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产前尼古丁暴露会损害胎儿皮层灰质体积，但确切的细胞机制尚不清楚。2025年7月发表于《自然·通讯》的一项研究阐明了烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）在人类皮层发育过程中对祖细胞和放射状胶质细胞（RG）的调控作用。研究在SOX2+祖细胞和神经元中鉴定出两个nAChR亚基——CHRNA7和人类特异性CHRFAM7A，其中CHRFAM7A沿RG足突特别富集。在器官型切片和分离培养物中激活nAChR可增加RG增殖并减少神经元分化，而敲低nAChR则减少RG并增加神经元。单细胞RNA测序揭示，尼古丁暴露下调兴奋性神经元中的关键基因，而CHRNA7或CHRFAM7A选择性调节这些变化，提示调控通路的进化分歧。此外，研究确定YAP1为nAChR信号的关键下游效应器，抑制YAP1可逆转尼古丁诱导的oRG细胞表型改变，突显其在尼古丁诱导的神经发育病理生理学中的作用。

一、研究背景

产前尼古丁暴露：全球1.7-21%孕妇继续吸烟；尼古丁替代疗法也存在风险。尼古丁对nAChR的亲和力高于内源性ACh。与自闭症、精神分裂症、ADHD等神经发育疾病相关。

α7 nAChR：由CHRNA7编码的同源五聚体配体门控离子通道；在认知功能中起关键作用，与精神分裂症相关。

CHRFAM7A：CHRNA7部分重复形成的人类特异性基因；编码dupα7亚基，可与天然α7亚基组装并负调控受体功能。微缺失与精神分裂症和双相情感障碍相关。

放射状胶质细胞：皮层发育中的主要干细胞；人类具有大量oRG细胞，是皮层扩张的关键驱动因素。

科学问题：nAChR是否在人类皮层发育的祖细胞中表达并发挥功能？尼古丁暴露如何影响RG和oRG细胞的命运？

二、核心发现

2.1 胆碱能纤维与oRG细胞在发育中人类皮层共定位

AChE分布：GW15和GW22皮层中，AChE富集于oSVZ、CP和MZ。与RG的关联：AChE与HOPX+ oRG细胞和VIM+放射状纤维共定位。区域普遍性：运动皮层、视觉皮层有相似模式，提示胆碱能信号在皮层发育中具有普遍作用。

2.2 CHRNA7和CHRFAM7A在主要祖细胞微环境中表达

RNA表达（scRNA-seq）：RG、分裂祖细胞、oRG细胞、早期神经元中均有表达。蛋白表达（Western blot）：GW15-GW23全皮层和富集GZ样本中均有表达。空间定位（RNAscope/免疫组化）：VZ和CP中高表达，与SOX2+和SOX2-细胞共定位；在RG顶端足突和CP中高表达；SOX2+ oRG细胞中表达。细胞类型特异性：SOX2+祖细胞（VZ）和NEUN+神经元（CP）中表达；在ZO-1+ RG顶端足突富集。类器官验证：与原代组织相似；在KI67+细胞中高表达。

2.3 nAChR激活对皮层祖细胞和神经元的影响

ACh：SOX2+祖细胞↑，KI67+增殖细胞↑，HOPX+ oRG细胞↑，EOMES+ IPC—，NEUN+神经元↓，CTIP2+深层神经元↓（IZ），SATB2+上层神经元—。尼古丁：SOX2+祖细胞↑，KI67+增殖细胞↑，HOPX+ oRG细胞↑，EOMES+ IPC↑，NEUN+神经元↓，CTIP2+深层神经元↓，SATB2+上层神经元—。PNU（α7特异性激动剂）：SOX2+祖细胞↑（趋势），KI67+增殖细胞↑，HOPX+ oRG细胞↑，EOMES+ IPC—，NEUN+神经元↓，CTIP2+深层神经元↓，SATB2+上层神经元—。关键观察：未观察到S100B+星形胶质细胞或OLIG2+少突胶质细胞的显著变化；DLX5+中间神经元无变化，细胞死亡无增加；类器官中验证：ACh和尼古丁增加SOX2+祖细胞，减少NEUN+神经元。

2.4 CHRNA7和CHRFAM7A的功能丧失产生相反表型

shCHRNA7：SOX2+祖细胞↓，KI67+增殖细胞↓，EOMES+ IPC—，NEUROD1+新生神经元—，NEUN+神经元↑，S100B+星形胶质细胞↓，OLIG2+少突胶质细胞↓。shCHRFAM7A：SOX2+祖细胞↓，KI67+增殖细胞↓，EOMES+ IPC—，NEUROD1+新生神经元↑，NEUN+神经元↑，S100B+星形胶质细胞↓，OLIG2+少突胶质细胞↓。结论：CHRNA7和CHRFAM7A对RG维持、增殖和胶质发生是必需的；CHRFAM7A在神经发生中起关键作用，与其在心室RG中的高表达一致。

