金黄色葡萄球菌是人体常见的机会性病原体，其空气传播与呼吸系统疾病发病率增加有关。然而，气溶胶暴露对支气管上皮细胞的损伤机制和生物标志物仍不清楚。一项发表于《Environmental Pollution》的最新研究，使用CULTEX®气-液界面暴露系统，系统地评估了金黄色葡萄球菌气溶胶对16HBE细胞的毒性效应和分子机制。
金黄色葡萄球菌是一种常见的革兰氏阳性球菌，定植于超过30%的人群的鼻腔皮肤中。它可通过空气传播，在住宅、医院、托儿所等多种环境中被检测到。空气暴露与呼吸系统疾病发病率增加相关。气道上皮是抵御吸入病原体的第一道屏障，但目前对于金黄色葡萄球菌气溶胶暴露的毒性机制和相关生物标志物的了解仍然不足。
本研究采用气-液界面暴露系统，旨在系统评估金黄色葡萄球菌气溶胶暴露对16HBE细胞的多层次细胞毒性，从屏障完整性损伤到潜在分子机制和生物标志物的全面解析。
本研究使用CULTEX®暴露腔室建立气-液界面暴露系统，将气溶胶化的金黄色葡萄球菌直接沉积于ALI培养的16HBE细胞上。检测方法包括细胞活力和增殖能力评估、炎症因子和毒性基因表达分析，以及高通量miRNA测序。
1. 浓度依赖性细胞损伤
随着金黄色葡萄球菌气溶胶浓度从3.21×10⁵ CFU/m³增加到6.54×10⁶ CFU/m³，16HBE细胞的活力、增殖能力和线粒体膜电位呈浓度依赖性下降。
2. 细菌入侵与细胞防御机制
金黄色葡萄球菌通过上调hla、hlb、sea、coa、nuc等基因，分泌成孔毒素、凝固酶、核酸酶、肠毒素和β-溶血素，导致细胞裂解并诱发细胞因子风暴。16HBE细胞主要通过上调TLR1和TLR5来识别入侵、激活免疫反应并保护细胞膜。
3. miRNA生物标志物
miRNA测序显示，12个跨暴露组共有的miRNA可能作为金黄色葡萄球菌气溶胶暴露的潜在生物标志物。其中，miR-19a-3p、miR-18a-5p、miR-106b-5p和miR-142-5p可能通过靶向CRK、NCOA3、MAPK1和TGFR2等基因，影响MAPK信号通路。
本研究阐明了金黄色葡萄球菌气溶胶暴露对呼吸细胞的损伤机制和潜在生物标志物，为空气传播病原体暴露的毒性评估提供了新的方法和靶点。同时，该研究也展示了CULTEX®气-液界面暴露系统在病原体气溶胶毒性评估中的应用价值——通过模拟真实的吸入暴露过程，获得了比传统浸没式暴露更贴近生理实际的研究数据。
德伯科技作为Cultex在中国地区的技术服务合作伙伴，不仅能为国内用户提供该系统的全面技术支持，更致力于吸入暴露领域的国产化创新。我们自主研发的ACP系列细胞暴露系统（也叫细胞染毒系统），对标Cultex，
文献中使用的是CULTEX®暴露室集成气溶胶生成的ALI系统。在16个HBE细胞暴露于金黄色葡萄球菌气溶胶后，首先确定了细胞的存活能力和膜完整性，以评估严重的细胞损伤程度。
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结语
随着空气传播病原体研究的深入，气-液界面暴露系统正在成为吸入毒理学的重要工具。从CULTEX®的成熟应用到国产替代方案的逐步推进，研究者将有更多选择来开展高质量的吸入暴露研究。
参考资料：Toxic mechanisms and biomarkers of Staphylococcus aureus aerosol exposure to human respiratory cells at the air-liquid interface
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