2025 年 4 月，上海新型烟草制品研究院在 Frontiers in integrative neuroscience 发表最新研究论文，系统揭示槟榔碱调节神经活动和基因表达。一湾生命科技为该研究提供了 AI 精细动物行为解析的技术支持。
槟榔碱是槟榔的核心精神活性成分，在亚洲等地广泛流行，全球消费量居精神活性物质第四位，仅次于烟酒与咖啡因。但槟榔碱作用于中枢神经系统的机制，尤其是成瘾相关原理，仍不明确 ，深入探究其机制意义重大。
2025 年 4 月，上海新型烟草制品研究院有限公司 Yihan Gao 团队在 Frontiers in integrative neuroscience 发表了题为 “Modulation of neural activity and gene expression by arecoline” 的研究论文。该论文揭示了槟榔碱的成瘾潜力及其潜在神经生物学机制，包括剂量依赖性成瘾特性、特定脑区神经活动变化、相关基因表达改变等，为理解其对中枢神经系统的影响及制定公共卫生策略提供了重要依据。一湾生命科技为该研究提供了 AI 精细动物行为解析的技术支持。
01 槟榔碱诱导条件性位置偏好及三维行为学分析
采用条件性位置偏好范式评估槟榔碱成瘾作用（图1A）。动物暴露于不同剂量槟榔碱（ 0.002 mg/kg、0.1 mg/kg、0.2 mg/kg ），结果显示剂量依赖性位置偏好：低剂量组训练前后无差异，中、高剂量组偏好评分显著增加（图1B），证实中高剂量槟榔碱诱导成瘾样行为。
通过三维运动分析捕捉自由活动动物的精细行为模式（图1C）。基于 40 种运动特征生成行为谱图显示：槟榔碱组（0.1mg/kg）与生理盐水组存在显著差异。观察期前半段动物运动模式频繁转换，后半段转为持续性刻板行为。
运动中的特定姿势行为如静止嗅探和移动嗅探（动作[#7](javascript:;)、9、24）显著改变（图1D）；运动学参数分析进一步揭示槟榔碱组出现：背部活动度降低、左前爪活动减弱、鼻部嗅探减少、前爪与鼻部运动速度下降（图1E, F）。该结果证实槟榔碱诱导特异性行为特征，提示神经活动与运动功能异常。
02 槟榔碱特异性激活海马神经活动
海马区神经元活性显著增强，c-Fos 表达明显升高（图2A, B），提示槟榔碱选择性调控海马神经环路（该区域主导学习记忆及空间导航功能）。动态钙成像显示：给药后 30 分钟内钙信号振幅持续升高，40 分钟逐渐恢复基线（图2C, D），表明槟榔碱对海马神经元存在复杂时空调控。钙信号初期激增反映神经元兴奋性与突触可塑性增强（可能关联记忆形成），后期恢复则体现海马稳态调节机制。该结果揭示槟榔碱神经调控的脑区特异性，为解析其成瘾行为与认知影响提供关键依据。
03 槟榔碱诱导海马基因表达谱重塑
海马组织 RNA 测序分析显示：槟榔碱组相较生理盐水组存在显著差异基因表达。火山图呈现广泛上调/下调基因谱（图3A, B），关键差异基因涉及突触可塑性、转录调控及金属离子运输通路。GO 富集分析揭示"金属离子运输"、"突触结构发育"及"钙离子信号"通路显著激活（图3C，D）。
KEGG 通路富集进一步证实"钙信号通路"与"突触导航"通路特异性改变（图4A，B），表明槟榔碱通过调控突触功能与神经元通讯的分子机制发挥作用。该结果从转录组层面揭示槟榔碱诱导海马分子网络的广泛重构，与其行为学效应及神经环路调控（尤以突触可塑性与钙信号为核心）形成机制闭环。
04 结论
本研究证实，槟榔碱可诱导脑区特异性神经激活（尤其是海马区），并改变突触可塑性与钙信号关键通路的基因表达。这些分子水平变化与观察到的行为学异常高度吻合，表明槟榔碱可能影响学习记忆及成瘾相关神经过程。神经-行为-分子数据的整合揭示了槟榔碱中枢作用的复杂机制，为其作为潜在成瘾性物质的深入研究奠定基础。
该研究论文应用了一湾生命科技 (BAYONE) 自主研发的 3D-AI 小鼠行为分析系统，解析槟榔碱对小鼠精细行为的影响（图1） 。一湾生命科技致力于通过 AI 技术，为脑科学及脑疾病研究等领域提供新一代更高效、更精准的仪器、软件、服务和标准。一湾生命科技专注于推动 AI 精细行为学技术在神经疾病模型的研究中发现新的生物标志物、表型鉴定及愈后评估等方面的应用。如果您对这一技术感兴趣，欢迎了解更多关于 BehaviorAtlas 3D-AI 动物行为分析系统的信息！
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参考文献
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Li X, Gao J, Liu X, Guo J, Liu Y, Cui P, Yan D, Fei T, Chen M, Gao Y. Modulation of neural activity and gene expression by arecoline. Frontiers in integrative neuroscience. 2025 Apr 9;19:1545260. doi: 10.3389/fnint.2025.1545260.