本研究详细阐述了涉及雌性大鼠的实验设计中需要考虑的关键因素。从更广泛的意义上讲,这些数据有助于减少偏见,并推动开发更具包容性的诊断和干预工具。
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本研究详细阐述了涉及雌性大鼠的实验设计中需要考虑的关键因素。从更广泛的意义上讲,这些数据有助于减少偏见,并推动开发更具包容性的诊断和干预工具。
本方法建立了一种可重复、标准化且经济有效的监测雌性Sprague Dawley(SD)青春期大鼠动情周期的方法。本研究揭示了激素周期的复杂性,以及构建可靠且有效监测技术所需具备的广泛知识体系。通过对主要实验设计和操作要素的深入探讨, 本文对动情周期及其基本原理的描述为更深入的理解提供了框架,并澄清了常见误解,有助于未来的重复实验。
本文在概述采用阴道灌洗法进行样本采集流程的同时,详细描述了将数据归类为动情前期、动情期、动情后期和动情间期这四个阶段模型的方法。这些阶段的划分依据一种新提出的分类方法,该方法利用采集样本时阴道液体状态、存在的细胞类型、细胞排列方式以及细胞数量这四个分类决定因素。文中还展示了各个阶段的变异情况、优质与劣质样本的区分、周期性与无周期性的区别,并配以所采集分类组分的图示,以及数据解读与组织的有效实践方法。总体而言,这些工具首次实现了可量化数据范围的发表,从而在重复实验中推动分类因素的标准化。
新贡献
啮齿类动物的动情周期 已被确定为健康状况的重要指标。然而,研究人员对女性身体的无意识偏见以及错误解读,阻碍了科学界的发展。该词的词源本身 "动情期" 意味着 自卑感和消极情绪。欧里庇得斯使用该词来描述一种 "狂热" 或疯狂,荷马用以描述恐慌,柏拉图用以描述非理性的冲动。本研究强调了这些原始观点如何影响当今科学界,并通过一种新颖的镶嵌范式来回应这些关切——该范式整合了先前研究过的方法,扩展其范围,以实现更全面的研究途径。
该技术的研究与应用十分必要,原因如下:首先,目前尚无标准化且全面的监测技术,且数据解读方法可能不够明确;其次,尽管动情周期的特征取决于所研究的具体大鼠个体,但这些特征常被过度泛化;第三,尽管激素周期是常规且有益的生理过程,但其周围仍存在诸多误解与争议。 在“向人类转化”部分探讨了有害的污名化问题。本研究旨在从三个方面解决这三个问题——(A) 通过详细描述一种深入的动情周期监测技术,并阐明如何解读结果;(B)通过概述能够保持每个周期完整性和个体特征的方法;(C)通过指出长期存在的误解,以纠正缺乏科学依据的实践。
本研究的独特之处还在于其聚焦于青春期大鼠,这一时期伴随着关键的发育变化,有助于揭示成年期多种行为、解剖和生理表现1。通过建立标准化的实验设计,以监测研究尚不充分的群体中的激素周期,同时解构常见的偏倚,将有助于建立可靠且有效的激素相关性2,3,4,并确定依赖于特定条件的周期紊乱情况5,6,7,8,9,10。最终,这些创新有助于拓展多种健康问题的诊断标准、治疗方法和干预手段。
基本定义与用途
动情周期是一系列动态生理过程的集合,这些过程由三种周期性变化的雌性性类固醇激素引发:雌二醇、黄体生成素(LH)和孕酮(图1A,B)。内分泌系统与中枢神经系统之间的相互作用调控着该周期,该周期通常持续4-5天,并从性成熟开始一直反复出现,直至生殖衰老和/或终止。根据激素水平的不同,动情周期被划分为若干阶段——最常见的是分为四个阶段:动情间期(DIE)、动情前期(PRO)、动情期(EST)和动情后期(MET),各阶段按循环顺序依次进行。划分的阶段数量可从3个11到13个12不等,具体取决于研究的性质13。较少的阶段划分通常不将MET单独列为一个阶段,而是将其视为一个短暂的过渡时期。较多的阶段划分则通常包含更细的亚阶段,以便更细致地观察诸如肿瘤发展或自发性假孕等现象,后者指未发生胚胎着床的妊娠生理状态12,14,15。
