Elektronische Zigaretten (E-Zigaretten) umfassen eine Vielzahl von batteriebetriebenen Geräten, die durch Erhitzen einer Flüssigkeit, die ein Lösungsmittel (in der Regel Propylenglykol und/oder Glycerin), Aromastoffe und Nikotin enthält, ein Aerosol zum Inhalieren erzeugen. Die Beliebtheit der E-Zigarette hat in den letzten Jahren sowohl bei Rauchern als auch bei Nichtrauchern zugenommen. Dreizehn Prozent der erwachsenen US-Bürger gaben 2013 an, E-Zigaretten zu konsumieren, gegenüber 1,8 % im Jahr 2010, aber ein Drittel der derzeitigen Nutzer waren Nichtraucher oder ehemalige Tabakraucher (1). In diesem Zusammenhang sind die potenziellen funktionellen Auswirkungen des E-Zigarettenkonsums auf das Organ des ersten Durchgangs, die menschliche Lunge, noch nicht ausreichend erforscht.
In diesem Zusammenhang ist die Immunüberwachung der Lunge teilweise von der Erkennung von Gefahren durch Makrophagen-Inflammasomen abhängig. Inflammasomen sind multimere Komplexe, die als Reaktion auf verschiedene Reize gebildet werden und für die Beseitigung von Krankheitserregern von entscheidender Bedeutung sind (2). Die meisten Inflammasome aktivieren Caspase-1 über ein Adaptormolekül, ein Apoptose-assoziiertes speck-ähnliches Protein, das eine Caspase-Aktivierungs- und Rekrutierungsdomäne (ASC) enthält, die die Spaltung von pro-IL-1β in reifes IL-1β fördert und die Pyroptose der Zellen einleitet. Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass extrazelluläres ASC eine zusätzliche prionenähnliche Aktivität haben könnte, da ASC charakteristischerweise Polymere bildet, die amyloidähnliche Ablagerungen verursachen können, die Gewebeverletzungen fördern (3). Bemerkenswert ist, dass auch in der BAL-Flüssigkeit von Menschen, insbesondere von Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung, erhöhte ASC-Werte festgestellt wurden (3). Wir wollten daher herausfinden, ob der Konsum von E-Zigaretten die Freisetzung von ASC in der Lunge fördern kann, indem wir die ASC-Werte in der BAL-Flüssigkeit von gesunden Nichtrauchern, Rauchern und E-Zigarettenkonsumenten verglichen.
Methoden
Dreiundvierzig normale Probanden, die sich aus Rauchern, Nichtrauchern und E-Zigarettenkonsumenten zusammensetzten (Tabellen 1 und2)2), unterzogen sich einer elektiven Bronchoskopie mit 100-140 ml salzhaltiger BAL-Flüssigkeit nach einer vom Institutional Review Board (IRB 2015C0088) genehmigten informierten Zustimmung als Teil einer größeren Studie, die die Auswirkungen von E-Zigaretten auf Biomarker in der Lunge untersucht. Als Raucher wurden diejenigen definiert, die mindestens 10 Zigaretten pro Tag über einen Zeitraum von mindestens 6 Monaten geraucht hatten und innerhalb eines Jahres keine E-Zigarette benutzt hatten. E-Zigarettenkonsumenten wurden als Nichtraucher definiert, die mindestens eine nikotinhaltige Patrone pro Tag oder 1 ml Liquid pro Tag über einen Zeitraum von mindestens 3 Monaten verwendet hatten. 12 von ihnen waren ehemalige Raucher (>5 Monate; Mittelwert = 8 Jahre). Nie-Raucher hatten in ihrem Leben weniger als 100 Zigaretten geraucht und seit mindestens 1 Jahr nicht mehr, ohne dass sie in diesem Zeitraum E-Zigaretten benutzt hatten. Der Nichtraucherstatus wurde durch Cotinin im Speichel (NicAlert; Nymox Pharmaceuticals) bestätigt. Alle Teilnehmer wurden nach dem Zufallsprinzip der rechten oder linken Lunge für die Bronchoskopie zugewiesen, und zwar im Verhältnis 1:1 innerhalb jeder Gruppe mit Raucherstatus (Nie-Raucher, E-Zigarettenkonsumenten und Raucher). Die BAL-Flüssigkeitsproben wurden bei 300 g und 4 °C geschleudert, um die Zellen vom Überstand zu trennen. Die zellfreie Lavageflüssigkeit wurde in Aliquots aufbewahrt und bis zur Verarbeitung bei -80°C eingefroren. Die Analyse der BAL-Flüssigkeit erfolgte mit Sandwich-ELISAs für ASC und Caspase-1, bei denen kommerzielle monoklonale Maus-Antikörper mit polyklonalen Kaninchen-Antikörpern kombiniert wurden, die in unserem Labor entwickelt worden waren (4), sowie mit einem Bead-ELISA für IL-1β (Meso Scale Discovery).
