塩化ベンザルコニウムと塩化セチルピリジニウムは、ヒト肺上皮細胞のアポトーシスを誘導し、肺界面活性剤単層の表面活性を変化させます

第四紀アンモニウム化合物（例：塩化ベンザルコニウム（BAC）および塩化セチルピリジニウム（CPC））は、潜在的な肺毒性にもかかわらず、個人衛生と医療に広く使用されています。肺胞領域に堆積したBACおよびCPCエアロゾルが肺機能を変化させるかどうかを調べるために、2段階のin vitroモデルを使用して肺界面活性剤への影響を研究しました。A549肺胞上皮細胞を使用した細胞毒性と、surfacten®と1,2-ジパリトイル-Sn-グリセロ-3-ホスホコリン（DPPC）の両方を使用した肺界面活性剤単層の表面活性の変化。細胞生存率は、BACおよびCPCの用量依存的に減少しました。アルキル鎖の長さが異なるBACホモログ間の細胞毒性の比較により、最も長いアルキル鎖を持つC16-BACがC12-またはC14-BACよりも細胞毒性が高いことが示されました。カスパーゼ-3/7活性および切断されたカスパーゼ-3およびPARPは、BACおよびCPCに曝露した細胞で増加しました。カスパーゼ-3/7活性の上昇とそれらの切断された活性型は、カスパーゼ-3阻害剤によって廃止されました。さらに、BAC、CPC、または塩化ピリジニウムを含むサブフェーズ上の脂質単層の脂質単層の原子力顕微鏡（AFM）画像による表面圧/トラフ面積（π-A）等温線の特徴を調べました（PC、コントロールとして）。π-A等温線は、BACまたはCPCの添加により、圧縮なしで表面圧の用量依存性の増加が得られることを示し、BACとCPCが等温線をより低い圧力でより大きな領域に拡大することを示しています。崩壊圧力は、CPCの濃度の増加とともに減少しました。地形画像は、BACとCPCがコントロールと比較してより小さな凝縮脂質ドメインをもたらすことを示しました。逆に、炭化水素尾グループのないPCは細胞毒性を示さず、等温線とAFM画像を変化させませんでした。これらの結果は、BACとCPCがA549細胞のカスパーゼ-3依存性アポトーシス経路を介して細胞死を引き起こし、肺胞界面活性剤活性を変化させることを示しています。これらの効果は、BACおよびCPCの長いアルキルチェーンに起因する可能性があります。

Quaternary ammonium compounds (e.g., benzalkonium chloride (BAC) and cetylpyridinium chloride (CPC)) constitute a group of cationic surfactants are widely used for personal hygiene and medical care despite the potential pulmonary toxicity. To examine whether BAC and CPC aerosols deposited in the alveolar region alter pulmonary function, we studied the effects on pulmonary surfactant using two-step in vitro models; cytotoxicity using A549 alveolar epithelial cell and changes in surface activity of the pulmonary surfactant monolayer using both Surfacten® and 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC). Cell viability was decreased with BAC and CPC dose-dependently. A comparison of cytotoxicity among BAC homologues with different length of alkyl chain showed that C16-BAC, which has the longest alkyl chain, was more cytotoxic than C12- or C14-BAC. Caspase-3/7 activity and cleaved form of caspase-3 and PARP were increased in BAC- and CPC-exposed cells. The elevated caspase-3/7 activity and their cleaved active forms were abolished by caspase-3-inhibitor. Furthermore, we examined the features of the surface pressure/trough area (π-A) isotherm by the Langmuir-Wilhelmy method and atomic force microscopy (AFM) images of lipid monolayers on a subphase containing BAC, CPC, or pyridinium chloride (PC, as a control). The π-A isotherms showed that addition of BAC or CPC yielded dose-dependent increases in surface pressure without compression, indicating that BAC and CPC expand the isotherm to larger areas at lower pressure. The collapse pressure diminished with increasing concentration of CPC. Topographic images indicated that BAC and CPC resulted in smaller condensed lipid domains compared to the control. Conversely, PC without hydrocarbon tail group, showed no cytotoxicity and did not change the isotherms and AFM images. These results indicate that BAC and CPC cause cell death via caspase-3-dependent apoptotic pathway in A549 cells and alter the alveolar surfactant activity. These effects can be attributed to the long alkyl chain of BAC and CPC.