在本研究中,通过阴道腔的组分来确定各阶段,这些组分称为三个分类决定因素——存在的细胞类型、细胞排列方式和细胞数量(图2A-D)。尽管本研究未监测阴道分泌物的状态,但建议将其作为第四个分类组分纳入。有关阴道分泌物检查的更多资料可参见参考文献列表16。可通过阴道灌洗提取细胞来观察这些分类组分,这是目前推荐用于动情周期监测的主要技术。虽然各阶段内部的详细生理过程不在本研究范围之内,但相关文献中可提供更多信息17。
该动情周期监测技术的应用与持续发展,源于性类固醇激素与机体系统(如心血管系统18、内分泌系统8和中枢神经系统19,20,21)功能之间的关联。同时,在涉及雌性啮齿类动物的研究中,动情周期监测并非总是必要22,23,24,25。更重要的是,首先应考虑在特定研究领域中是否已有性差异的报道,相关内容可在已发表的综述中进一步查阅22,23。尽管动情周期监测在广泛的研究领域中至关重要,但不应将其视为在实验中纳入雌性啮齿类动物的障碍。虽然该技术看似复杂且耗时,但实际操作可在15分钟内完成(具体时间取决于研究人员),且具有成本效益。总体而言,在科学研究中纳入雌性啮齿类动物有助于更好地理解机体系统、多种疾病状态及病理过程,以及整体健康状况,因为目前的许多研究成果主要基于雄性个体模型。
啮齿类动物中的通用参数与自然变异性
确定被视为"典型"特征的范围,对于定义标准周期模式、设定比较与分析参数,以及识别异常情况和离群值至关重要。同时,也必须认识到每只大鼠的周期均具有独特性,且因动物品系、生理过程及环境条件不同而产生的偏差是正常现象。事实上,动情周期最"正常"的特征之一就是其变异性。这种变异性体现在整个周期长度上,范围可从3至38天26,27;性成熟年龄可从32–34天至数周不等28,29,30;对无周期状态的界定11,以及分类判定模式的差异11,13。总体而言,动情周期并不存在普适性的模板,将这一概念传达给科学界及公众,是实验过程中重要的一环。
实验时间点与发育年龄
认识到这种变异性的原则有助于建立可靠且有效的实验设计。例如,动情周期监测的起始依赖于大鼠的解剖和生理发育,而这些发育过程会因环境和生理因素的不同而存在差异。监测必须等到阴道开口(VO)发育完成后才能开始,VO 是指由外阴包围的外阴道口,通向阴道管的内部区域(图 3A-D)。虽然 VO 通常在 32 至 34 日龄之间完全发育,但其发育时间因个体而异,且该过程的许多方面仍不明确。VO 的出现曾被用于标识性成熟开始的标志,这与雌二醇水平升高31、下丘脑-垂体-卵巢轴的成熟32以及大鼠首次排卵17, 33,34,35相关联。然而,近期的研究发现,VO 仅是生殖发育的间接指标,因为在不利环境中,VO 的发育可能与激素变化和发育事件脱节31,并且可能反映的是雌二醇水平的变化而非真正的性成熟33。因此,建议不应仅依赖 VO 来确定发育年龄或作为动情周期监测的资格标准36,而应同时结合首次 EST 阶段的出现以及上皮细胞角化的现象30,以更准确地标记性成熟的开始。
在啮齿类动物的青春期,体重与发育年龄显著相关30,37,因此也可用于辅助判断该时期的发育年龄。与此现象相关的提出机制包括:生长激素等生殖发育所需激素的刺激作用,以及食欲调节因子瘦素对下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的抑制作用30。然而,由于不同品系及供应商来源的大鼠之间体重存在较大差异,不建议将体重作为发育年龄的唯一判断指标38。腹内侧核(VO)发育和体重变化所表现出的变异性,凸显了这一概念在整个实验过程中的重要性。
向人类的转化:文化与科学背景
动物与人类生殖研究之间的转化关系是双向的。基于动物的研究结果会影响人类相关生理过程的评估、研究方法和分析方式39。而人们对人类生殖系统及其相关过程的认知,也会影响动物研究的设计与实施。事实上,该领域进一步研究的最强烈动因之一,源于与激素周期相关的社会文化偏见,这些偏见影响了科学研究的过程。许多此类惯例源于社会文化中普遍对月经话题的回避,导致在经过充分验证的知识方面存在数据空白40,41。这种缺失带来一系列从轻微到致命的后果——从货架高度和智能手机尺寸的设计,到警用防弹衣的合身性以及癌症漏诊等问题42。