Ergebnisse
Die BAL-Proben wurden für die Gesamt- und Differenzialzellzahl aufbereitet. Raucher wiesen die höchsten Gesamtzellzahlen auf, die im Vergleich zu Nie-Rauchern statistisch signifikant waren (P = 0,003; Tabellen 1 und 2).2). Raucher wiesen im Vergleich zu Nichtrauchern und E-Zigarettenkonsumenten die höchsten Gesamtzahlen an Makrophagen auf, die jedoch nur im Vergleich zu Nichtrauchern statistisch signifikant waren (P = 0,006). Was die Inflammasom-Komponenten in der BAL-Flüssigkeit anbelangt, so konnten ASC und Caspase-1 in der nicht konzentrierten Flüssigkeit leicht nachgewiesen werden, und beide korrelierten mit den Makrophagenkonzentrationen (r2 = 0,52 [P < 0,0001] bzw. r2 = 0,55 [P < 0,0001]).
Die ASC-Konzentration in der BAL-Flüssigkeit war bei Rauchern und E-Zigarettenkonsumenten höher als bei Nichtrauchern (P = 0,0005 bzw. P = 0,04), aber die ASC-Konzentration bei E-Zigarettenkonsumenten unterschied sich statistisch nicht von derjenigen der Raucher (Abbildung 1). Die Caspase-1- und IL-1β-Spiegel verliefen weitgehend parallel zu den ASC-Daten. Die Caspase-1-Werte waren bei Rauchern höher als bei E-Zigarettenkonsumenten und Nichtrauchern (P = 0,04 bzw. P = 0,0003), aber die Caspase-1-Werte bei E-Zigarettenkonsumenten unterschieden sich nicht von denen der Nichtraucher. Schließlich waren die IL-1β-Spiegel in der BAL-Flüssigkeit bei Rauchern am höchsten (Median, 4,6 pg/ml; Interquartilsbereich [IQR], 2,7-7,3) und statistisch signifikant im Vergleich zu E-Zigarettenkonsumenten und Nichtrauchern (Median, 1,0 pg/ml [IQR, 0,8-1,6; P = 0,0005] bzw. Median, 1,0 pg/ml [IQR, 0,7-1,2; P = 0,001]).
Diskussion
Bei dieser Studie handelt es sich um die erste Querschnittsstudie zur Freisetzung von Inflammasom-Proteinen in menschlicher BAL-Flüssigkeit, in der verschiedene Raucherkategorien, einschließlich des ausschließlichen Gebrauchs von E-Zigaretten, verglichen wurden; die meisten Teilnehmer waren ehemalige Raucher. Im Einklang mit früheren Studien wiesen Raucher im Vergleich zu Nichtrauchern eine höhere Gesamtzahl an Entzündungszellen und Makrophagen auf (5). Es ist bemerkenswert, dass die Anzahl der Makrophagen bei E-Zigaretten zwischen Rauchern und Nichtrauchern lag. Diese Ergebnisse stimmen mit Studien an Mäusen (6) und Menschen (7) überein, die darauf hindeuten, dass E-Zigarettenkonsum die angeborene Immunität beeinträchtigen kann.
Im Zusammenhang mit der Inflammasom-Aktivierung waren die ASC-Werte in der BAL-Flüssigkeit aller Probanden höher als erwartet. Normalisiert auf die geschätzte Epithelschleimhautflüssigkeit (d. h. etwa 100-fach verdünnt in BAL [8]), lag die ASC-Konzentration bei Rauchern bei etwa 4 μg/ml Epithelschleimhautflüssigkeit (d. h. etwa 1.000-mal höher als die von uns beobachteten Plasmakonzentrationen; unveröffentlichte Beobachtung). Die Bedeutung dieses lungenzentrierten ASC-Anstiegs ist noch nicht geklärt, er wird jedoch mit "prionoiden" Funktionen von oligomerem ASC in Verbindung gebracht (9, 10). Wichtig ist, dass die ASC-Werte den Raucherstatus widerspiegeln. E-Zigaretten-Benutzer wiesen ASC-Werte auf, die zwischen denen von Nie-Rauchern und Rauchern lagen. Sowohl die Caspase-1- als auch die IL-1β-Konzentrationen entsprachen den ASC-Konzentrationen in den drei Gruppen, was darauf hindeutet, dass die ASC-Konzentrationen zum Teil die Inflammasom-Aktivierung widerspiegeln, obwohl es keinen nennenswerten Unterschied in den IL-1β-Konzentrationen zwischen Nie-Rauchern und E-Zigarettenkonsumenten gab. Insgesamt deuten diese Daten darauf hin, dass der Konsum von E-Zigaretten weniger zur Lungenentzündung beiträgt als der Konsum von Tabak zum Verbrennen. In dieser Querschnittsstudie lieferte der E-Zigarettenkonsum jedoch ein Entzündungssignal, das über dem von Nichtrauchern lag. Da wir in unserer E-Zigaretten-Kohorte Resteinflüsse durch früheren Konsum von Rauchtabak nicht ausschließen können, sind Längsschnittstudien zum E-Zigarettenkonsum bei Nie-Rauchern weiterhin erforderlich, um die entzündlichen Auswirkungen des E-Zigarettenkonsums besser zu charakterisieren. Darüber hinaus müssen künftige Arbeiten die relative Wirkung von Nikotin im Vergleich zu anderen Bestandteilen, einschließlich Trägerstoffen und Aromen, untersuchen, die in dieser Studie nicht untersucht wurden.
https://doi.org/10.1164/rccm.201808-1467le
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30608866/
Tsai M, Song MA, McAndrew C, et al. Electronic versus Combustible Cigarette Effects on Inflammasome Component Release into Human Lung. Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(7):922-925. doi:10.1164/rccm.201808-1467LE
