母亲在孕期吸烟会对自身和胎儿造成严重损伤，包括早产、流产、发育缺陷等症状。新生儿在出生后可能会伴有异常的神经性行为，心血管疾病，呼吸道疾病，这些状况可能可以延续到成年阶段。这都是因为尼古丁对胎儿发育造成了极大的影响，近期发表在Stem Cell Reports上的研究表明，这种损伤程度可以达到单细胞的水平。
尼古丁，是一种具有兴奋剂作用的生物碱，绝大多数情况下，其是一种乙酰胆碱的受体激动剂。
尼古丁同时也是烟草中的主要化学物质，大约占烟草干重的0.6-3.0%，通常浓度为2-7 μg/ kg。而制造成香烟后，平均每吸一只烟就会吸收6mg的尼古丁。奥地利卡尔•弗朗岑斯大学药理与毒理学院的Bernd Mayer教授曾就撰文指出，人体安全的尼古丁摄入值为60mg，甚至更少，介于30mg至60mg之间，也就是单次持续吸5支烟的摄入量。
尼古丁在进入人体后会造成多种有害影响，从表面来看会减少深度睡眠时间，引起焦虑；影响肺部支气管功能；提升胰岛素敏感度。如果长期持续摄入将极大地提升心血管疾病以及细胞癌变的风险。此外，尼古丁的摄入不仅仅只是对自身有影响，在孕期的女性如果主动或被动地摄入尼古丁将对胎儿发育造成不可逆的损伤。
国际儿童护理研究曾对全球17个国家开展过一项研究调查，最后结果非常惊人，平均22%的母亲和45%的父亲都在孩子出生的过程中有吸烟行为。从上世纪80年代至今已经有数十项研究指出，抽烟将直接增加胎儿出生前后的死亡率、致病率、并且造成认知发育障碍，以及童年和青少年的行为失常。
这些研究也给烟草公司带来不小压力，它们都在尝试推出全新的吸烟概念来模糊吸烟有害健康的事实，比如无烟香烟、电子烟。事实上，无烟香烟确实会减少燃烧带来的一氧化碳和氰化物的吸入，但是由于为了维持尼古丁带给人的兴奋度，尼古丁的浓度其实会上升很多，从根本上来说隔绝不了尼古丁的吸入。
从2014年至今，已经有多项实验开始在动物体内研究尼古丁对胎儿的作用。结果显示，小鼠在孕期持续暴露在尼古丁下，将直接对胎儿发育造成影响，包括细胞损伤、炎症增加、氧化压力增加，并且会损坏细胞复制能力。小鼠的实验确实显示了尼古丁对胎儿的恶性损伤，但是物种间的生理差异会带来很多问题，因此科学家也尝试研究其对人类胎儿的影响。
如果想要直接在人类身上进行尼古丁实验将面临极大的伦理道德挑战，而只是单纯地展开调查类的探究，只能看到尼古丁与胎儿受损之间的相关性，而不是因果性。为此，来自美国加州大学的Harold S.Bernsteinaef，想出了一个折中的替代方式——利用人类的胚胎干细胞。
胚胎干细胞（Embryonic stem cell,ESC），是早期胚胎（受精后4-5天，50-150细胞期）或原始性腺中分离出来的一类细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，胚胎干细胞都能被诱导分化成机体几乎所有的细胞类型。
因此早在2002年，PNAS上的一篇文章就指出胚胎干细胞的强大分化能力，将让其成为移植和组织工程的重要工具。如今近20年过去，这一预测也得到了证实，目前利用胚胎干细胞已经帮助完成了各类基础和临床的研究，包括药物筛查、细胞替代治疗、DNA损伤恢复等。
也正因为这种远强于其他干细胞的多能性，许多实验室可以在体外模拟胚胎早期的形成过程。在体外培养的ES细胞可以形成一种三维的细胞团聚集体，又被称作类胚体（Embryoid body,EB）在2012年Harold就利用人类的胚胎干细胞在体外，对尼古丁的负面作用进行了研究。
Harold的实验采取了两种方式检测尼古丁对人类胚胎干细胞（hES）的影响，利用一种抽吸器模拟吸烟过程，并将烟雾通过颗粒过滤后导入培养皿；以及直接加入等量的尼古丁。但是无论是哪种方式，人类胚胎干细胞的生长，分化都会直接受到抑制。并且与分化相关的基因在早期都大幅度下调，尤其是血液和肌骨骼相关的基因受影响最大。此外，具有基因调节功能的微小RNA也受到影响，多个基础信号通路也出现紊乱。
这些结果第一次直观地展示了从吸烟进入体液的尼古丁，是能够直接对人类胚胎发育过程产生极大影响的。
局限于当年的技术限制，Harold可以通过类胚体模拟胚胎生长，但是检测的基因变化都是来自于1000-1500个细胞组成的类胚体。而现在科学家已经逐渐发现，在体内即使是来源于同一组织的细胞，每一个细胞的基因表达量本身就是不同的，组合测得的基因可能会混淆细胞原始的表达水平。
去年，来自美国斯坦福大学Joseph C. Wu研究团队就利用最新的微液滴基础的单细胞测序技术分析了人类多能干细胞的特性。而在其发表于Stem Cell Reports 的论文中，他将这种成熟技术应用在了胚胎干细胞和类胚体上。其在论文中就指出“像胚胎发育这种事件，在早期细胞数量少，基本都是单细胞层面的作用，”因此在孕期摄入尼古丁很可能直接对单个细胞的特性都产生了影响。
Joseph根据胎儿血清的尼古丁浓度（10 μM）对人类胚胎干细胞进行了尼古丁暴露处理，并且他在暴露条件下让hESC分化成了表皮、胃、肌肉前体细胞。在细胞持续生长21天后，他将类胚体取出，并分散进行了单个细胞基因表达测定。结果非常不容乐观，从直观上来说，暴露在尼古丁下的胚胎干细胞聚集生长能力下降，形成的类胚体明显小于对照组，并且会伴有异常结构的出现。
暴露在尼古丁超过6天的类胚体中的每一个细胞，它们与细胞存活相关的基因都显著下调，原本这些基因的表达可以保护细胞避免金属毒性和超氧应激，失去这些能力，细胞的生存能力将显著下调，这意味着胚胎在早期的生长发育能力就受到了尼古丁的负面影响；此外与细胞周期相关的基因也明显表达异常，本应该完成分化的胚胎干细胞并没有正常产生前体细胞，这可能导致胎儿的组织发育被推迟。
正常的细胞交流对于心血管、神经系统和呼吸系统发育过程中非常关键，但在尼古丁暴露下单个细胞之间的交流也出现紊乱，主要原因是细胞表面识别受体的表达基因出现了上调，并且所有类型细胞，每一个都整齐划一地上调。比如肌肉组织中受体与配体的组合数从51上升至85，神经类型的则从41上升至71。这些异常的细胞交流则会给胎儿带来血管功能紊乱疾病。
“目前我们已经拥有全新的技术，用以研究药物和环境毒性物质对胎儿发育的影响，”Joseph表示，“我也希望这种新发现对胚胎早期疾病诊断作出贡献。”目前，可以确定的是尼古丁对胚胎早期的每一个细胞只有坏处没有益处，它们无论分化成何种类型，基因表达谱都受到了影响。每当你或者你的下一代感受到尼古丁时，它们都在无声地表达抗议。
每个细胞极小的基因表达紊乱最后也将汇聚成一个极大的问题，当疾病来临之时，没有一个细胞是无辜的，它们既是问题制造者也都曾是受害者。