Nat Neurosci： 激素调控月经周期中的全脑结构动态

来源：brainnews 2025-10-02 17:18

性腺激素受体在大脑中广泛分布，但它们对脑结构的影响仍研究不足。近日，耶拿大学Carina Heller在Nature Neuroscience发表相关研究论文。在此研究中，作者利用精密成像技术对四名女性（其中一名患有子宫内膜异位症，一名使用口服避孕药（OC））在一个月经周期内进行了观察。全脑分析揭示了脑体积变化的空间-时间模式，在一个月经周期内表现出显著的波动。在正常周期中，这种空间-时间模式与血清孕酮水平相关；而在患有子宫内膜异位症的周期以及使用口服避孕药期间，该模式则与血清雌二醇水平相关。这些脑体积的变化广泛分布于全脑，而非局限于特定脑区，表明激素波动对大脑具有广泛但协调的影响。这些发现强调了在理解脑结构动态时，需考虑除典型月经周期外的多种激素环境的重要性，并提示激素节律可能驱动大脑广泛的结构性变化。

图1 女性参与者的雌二醇、孕酮浓度以及雌二醇与孕酮的比值

作者在整个月经周期中对性腺激素进行了评估。对典型周期、28andMe（典型）周期、子宫内膜异位症周期及口服避孕药周期中激素血清浓度的分析显示，各周期均呈现预期的节律性变化。典型周期覆盖卵泡期15天和黄体期10天，28andMe（典型）周期覆盖卵泡期14天和黄体期16天，二者孕酮与雌二醇比值均提示典型的黄体期激素平衡。子宫内膜异位症周期覆盖卵泡期17天和黄体期8天，其较短的总周期长度及黄体期雌二醇优势符合该疾病的典型特征。口服避孕药周期中，循环孕酮被选择性抑制，而雌二醇浓度和动态范围与自然周期相似，同样呈现雌二醇优势。所有自然周期中孕酮水平均超过15.9 nmol/L，提示为排卵周期。单因素多变量方差分析显示个体间激素谱存在显著差异；结果表明，子宫内膜异位症周期的雌二醇水平显著高于28andMe（典型）周期，而其雌二醇/孕酮比值显著更低；口服避孕药周期的孕酮水平显著低于典型周期和28andMe（典型）周期，且其雌二醇/孕酮比值也显著降低。

图2 数据评估、处理流程和数据缩减

在整个月经周期中，对每位参与者采集了连续的T1加权（T1w）脑成像数据：典型周期、子宫内膜异位症周期和口服避孕药周期各持续五周，28andMe典型周期持续四周。图像使用SPM12和CAT12工具箱通过纵向预处理流程进行处理，每张图像代表对应测试日的大脑结构状态。随后采用奇异值分解（SVD）方法提取脑结构的时间-空间模式（VSTPs和CSTPs）。SVD将纵向图像数据分解为一组时空成分，揭示大脑结构随时间变化的潜在模式。为识别个体间共享的结构动态，将四个周期的数据合并进行联合分析。在SVD结果中，特征值反映各主成分所解释的方差，特征向量表示时间变化模式。空间成分中，暖色调区域与时间特征向量呈正相关，表示这些脑区体积随该时间模式增强而增加；冷色调区域呈负相关，表示体积减少。这些联合提取的模式称为 时空模式 。SVD所得特征值和特征向量的幅值是任意的，无明确物理单位，但其空间与时间结构可用于识别脑结构变化的关联模式。

图3 不同女性月经周期中的全脑结构时间模式

仅在28andMe典型周期中，孕酮水平和雌二醇与孕酮比值与CSTP2显著相关，这一结果得到了相应的Spearman相关分析的支持。在其余周期中，其他预测变量与CSTP1或CSTP2均未观察到显著关联。

图4 女性参与者中与激素浓度显著相关的脑区顶点

为直接检验激素波动与大脑结构变化的关联，作者进行了体素水平（脑体积）和顶点水平（皮层厚度）的敏感性分析。体素水平分析显示，在所有个体中，脑体积与雌二醇、孕酮浓度及雌二醇/孕酮比值均呈广泛正相关，部分空间模式与SVD结果重叠。其中，雌二醇主要与扣带回、额回、眶回、中央前回、颞上回和缘上回相关；孕酮和雌二醇/孕酮比值则与小脑、楔叶、颞下回、中央后回和顶上回相关；楔前叶和角回同时与三者呈正相关。负相关主要见于口服避孕药周期，与雌二醇/孕酮比值相关。对比分析表明，子宫内膜异位症和口服避孕药周期主要驱动与雌二醇的关联，而典型周期和28andMe典型周期则主导与孕酮的关联。在顶点水平，仅发现有限关联：在所有个体中，雌二醇/孕酮比值与海马旁回和外侧枕叶皮层的皮层厚度呈正相关；仅在子宫内膜异位症周期中，雌二醇与中央后回、顶上回、中央前回和额上回的皮层厚度相关；仅在28andMe典型周期中，雌二醇/孕酮比值与海马旁回、舌回、外侧枕叶、围距状回和楔叶的皮层厚度相关。未发现雌二醇或孕酮水平与皮层厚度的普遍显著关联，提示激素对脑体积的影响较广泛，而对皮层厚度的影响更具区域特异性。

总结

总之，作者的研究为未来个性化和精准医疗的发展奠定了基础，初步揭示了不同的激素环境例如在典型周期中雌二醇与孕酮水平的相互作用，或在子宫内膜异位症中的雌二醇优势。作者的结果强调，激素与大脑的关联因人而异且依赖于特定的激素环境，而非识别出与特定激素普遍关联的脑区。这些关联似乎受到自然激素波动存在与否的影响，突显了采用个体内设计来捕捉激素相关脑可塑性动态本质的重要性。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41593-025-02066-2

参考文献：

Heller C, G llmar D, Colic L, Pritschet L, Gell M, Javaheripour N, de la Cruz F, Rojczyk P, Koeppel CJ, Larsen B, Ganjgahi H, Lange FJ, Buck AC, Jesgarzewsky TL, Dahnke R, Kiehntopf M, Jacobs EG, Kikinis Z, Walter M, Croy I, Gaser C. Hormonal milieu influences whole-brain structural dynamics across the menstrual cycle using dense sampling in multiple individuals. Nat Neurosci. 2025 Sep 26. doi: 10.1038/s41593-025-02066-2. Epub ahead of print. PMID: 41006668.