尼古丁可能影响单细胞水平的人类胚胎发育

研究人员2月28 日在“ 干细胞报告 ”杂志上报告说，尼古丁在个体细胞水平上对人类胚胎发育产生了广泛的不利影响。人胚胎干细胞(hESC)衍生的胚状体的单细胞RNA测序显示，3周的尼古丁暴露会破坏细胞间的通讯，降低细胞存活率，并改变调节心肌等关键功能的基因的表达。 - 细胞收缩。

作者说，这种干细胞模型提供了尼古丁对发育中胎儿个体器官和细胞影响的新见解，可用于优化药物和环境毒性筛查。

这些结果尤其重要，因为它们为教育公众，特别是年轻女性提供了科学依据，以便在怀孕或考虑养家糊口时远离吸烟。在烟草，电子香烟和尼古丁口香糖等产品中发现的尼古丁可能会对怀孕期间发育中胚胎的不同器官产生广泛的有害影响。“

高级作者斯坦福大学医学院的Joseph C. Wu(@StanfordCVI)怀孕期间的母亲吸烟是出生缺陷(例如流产，生长受限和早产)的既定风险因素。它与后代的长期不良神经行为，心血管，呼吸，内分泌和代谢结果密切相关。尼古丁是吸烟的主要化学成分，主要是风险升高的原因。不幸的是，含有尼古丁的新烟草制品(如电子烟)的引入和推广正在扭转最近在减少烟草使用方面取得的进展。

大量研究已经阐明了尼古丁在动物中的负面影响，主要是在啮齿动物模型中。动物研究表明，怀孕期间尼古丁暴露对胎儿发育有不利影响。但由于种间差异，这项研究是否可以转化为人类仍然值得怀疑。虽然其他研究通过大量RNA测序分析检测了使用人体细胞的尼古丁毒性，但这些常规研究不允许研究人员研究单细胞水平的影响。因此，尼古丁对人类胚胎发育的影响和潜在的分子机制仍然知之甚少。

To address these limitations, Wu and his collaborators used single-cell RNA sequencing to analyze the effects of 21 days of nicotine exposure on the transcriptomes of a total of 12,500 cells generated from hESC-derived embryoid bodies, which are 3D aggregates of different types of pluripotent cells that give rise to the brain, heart, liver, blood vessels, muscles, and other organs. They found that cell survival decreased, suggesting that nicotine can affect embryo development as early as the preimplantation stage.

尼古丁暴露也降低了胚状体的大小，增加了被称为活性氧物质的破坏性分子的水平，并导致胚状体的异常形成和分化。此外，尼古丁暴露改变了从hESC分化的广泛的祖细胞中的细胞周期，并导致细胞间通讯失调，这是另一种尚未得到充分研究的副作用。

吴说：这很重要，因为我们知道吸烟和尼古丁已被证明会增加内分泌，生殖，呼吸，心血管和神经系统的病理风险，这些系统依赖于多种细胞类型之间错综复杂的动态相互作用来稳态和功能。

“我们研究的一个主要含义是，我们现在已经验证了一种评估药物和环境毒性对人类胚胎发育影响的新方法，”吴说。“但是一个主要的限制是，我们无法概括使用hESCs分化成胚胎体的孕妇的全身生理学。例如，运动，压力，食物或荷尔蒙变化的影响未被捕获模型。”未来，研究人员计划进一步研究尼古丁诱导的胎儿出生缺陷的机制。“我们希望这将导致发现新型生物标志物，可以帮助医生更好地预防，诊断和治疗这些疾病，”吴说。“此外，我们计划利用我们的hESC衍生的胚胎体模型和单细胞测序技术来研究其他有害条件的广泛影响，如空气污染对人类胚胎发育的影响。”

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