经济学人的科学报道指出,新开发的研究模型可能会让科学家对人类月经之谜有更多的了解。
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历史上不乏对月经的无稽之谈。
公元 77 年,老普林尼(Pliny the Elder,古代罗马的百科全书式的作家,以其所著《自然史》一书著称)声称,接触经血会使庄稼枯萎、狗发疯。中世纪的一本医学书籍警告说,月经期妇女的出现会让男人生病,与她们发生性关系会导致阴茎癌。
20 世纪上半叶,一些人推测月经中含有毒素,会使花朵枯萎。
这种想法显然是厌恶女性的无稽之谈。但是,人类的月经虽然就自然的,但相当不寻常。人类是能够完成这一壮举的极少数生物之一,再加上科学家们历来对月经研究敬而远之,这使得了解月经可能带来的问题或开发治疗月经的方法变得难上加难。
幸运的是,研究人员现在正在开发一套新工具来实现这一目标。
关于月经的问题比比皆是:科学家们不清楚人类为什么会进化出月经,也不知道什么是 “正常 ”的月经周期。同样不清楚的是,为什么有些人会比其他人出血更多或痛得更厉害。许多与子宫内膜或子宫内膜有关的疾病,如子宫腺肌症或子宫内膜异位症,背后的机理也不清楚,这太令人沮丧了。
缺乏研究也在各个方面伤害了女性的医疗保健:制药商担心身体机能会在月经周期中发生变化,往往不愿意让妇女参与研究。这反过来又限制了对医疗干预如何影响女性身体的了解。
例如,2020 年的一项研究发现,女性对药物产生不良反应的频率几乎是男性的两倍,原因往往是开错了剂量。
要研究人体的生理过程,通常需要使用 “模型系统”,这是指器官或其他身体系统在生理上与人类相似的动物。但事实证明,月经模型非常稀缺,因为在所有有胎盘的哺乳动物中,只有 1.6% 的动物会定期生长和脱落子宫内膜。猩猩和倭黑猩猩等灵长类动物会来月经,少数蝙蝠、象鼩和一种啮齿类动物也会来月经。
然而,在所有其他哺乳动物中,子宫内膜会在每个更长的月经周期结束时,会被重新吸收到子宫中。
更糟糕的是,少数几种具有与人类相似的雌性生殖系统的物种,一般都不适合作为试验对象。使用灵长类动物成本过高,在伦理道德上也存在问题。蝙蝠会飞走,象鼩会在圈养中受苦。唯一的月经啮齿类动物刺鼠,在被追捕时会脱落大量皮肤,这让它们在实验室中的管理变得非常棘手。
因此,爱丁堡大学妇科顾问兼生殖医学教授希拉里·克里奇利和她的同事们,花了十多年时间试图通过诱导小鼠的月经过程来建立月经模型系统。这是可行的,但很困难。
克里奇利博士说,人类的月经周期,相当于整个子宫内膜的反复损伤和修复,就像一幅拼图,涉及到各个活动部件的巧妙组合。
在小鼠体内复制月经需要对动物进行全面的激素控制。首先,必须切除小鼠的卵巢(以阻止小鼠的天然荷尔蒙干扰),然后在精确的时间间隔内注射和撤出精确数量的雌激素和孕激素。这就迫使动物的子宫内膜增生和破裂,就像人类在没有植入受精卵时一样。
在优化小鼠模型的同时,克里奇利博士的团队还建立了一个数据库,其中包含妇科病人在整个月经周期的不同阶段慷慨捐赠的匿名组织。对这一资源的利用帮助研究人员,发现了有和没有月经出血问题的患者之间的差异,以及如何在小鼠中模拟这些差异,使他们能够开始研究月经是如何发生的,以及是如何出错的。
他们的一些最新发现表明,月经是一个炎症过程,涉及人体的免疫系统。他们还发现,子宫内膜组织缺氧是导致重建的部分原因。子宫内膜的炎症和供氧调节失灵可能会导致月经量异常增多,多达三分之一的妇女会受到影响。
克里奇利医生说,她的一些病人一个月会流失相当于一品脱的血(约占总血量的十分之一),从而面临贫血和严重缺铁的危险。
然而,小鼠模型和患者样本本身只能说明这么多问题。首先,对子宫进行适当的研究需要切除整个器官。此外,小鼠模型的不完善也令人沮丧。虽然小鼠与人类几乎共享所有基因,但这些基因经常以不同的方式表达。这意味着,疾病和针对疾病的干预措施在这两个物种中的作用可能大相径庭。
例如,80%以上的药物在小鼠身上显示出良好效果后进入临床试验阶段,但最终在人类身上却无法发挥良好作用。因此,研究者需要人类细胞。这种细胞不再需要直接从病人体内提取。器官组织(Organoids)是由患者干细胞培育而成的细胞群,其设计类似于微型简化器官,已经改变了从神经学到牙科等领域的研究。
但是,它们缺乏复杂性,而且通常被凝胶状介质固定在一起,阻碍了不同类型细胞之间的正常交流。这限制了在模拟月经等过程中的作用,因为在很大程度上,月经依赖于覆盖和支撑子宫内膜腺体的两种不同类型细胞之间发出的化学信号。
目前正在取得进展。2023 年,一组来自美国大学的生物工程师和妇科医生发表了一篇论文,描述了他们是如何成功培育出两种子宫内膜细胞类型的器官组织的,培育方式允许它们之间 “串扰”,并让子宫内膜组织以一种逼真的方式对孕酮做出反应而增厚。
但是,这种组合结构还需要与血管和免疫细胞等模拟连接起来,才能揭示子宫内膜的功能。
如何做到这一点的线索可能在于另一种子宫建模方法。“芯片上的器官”(也称为微生理系统)是一种类似电路板的小型装置,其中通过微小通道连接着微量培养的人体细胞。然后可以在它们之间泵入类似血液的液体,使研究人员能够更好地模拟器官内的环境。
由美国麻省理工学院琳达·格里菲斯及其团队首创的一些最先进的设备,现在更类似于 “芯片上的人”,以具有生理代表性的方式集成了多达十个器官。
芯片器官中使用的细胞组织比作为器官体开发的细胞组织更简单、更人工化,但人们越来越希望将这两种技术结合起来。在理想情况下,这将使研究人员获得两种方法的最佳效果:有机体提供的生物逼真模型,以及操纵它们周围和之间环境的能力。
特别是要了解子宫内膜,还需要克服另一个重大障碍:将何时何地发生了什么微妙的时间拼图组装起来。
幸运的是,这个问题也正在得到解决。2021 年,剑桥韦尔科姆-桑格研究所的罗泽·文托·托尔莫和她的团队首次发布了子宫内膜图,展示了子宫内膜结构在整个月经周期中的变化。综合来看,这些进展最终可能会让科学家们利用人体组织建立一个更完整的子宫内膜模型。
格里菲斯博士和文托·托尔莫博士已经获得了美国国立卫生研究院的资助,以实现这一目标。
20 世纪 80 年代,当克里奇利博士开始她的职业生涯时,月经对她来说是一个谜。从那时起到现在,月经还一直是个谜。不过,新建模技术的出现意味着事情开始变得不同了。
“时代在变化,”她说。
让普林尼惊恐万分的现象,在近两千年后的今天,慢慢变得可以解释了。