2.5 nAChR信号下游的分子变化

尼古丁暴露（神经源性RG）：上调NFIA、NFIB、HNRNPU、FNBP1L、NBEA、AUTS2、PTPRZ1；下调CELSR3、H3C3、CIC、RAB11B、AGRN、FLNA、L1CAM。尼古丁暴露（兴奋性神经元）：上调NLGN4Y、ZEB2、CADM2、PBX1、PTBP2、CTNND2；下调DCHS1、SHANK3、LAMA5、NLGN2、LRP1、KIF1A。GO分析：神经发育、轴突导向、细胞粘附、细胞外基质组织。CHRNA7 KD（神经源性oRG）：上调FAT3、RTN1、FBN2、SEL1L3、PCDH7；相关过程：组蛋白去甲基化、TGFβ信号负调控。CHRFAM7A KD（神经源性oRG）：上调FAT3、ROBO2、CACNB2、STOX1、PTPRM、FAT3、ADGRB3；下调DNM3、GAP43、MAP7D1。CHRFAM7A KD（胶质源性L5_6 EN）：过程：突触前/后膜组装、基因组印迹、组蛋白修饰、染色质组织。

2.6 Hippo信号效应器YAP1是胆碱能信号的下游靶点

YAP1蛋白水平：尼古丁暴露↑；CHRNA7或CHRFAM7A KD ↓。YAP1定位：激活时核转位↑；TAT抑制剂处理时胞质滞留。Hippo组分表达：FAT3、CRB2、YAP1 RNA在RG和oRG中高表达；DCHS1广泛表达。DCHS1/YAP1蛋白分布：DCHS1富集于VZ/iSVZ的SOX2+和EOMES+细胞，沿顶端足突集中；YAP1在VZ/iSVZ/oSVZ的SOX2+和EOMES+细胞中表达，CP中无表达。oRG细胞数：ACh/尼古丁暴露↑；TAT抑制剂联合处理可完全或部分挽救。YAP1表达（KD后）：CHRNA7和CHRFAM7A KD后RFP+细胞中YAP1蛋白显著减少。提出的模型：胆碱能激活后，YAP1转位至核内，与转录因子相互作用调控干细胞维持与神经发生之间的平衡。ACh和尼古丁增强YAP1表达并促进核转位，导致RG增加而神经元减少。nAChR敲低则减少YAP1表达和核定位，使平衡转向神经元分化。

三、人类特异性CHRFAM7A的进化意义

CHRFAM7A是CHRNA7的部分重复形成的人类特异性基因，在人类皮层进化中获得新功能。CHRFAM7A在RG顶端足突富集，可能参与CSF介导的胆碱能信号（胆碱是α7选择性激活剂，在发育中胎儿高浓度存在）。CHRFAM7A KD下调TKTL1，TKTL1中现代人类与尼安德特人的单氨基酸差异可增加oRG细胞数量，提示进化上重要的crosstalk。CHRFAM7A KD比CHRNA7 KD多两倍的独特差异表达基因，支持CHRFAM7A获得人类特异性生物学功能。

四、研究意义与未来方向

产前尼古丁暴露机制：首次在人类原代组织中证明尼古丁通过nAChR使平衡从神经发生转向祖细胞自我更新；可能解释吸烟者子代皮层体积减少和皮层变薄。神经发育疾病：nAChR调控的基因（HNRNPU、AUTS2、SHANK3等）与自闭症、精神分裂症、癫痫等相关。人类皮层进化：CHRFAM7A在RG顶端足突的特化表达及对TKTL1的调控，提示其在人类皮层扩张中的作用。治疗靶点：YAP1作为下游效应器，可能成为逆转尼古丁诱导损伤的干预靶点。未解问题：长期持续平衡向祖细胞自我更新偏移的后果是什么？（本研究为短期暴露）；皮层其他细胞类型（中间神经元、小胶质细胞）中的nAChR有何作用？；胆碱（CSF中高浓度）作为内源性α7激动剂在正常皮层发育中的作用？；CHRFAM7A在人类皮层进化中的具体机制？

五、结论

该研究首次系统阐明了nAChR在发育中人类皮层RG和oRG细胞中的作用：CHRNA7和人类特异性CHRFAM7A在RG和oRG细胞中表达，CHRFAM7A沿RG足突富集；nAChR激活（ACh、尼古丁、PNU）增加RG增殖、减少神经元分化；nAChR敲低（shCHRNA7、shCHRFAM7A）减少RG、增加神经元；尼古丁暴露通过nAChR下调DCHS1等Hippo通路组分；YAP1是nAChR信号的关键下游效应器，调控RG自我更新与神经发生的平衡；CHRFAM7A可能通过调控TKTL1在人类皮层进化中发挥作用。这些发现揭示了产前尼古丁暴露损害皮层发育的细胞机制，为理解吸烟相关神经发育疾病提供了分子基础。

论文信息：
Nature Communications volume 16, Article number: 5925 (2025)
DOI: 10.1038/s41467-025-61167-5