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槟榔、咖啡和烟草的主要活性成分分别为槟榔碱（arecoline）、咖啡因（caffeine）和尼古丁（nicotine），这些物质通过影响中枢神经系统产生不同的生理效应，但目前对其神经机制的研究有限，尤其是它们对神经系统的相似性和差异性尚不清楚。伏隔核（nucleus accumbens, NAc）是奖赏回路中的一个关键区域，在调节奖赏、愉悦和动机方面发挥着至关重要的作用，并且在对药物刺激的反应中显著参与。尼古丁通过激活大脑中的多巴胺系统影响奖赏和动机路径，咖啡因通过多种机制增强多巴胺活性，而槟榔碱作为一种强效的毒蕈碱激动剂，能迅速穿过血脑屏障，引发一系列副交感神经系统效应。尽管这三种物质都被认为具有神经刺激作用，但它们对神经系统的具体作用机制和成瘾潜力仍不明确。

近日，海南大学生物医学工程学院周非凡教授团队研究了槟榔碱、咖啡因和尼古丁三种精神活性物质对小鼠伏隔核（nucleus accumbens, NAc）转录水平的影响，并通过行为实验比较其作用。研究使用微量RNA测序（Smart-seq2/scRNA-seq）技术分析基因表达，并结合行为测试和神经免疫组化方法，从转录和行为层面探讨这些物质的效应。相关研究成果以Comparative effects of arecoline, caffeine, and nicotine on transcription level in the nucleus accumbens of mice为题发表在《Genomics》期刊。深圳易基因科技为本研究提供微量转录组测序分析技术服务。

研究方法

动物模型：使用6-8周龄的C57BL/6J小鼠，分为药物组和对照组，通过腹腔注射给予不同剂量的槟榔碱（0.5 mg/kg）、咖啡因（10 mg/kg）、尼古丁（0.5 mg/kg）或等体积的生理盐水。RNA-seq测序：在条件性位置偏爱实验（Conditioned Place Preference, CPP）完成后，提取小鼠NAc组织，进行RNA提取、文库构建和测序分析。行为测试：包括旷场试验和CPP测试，评估小鼠的活动性和对药物的偏爱。免疫荧光染色：检测ΔFosB在NAc的表达，作为成瘾标记。

结果图形

（1）基因表达和生物过程变化

图1：NAc中的差异表达基因（DEGs）和基因本体（GO）富集分析。

A. NAc样本的基因组reads分布；

B. NAc中的DEGs数量；

C. DEGs的维恩分析；

D. 三组中31个共有DEGs的热图；

E-G. 槟榔碱（E）、咖啡因（F）和尼古丁（G）组的前20个GO生物学过程；

H. SynGO生物学过程富集分析。

（2）与神经系统和物质依赖相关的通路变化

图2：差异表达基因（DEGs）的KEGG富集分析。

A. KEGG二级分类注释的条形图；

B. 与神经系统和物质依赖相关的DEGs的维恩分析；

C-E. 槟榔碱（C）、咖啡因（D）和尼古丁（E）组中富集的关于神经系统和物质依赖通路；

F. 三组中可卡因成瘾通路的DEGs维恩分析。

（3）与神经递质相关的基因表达变化

图3：与神经系统和物质依赖通路相关的DEGs互作分析。

A-C. 槟榔碱（A）、咖啡因（B）和尼古丁（C）组中DEGs互作网络图；

D-F. 槟榔碱（D）、咖啡因（E）和尼古丁（F）组中DEGs火山图；

G. 神经递质相关基因热图（橙色：上调，紫色：下调，*P < 0.05 且 |log2FC| > 1）。

（4）不同精神活性物质对小鼠行为和ΔFosB的影响

图4：行为和免疫荧光变化特征。

A. 条件性位置偏爱（CPP）实验方案；

B. CPP得分（后测减去前测；测试时长，1200秒；n=9-12）；

C-E. 旷场试验中的总距离（C）、活动次数（D）和活跃时间（E）；

F. 伏隔核（NAc）位置示意图；

G. CPP后测后，用ΔFosB染色的小鼠NAc脑切片的代表性图像（红色：ΔFosB；蓝色：DAPI）；

H. 通过ΔFosB+荧光定量检测NAc中ΔFosB+细胞数量（n=4）。

易小结

本研究通过微量转录组测序（Smart-seq2）分析等揭示了槟榔碱、咖啡因和尼古丁均能影响小鼠NAc的基因表达，但它们的作用机制和对神经系统的潜在成瘾性存在差异。尼古丁对神经系统和物质依赖相关功能影响最为显著，而槟榔碱的影响最小。咖啡因和尼古丁在调节突触可塑性方面具有更显著的作用，这可能是它们成瘾潜力较高的原因。行为测试结果支持尼古丁具有较高的成瘾潜力，而槟榔碱和咖啡因的成瘾潜力相对较低。

研究亮点

全面的转录组分析：首次使用微量转录组Smart-seq2技术全面比较了槟榔碱、咖啡因和尼古丁对小鼠NAc转录水平的影响。揭示神经机制差异：明确了三种精神活性物质在影响神经系统方面的相似性和差异性，尤其是它们对突触功能和物质依赖相关通路的不同影响。行为学证据：通过行为测试提供了尼古丁具有奖励效应的直接证据，而槟榔碱和咖啡因则未显示出类似效应。成瘾标记物分析：通过免疫荧光染色检测了ΔFosB表达，为评估这些物质的成瘾潜力提供了分子层面的证据。

关于易基因单细胞转录组测序（smart-seq2）

Smart-seq2技术在单细胞水平对带Poly（A）的RNA进行全长转录组扩增及高通量测序，能够满足高灵敏度、低偏好性的cDNA扩增，得到全长转录本，实现高水平的序列模板转换。

Smart-seq2技术有较好的覆盖范围，可检测到稀有转录本，无需额外的专业设备，应用范围较广，可以解决传统 RNA 定量技术在早期胚胎发育、干细胞、癌症、免疫等研究领域中存在的样品量极低或细胞异质性的问题，是在单细胞水平研究基因表达强有力的工具，极大地拓展了RNA-seq 的应用范围。

技术优势：

（1）起始量低：1-1000个细胞或10pg-10ng total RNA即可高效扩增；

（2）转录本覆盖度高：通过双端引物扩增全长cDNA，获得全转录组信息，避免3’端和5’端偏好性，产物完整性好；

（3）检测灵敏度高：大幅度增加了低表达基因的检出量;

（4）碱基分辨率高：可达单碱基分辨率，且可以定位到具体基因的具体转录本;

（5）实验可控：质控点多，可从实验的开端判断细胞状况。

研究方向：

可应用于细胞分子机制中细胞异质性研究，解决因样本量少而无法进行高通量测序的情况。

免疫学研究肿瘤及微环境研究绘制组织精细化表达图谱早期胚胎发育

易基因提供全面的表观基因组学（DNA甲基化、DNA羟甲基化、cfDNA）和表观转录组学（m6A、m5C、m1A、m7G、ac4C、RNA与蛋白互作）、DNA与蛋白互作及染色质开放性技术方案（ChIP-seq、ATAC-seq），详询易基因：0755-28317900。

参考文献：

Huang S, Wang X, Zhou F. Comparative effects of arecoline, caffeine, and nicotine on transcription level in the nucleus accumbens of mice. Genomics. 2025 Jan 4;117(2):110986. pii: S0888-7543(25)00002-3. doi: 10.1016/j.ygeno.2025.110986. PubMed PMID: 39761763.