Sea spray aerosols (SSAs) have profound effects on climate and ecosystems. Furthermore, the presence of microbiota and biogenic molecules, produced by among others marine phytoplankton, in SSAs could lead to potential human health effects. Yet the exposure and effects of SSAs on human health remain poorly studied. Here, we exposed human epithelial lung cells to different concentrations of extracts of a natural sea spray aerosol (SSA), a laboratory-generated SSA, the marine algal toxin homoyessotoxin and a chemical mTOR inhibitor. The mTOR inhibitor was included as it has been hypothesized that natural SSAs may influence the mTOR cell signaling pathway. We observed significant effects on the mTOR pathway and PCSK9 in all exposures. Based on these expression patterns, a clear dose response relationship was observed. Our results indicate a potential for positive health effects when lung cells are exposed to environmentally relevant concentrations of natural SSAs, whereas potential negative effects were observed at high levels of the laboratory SSA and the marine algal toxin. Overall, these results provide a substantial molecular evidence base for potential positive health effects of SSAs at environmentally relevant concentrations through the mTOR pathway. The results provided here suggest that SSAs contain biomolecules with significant pharmaceutical potential in targeting PCSK9. NOTE: JA and EVA shared equally in this work.

Sea spray aerosol (SSA) is a complex mixture of natural substances that can be inhaled by coastal residents. Previous studies have suggested that SSA may have positive effects on human health, but the molecular mechanisms and the factors influencing these effects are poorly understood. In this study, we exposed human bronchial epithelial cells (BEAS-2B) to natural SSA samples, collected monthly using quartz microfiber filters mounted on tripods within 15 m of the waterline, with air drawn through pumps, throughout a one-year period at the Ostend coast, Belgium, and measured cellular gene expression changes using RNA sequencing. To simulate environmentally relevant exposure conditions, SSA extracts were applied at scaled doses equivalent to human alveolar exposure levels (multiplicative factors M = 10, 20, 40, and 80). We found that SSA exposure influenced the expression of genes involved in critical signaling pathways: mTOR, PI3K, Akt, and NF-κB were downregulated, while AMPK was upregulated. Downregulation of mTOR, PI3K, Akt, and NF-κB potentially indicates a protective response against tumor-promoting and inflammatory signals, whereas upregulation of AMPK may confer a beneficial effect on metabolic regulation. The number and direction of differentially expressed genes (DEGs) varied depending on the SSA sampling time and correlated with the phytoplankton density and chemical diversity of the SSA samples. Our results suggest that SSA contains bioactive compounds that may originate from marine algae and modulate cellular processes related to human health. We provide novel insights into the molecular effects of SSA exposure and highlight its potential as a source of natural therapeutics. To our knowledge, this is the first study to expose human lung cells to natural SSA at environmentally relevant levels, presenting a pioneering exploration of seasonal variations in exposure effects.