基于半机制模型的月经周期多激素动态模拟及PCOS表型识别新策略

研究人员针对生殖内分泌领域缺乏灵活可重复的激素动态模拟模型的问题，开发了整合HPO轴生理反馈机制的参数化框架，通过生成550例虚拟女性的E2、FSH、LH、AMH等激素时序数据，成功区分了正常排卵周期与PCOS样特征。该模型在PCA分析中实现82%方差解释度，为AI训练、数字孪生构建及医学教育提供了标准化数据生成工具。

　　

生殖内分泌领域长期面临一个关键挑战：临床评估通常依赖单时间点的静态激素检测，而忽略了下丘脑-垂体-卵巢(HPO)轴激素网络的动态互作规律。这种局限性在影响10%育龄女性的多囊卵巢综合征(PCOS)诊疗中尤为突出——其典型特征LH/FSH比值失调、高雄激素血症等本质上是时间维度上的内分泌紊乱。现有数学模型多聚焦有限生理特征，缺乏整合多激素动态耦合与个体变异性的仿真框架。

法国福煦医院公共卫生与流行病学系（Department of Epidemiology and Public Health, Foch hospital）的Alexandre Vallée团队在《Computational and Structural Biotechnology Journal》发表研究，构建了首个涵盖GnRH、FSH、LH、E2、AMH等6种核心激素的28天周期模拟系统。该研究采用半机制建模方法，通过550例虚拟女性（含50例PCOS样表型）的三周期仿真，生成46,200个数据点，首次实现从激素波动时序特征区分排卵障碍表型。

研究团队采用三项关键技术：1) 基于高斯函数的激素分泌模式参数化建模，嵌入E2-LH正反馈等生理约束；2) 时间重标定算法将28天基准周期适配个体化周期长度；3) 通过PCA和k-means聚类验证表型分离效果。关键参数如E2峰值(≥200 pg/mL)、LH surge阈值(>30 mIU/mL)均来自文献循证。

3.1 正常周期激素动态
模拟数据显示经典双相E2曲线：卵泡期基线20.5±11.5 pg/mL，排卵前激增至259±28 pg/mL，黄体期二次峰达124 pg/mL。LH在E2峰值36-48小时后出现0.8天宽度的脉冲式分泌(52.9±6.4 mIU/mL)，而FSH呈现早期和围排卵期双峰(7.8±1.1 mIU/mL)，符合"E2>100 pg/mL时抑制FSH"的生理反馈。AMH保持2.92±0.38 ng/mL的稳态水平，睾酮轻微波动于0.40±0.04 ng/mL。

3.2 PCOS内分泌特征
病理表型呈现显著差异：E1持续高表达(115±12 pg/mL)而E2维持低水平(33±9 pg/mL)；LH/FSH比值>2(17.9/5.2 mIU/mL)，AMH因卵泡停滞升至5.72±0.61 ng/mL且与BMI负相关(r=-0.28)，睾酮超正常3倍(1.25±0.12 ng/mL)。GnRH日均分泌量达1.37±0.06 AU，反映下丘脑驱动亢进的特征性改变。

表型判别效能
PCA前两主成分捕获82%方差，实现完全簇分离。监督学习显示AUC=1.00的完美判别，关键区分特征包括：LH surge标志、E1/E2比值(PCOS>3.5)、AMH水平差异(Δ≈2.8 ng/mL)等。

该研究的突破性在于将传统内分泌理论转化为可计算的数字模型，其意义体现在三方面：首先，为理解HPO轴时序调控提供可视化工具，如揭示PCOS中GnRH持续高频脉冲如何导致LH优势；其次，生成的标准化数据集可加速生育力预测AI的开发，缓解临床数据稀缺问题；最后，框架支持数字孪生原型构建，未来整合胰岛素抵抗等参数后，可模拟二甲双胍等药物干预效果。尽管目前缺乏真实世界验证，这种"生理约束+数据驱动"的混合建模思路，为个性化生殖医学开辟了新路径。