在维持上皮稳态、信号传递和免疫防御中起关键作用。空气污染造成的分泌组改变，可能正是呼吸道疾病如哮喘、慢阻肺（COPD）和过敏性炎症反应的分子起点。

实验设计：在体外重现空气暴露的真实情景

论文采用极化的 Calu-3 细胞单层，于 ALI 条件下培养并暴露于非细胞毒性浓度的 O₃ 与 DEP。通过监测跨上皮电阻（TEER）与 FITC-dextran 通透性变化，研究团队发现污染暴露显著降低了屏障功能。进一步的 qPCR 与免疫荧光结果显示，紧密连接蛋白（ZO-1、claudin-4 等）表达下降，同时炎症性 alarmin 因子（IL-25、IL-33、TSLP）上调，提示上皮屏障破坏及免疫激活。

在蛋白组学层面，作者采用无标记 LC–MS/MS 技术分析了暴露前后细胞的 secretome 变化，所得数据已公开于 ProteomeXchange 数据库（PXD068246）。结果揭示：O₃ 与 DEP 均引发显著但部分不同的蛋白分泌谱变化。O₃ 暴露主要影响抗氧化与应激反应相关通路，而 DEP 更强烈地干扰细胞外基质重塑与免疫信号蛋白的分泌。值得注意的是，两种污染物的下游信号通路却出现了明显的趋同：包括 Wnt 信号通路、抗原加工与呈递等。这表明，即便起始刺激不同，空气污染可能通过共享的分子机制导致气道炎症与组织损伤。

Radial Flow System：让暴露更贴近真实呼吸环境

文中提及实验使用了 Radial Flow System (RFS，即辐射流) 暴露模块。该系统通过径向气流分布设计，使气体或气溶胶能够均匀流经细胞培养表面，从而减少沉降和浓度梯度带来的误差。这类径向流暴露理念正是当前国际主流气液界面系统的核心原理之一。

例如，德国CULTEX 公司的 CULTEX® RFS 系统，德伯科技Databiosci的ACP3\ACP6\ACP16等都是典型的径向流气液界面细胞暴露装置，其通过多通道、等径气流设计，在每个培养位点上实现均匀、可控的颗粒沉积和气体暴露。类似的系统能够精准控制流量、温湿度及气溶胶稀释倍数，确保细胞处于稳定的气液界面环境。这类设备的广泛应用，使得研究者能够在体外真实模拟吸入暴露，从单一污染物到复杂混合污染、从环境毒理到吸入制剂开发，都具备极高的科学价值。

结果与启示：共性通路与精准防护

卢汉坤等人的研究首次从 分泌组学 角度揭示了 O₃ 与 DEP 共同的分子响应通路。两者虽启动机制不同，但均导致细胞外信号调节的紊乱，激活 Wnt 和 MHC 相关通路，从而推动免疫炎症反应的放大。这一发现提示我们，空气污染的健康效应不应只关注单一污染物，而应识别共性分子靶点，以便设计更有效的干预策略，如抗氧化剂、Wnt 信号调节剂或屏障修复药物。

气液界面细胞暴露技术的科研与应用价值

这项研究再次印证了气液界面模型的独特优势：

1. 暴露真实性——模拟人体气道的物理结构与空气接触方式；

2. 剂量可控性——污染物浓度、暴露时间、气流速度可精确设定；

3. 细胞损伤小—— 细胞受气体剪切力损伤更小；

4. 可延展性——适用于多种细胞类型，如 A549、NHBE、HBE、HaCaT 等；

5. 多维度检测——结合 转录组、蛋白组、代谢组      和 免疫学指标，实现多层次机制研究。

在实际科研中，CULTEX、Databiosci （德伯科技）等品牌均提供了成熟的气液界面细胞暴露系统(德伯科技除提供经典的动态细胞暴露系统还提供细胞静态暴露系统Mistber，适用液体雾化气溶胶快速的气液界面暴露实验)平台，支持气溶胶、烟雾、纳米颗粒及气体暴露实验。尤其是国产化系统的兴起，使国内科研团队能够以更合理的成本建立高标准的暴露平台，推动毒理学、药理学和公共卫生研究的深入发展。

结语：从细胞界面到健康防线

气液界面细胞暴露系统正成为现代呼吸毒理学的“显微镜”。它不仅让我们看到污染颗粒如何破坏细胞屏障，也揭示了体外系统与人体反应之间的内在关联。卢汉坤等人的研究以高通量蛋白组学为工具，从分泌层面描绘出污染暴露后气道细胞的“信号风暴”，为理解空气污染的系统性危害提供了新的分子依据。

随着气液界面细胞暴露技术的标准化与设备国产化，未来的实验室将能够更精准、更经济地模拟真实吸入环境，为空气质量管理、疾病防控及药物开发提供坚实的科学支撑。

参考文献

Lu H., Xiang J., Zhou X. et al. (2025). Alteration of the Secretome in Airway Epithelial Cells by Air Pollutants: Evidence from an Air–Liquid Interface Model. Lung, 203: 98. ProteomeXchange Dataset: PXD068246.