基于CometChip技术检测3D人支气管上皮细胞模型中PAHs诱导DNA大加合物的研究

为解决多环芳烃(PAHs)代谢激活导致的DNA损伤检测难题，研究人员利用高通量CometChip技术，首次在单层和气液界面(ALI)培养的原代人支气管上皮细胞(HBECs)中定量分析苯并[a]芘(BAP)诱导的dG-BPDE加合物修复中间体。研究发现HBECs具有与HepG2相当的代谢活化能力，且ALI模型能更真实模拟体内暴露反应，为呼吸道毒理学研究提供了新方法学范式。

　　

多环芳烃(PAHs)作为广泛存在的环境污染物，其代表性物质苯并[a]芘(BAP)通过代谢活化形成DNA加合物，是诱发肺癌等疾病的关键因素。然而传统检测方法在复杂细胞模型中的应用存在局限：一方面，原代人体细胞代谢活化的定量研究不足；另一方面，现有基因毒性检测技术难以兼顾高通量与复杂三维模型。更棘手的是，气液界面(ALI)培养的人支气管上皮细胞(HBECs)虽能更好模拟呼吸道暴露场景，但其DNA损伤响应机制尚未系统阐明。

为突破这些技术瓶颈，来自美国国家环境健康科学研究所资助团队的研究人员创新性地将高通量CometChip技术应用于单层和ALI培养的HBECs，通过修复捕获策略成功检测BAP代谢产物dG-BPDE加合物去除过程中产生的单链断裂。这项发表在《Toxicology》的研究，不仅验证了HBECs的代谢活化能力，更建立了适用于复杂细胞模型的基因毒性检测新范式。

研究采用三项核心技术：1) 优化CometChip平台使其适配ALI培养的3D细胞样本；2) 利用羟基脲(HU)和阿糖胞苷(AraC)捕获核苷酸切除修复(NER)中间体；3) 平行比较单层HBECs、ALI-HBECs与代谢阳性对照HepG2细胞的响应差异。所有细胞样本均来源于原代人体支气管组织。

结果部分显示：
代谢能力验证：单层HBECs在0.001-1 μg/mL BAP暴露24小时后，DNA损伤呈现剂量依赖性增加，其响应模式与HepG2相似，而小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)无显著变化，证实HBECs具有PAHs代谢活化能力。
ALI模型适应性：改良的CometChip成功检测到ALI-HBECs在0.04-1.14 μg/cm² BAP暴露后的DNA损伤，损伤程度与CYP1A1酶活性诱导呈正相关。
敏感性比较：单层培养比ALI-HBECs对BAP更敏感，这可能与ALI模型中黏液层和细胞分化的保护作用有关。值得注意的是，CometChip检测下限显著低于细胞毒性、屏障完整性破坏等终点指标。

讨论部分强调：该研究首次系统证实ALI-HBECs能有效代谢活化BAP并产生可检测的DNA修复中间体，为呼吸道毒理学研究提供了更接近人体的实验模型。方法学上，通过将CometChip与修复捕获策略结合，实现了对传统彗星实验无法检测的DNA大加合物的定量分析，且灵敏度优于常规毒性指标。Bevin P. Engelward团队开发的这一技术路线，为复杂体外模型的基因毒性评估建立了标准化流程，对推动动物实验替代和精准毒理学发展具有重要意义。

研究同时指出，ALI模型中观察到的代谢差异提示需要进一步优化暴露参数，而CometChip在3D模型中的应用规范仍需完善。这些发现不仅为PAHs风险评估提供了新数据，更拓展了器官芯片技术在环境健康研究中的应用边界。