在权威典籍、媒体、词典和医学教学中,月经常被描述为不卫生、破坏性和有毒的,这种观念被科学出版物所延续。这种延续体现在对激素周期的不准确和带有偏见的描述、将生殖系统与其神经内分泌系统及环境影响相割裂,以及将周期完成简单地视为“未能受孕”的还原论观点43,44。这导致了不严谨的实验实践,例如忽略影响激素周期的外部变量、仅依据解剖学变化确定实验的起止点,以及以线性而非周期性方式衡量周期进展。尽管社会文化因素与生物学后果之间存在直接关联,但科学文献中却很少纳入这一考量。通过审视更具整体观的研究文献43,44,45,研究人员可以解构这些污名,并建立更可靠、更有效的实验设计。
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本方案中所述的所有操作和实验方法均符合美国国立卫生研究院(NIH)关于动物护理和使用的指南,并已获得佩珀代因大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)以及加州大学洛杉矶分校校长动物研究委员会(ARC)的批准。
1. 动物护理与使用
2. 仪器设备与实验准备
3. 阴道细胞的采集
4. 样本评估
5. 阶段分类
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当前数据反映了在雄性SD大鼠存在条件下,雌性青春期SD国际遗传标准化项目(IGS)大鼠的情况。这些动物分别位于佩珀代因大学和加州大学洛杉矶分校的实验室,作为合作研究的一部分。 图5 展示了4个周期阶段的多种变化形式。 图5A1 被鉴定为一个动情间期样本,其中存在多种细胞类型。此示例表明,当样本满足其他分类标准(例如LEUs占优势)时,即使上皮细胞数量较多,仍可归类为动情间期。该样本还展示了此阶段常见的由LEUs构成的黏液丝排列结构,其形态类似于发情前期(PRO期)中由SNE细胞组成的黏液丝。为了区分动情间期(DIE期)的黏液丝与发情前期(PRO期)由SNE细胞形成的黏液丝,关键在于识别LEUs是否占主导地位。 图 5A2,3 表现出一种常被观察到的细胞排列进程——在DIE阶段后期采集的样本中,LEU最初聚集,随后逐渐向随机分布(RD)甚至均匀分布(ED)转变。具体而言,
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关键步骤与重要注意事项
在所提供的实验方案中,某些关键步骤需要特别强调,尤其是在阴道细胞的采集过程中。进行阴道液体提取时,确保注射器插入的角度和深度恰当,是获得满意结果的关键,同时也可有效避免对动物造成刺激、损伤或宫颈刺激。宫颈刺激可能是诱导假孕的一个因素,其表现为连续12至14天的白细胞为主的阴道涂片。11在显微镜评估阶段,必须重点关注 显示所采集阴道细胞的视野平面。通过识别一至两个细胞并调整观察视野,直至获得清晰焦点来完成。
接下来,通过全面扫描显微镜载玻片来获取阴道细胞的代表性图像,以进行分期。这可确保所采集的图像能够准确反映动物阴道道内收集到的细胞成分。在进行分类之前,必须熟悉分类的判定依据,例如区分不同类型的细胞以及每种细胞类型可能呈现的各种形态变化。建议每位参与者均应接受适当培训,并通过预先准备好的练习载玻片进行分期识别的练习。
为了减少分类过程中涉及的偏倚和主观性,建议在分类阶段安排两名参与者,二者均对处理分组...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究是通过美国国立卫生研究院(NIH)资助的加州大学洛杉矶分校脑损伤研究中心(BIRC)合作开展的。
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