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研究背景和目的:孕期尼古丁暴露对于包括心脏发育在内的胚胎生长发育危害巨大且机制复杂,而胎儿生长发育有赖于胎盘-心脏轴系的维系,胎盘的异常将导致心脏发育不良,胎盘滋养层细胞的活动在胎盘正常发育过程中不可或缺。而尼古丁乙酰胆碱受体(Nicotinic acetylcholine receptors,n ACh Rs)在这些过程中可能起关键作用,但尼古丁对n ACh Rs的影响尚不清楚。本研究试图从胎盘功能的角度探究尼古丁对心脏发育的影响及其相关机制,并揭示尼古丁对n ACh Rs表达的影响规律。方法:用尼古丁处理人胚胎干细胞系H9细胞、人诱导的多能干细胞(Induced pluripotent stem cell,IPSC)、人脐带间充质干细胞(Umbilical cord mesenchymal stem cell,UCMSC)、人骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cell,BMMSC)、H9诱导分化成的心脏前体细胞、滋养层细胞(HTR-8/SVneo系),以及怀孕的C57BL/6J鼠,观察尼古丁对细胞和动物的影响。通过PCR来检测相关基因的RNA水平,Western blot检测蛋白表达水平,细胞免疫荧光进行表达定位,同时通过蛋白磷酸化芯片技术检测蛋白磷酸化水平,通过侵袭实验、细胞增殖实验等来研究尼古丁对滋养层细胞的影响。RNA转录组测序检测尼古丁处理后的滋养层细胞及胎鼠心脏转录水平的改变。结果:H9向心肌分化过程中,尼古丁处理后的心脏前体细胞中的Gata4、Mef2c、c Tn I显著下调,磷酸化位点检测显示磷酸化水平增加的分子主要是CD4,ATP1A1,BLNK,Trk B,MKK4/SEK1,CDK5,Ezrin,降低的是PTEN,Tau,PKD1/PKCμ,IKK-α,Histone H2A.X。此外,孕鼠中尼古丁组出现死胎,胎龄12.5天的胎鼠心脏测序显示共有5563个差异基因,部分心脏发育关键基因异常调节,且主要富集在包括氧化磷酸化通路在内的8条通路,并筛选出7个关键基因,分别是Atg7、Keap1、Lnx1、Ube2a、skp1a、Trim63、Nedd4l。而HTR-8/SVneo表达α3、α7、α9和β1,尼古丁下调CXC家族趋化因子配体12(C-X-C motif chemokine ligand 12,CXCL12)的表达,且抑制滋养细胞的侵袭,而α7受体抑制剂甲基牛扁碱(Methyllycaconitine,MLA)阻止尼古丁的抑制作用,CXCL12挽救尼古丁对HTR-8/SVneo细胞的侵袭活动的抑制效应。在H9和IPSC检测到相同的n ACh Rs亚型,包括α2、α3、α4、α7、α9、β1,而BMMSC仅α4、α7、α9、β1表达明显,UCMSC亦表达α2、α3、α4、α7、α9、β1。尼古丁处理后,α7在四种细胞中无明显改变,而α2在H9、UCMSC中显著下调,而在IPSC中发生上调,在BMMSC中,β2明显上调。结论:尼古丁干扰心肌细胞的分化,调控心脏发育部分基因的异常表达,并且尼古丁可影响心脏发育和胎盘共有的通路或关键基因,即影响胎盘-心脏轴。尼古丁通过结合α7受体并下调CXCL12的表达从而抑制滋养层细胞的侵袭,影响胎盘功能,这可能是介导尼古丁影响心脏发育的机制之一。而n ACh Rs在不同的细胞中表达存在差异,在生长发育中扮演重要角色。n ACh Rs接受尼古丁的调控,而α7受体稳定性高。