该图像说明了研究人员如何使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）研究尼古丁暴露对源自人胚胎干细胞的各种细胞谱系的不利影响。
研究人员2月28日在“干细胞报告”杂志上报道，尼古丁在个体细胞水平上对人类胚胎发育产生广泛的不利影响。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对发育中胎儿个体器官和影响的新见解，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，在怀孕或考虑拥有家庭时远离吸烟提供了科学依据，”斯坦福大学学院的资深作者说。医学。“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。”
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。
为了解决这些局限性，Wu和他的合作者使用单细胞RNA测序来分析21天尼古丁暴露对由hESC衍生的产生的总共12,500个细胞的转录组的影响，所述胚胎体是不同的3-D聚集体。多能细胞的类型，产生大脑，心脏，肝脏，血管，肌肉和其他器官。他们发现细胞存活率下降，表明尼古丁早在植入前阶段就会影响胚胎发育。
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。
“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，”吴说。
研究人员还发现，尼古丁暴露导致金属毒性和线粒体功能，脑畸形和智力残疾，肌肉发育和疾病，以及影响心肌细胞收缩性的Ca2+相关心律失常的基因表达改变。
“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。”
