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月经周期的代谢差异-个性化备孕辅导文

关键信息
✅营养需求的易感性
✅代谢差异
✅血浆磷脂在黄体期显着减少
✅血浆氨基酸和生物胺在黄体期显着降低
✅维生素D和吡哆酸在月经期增加
✅血浆和尿液酰基肉碱在排卵期呈增加趋势
✅在某些情况下，摄入更高的蛋白质负荷可能有利于支持额外的氮需求。女性有更高的能量消耗，并通过在✅黄体期吃更多的食物来补偿，尤其是蛋白质；
✅本研究中，胆固醇和 HDL 显示出显着的趋势，即黄体相对于卵泡期的减少，并且与先前的文献一致。
✅黄体期中还原型谷胱甘肽前体在月经期显着增加，这可能是谷胱甘肽成功卵泡期再生之前所必需的
✅本研究产生的信息为研究月经周期差异、性激素相关代谢和临床生物标志物解释奠定了基础。
✅此外，它构成了测试女性新营养策略的基础，重点是受节律变异影响的健康问题。

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背景

月经周期是一种基本的生活节律，受孕酮、雌二醇、促卵泡激素和促黄体激素的相互作用水平控制。为了研究代谢变化，在月经周期的四个时间点收集了 34 名健康的绝经前妇女的生物液体。血清激素、尿促黄体生成素和自我报告的月经周期时间用于 5 期周期分类。使用 LC-MS 和 GC-MS 对血浆和尿液进行代谢组学和脂质组学分析；临床化学用血清；和血浆中的 B 族维生素使用 HPLC-FLD。在测试的 397 种代谢物和微量营养素中，208 种发生显着变化（p < 0.05），71 种达到 FDR 0.20 阈值，显示神经递质前体、谷胱甘肽代谢、尿素循环、4-吡哆酸和 25-OH 维生素 D 的节律性。 , 39 种氨基酸和衍生物以及 18 种脂质在黄体期减少（FDR < 0.20），这可能表明孕酮峰值期间的合成代谢状态以及月经和卵泡期的恢复。观察到的代谢物水平降低可能代表在健康、有节奏的状态下容易受到激素相关健康问题（如 PMS 和 PMDD）的影响。这些结果为进一步研究营养相关代谢物的循环差异奠定了基础，并可能构成女性新营养策略的基础。

每月的月经周期代表了许多生命必不可少的生理节律之一。心跳和每日睡眠-觉醒周期代表明显的节律。不太明显的是体内的生理过程，例如驱动月经周期的性激素和其他调节生长和新陈代谢的性激素的节律。这些节律还通过促进动态稳定性的反馈机制，例如昼夜节律、睡眠和月经周期之间的相互作用，使细胞活动与外部环境同步，从而相互影响。身体节律过程的扰动与诸如经前烦躁症 (PMDD) 的昼夜节律紊乱或生物钟基因的异常表达和自然流产等疾病有关。

月经周期的前半部分由月经期和卵泡期组成，在此期间雌激素水平低（月经期）和上升（卵泡期），以排卵期结束，其中促卵泡激素（FSH）和黄体生成素（ LH) 峰值。周期的后半部分包括黄体期（在此期间雌激素水平上升，孕激素达到峰值）和经前期，在此期间雌激素和孕激素水平下降（图 1）。然而，正是在这段时间内女性经历慢性疾病恶化，如糖尿病和炎症性肠病、腹胀、睡眠质量差和经前期综合征 (PMS) 或 PMDD。此外，黄体期还伴随着氨基酸水平的降低和氮利用率的提高。患有 PMS 和 PMDD 的女性食欲增加、对食物的渴望和热量摄入过多，这与此期间血清素的周期性变化有关。这些生化变化表明营养利用受不同阶段性激素变化的影响。月经周期的黄体期可以被认为是一种正常的压力生理机能，它放大了个体对环境压力因素（如饮食摄入）的不同反应。这些不同的反应可能预示着未来的慢性健康问题。

根据月经周期阶段的激素水平。改变女性性激素（孕酮、促黄体激素、促卵泡激素、雌二醇）的浓度，这些激素代表月经周期的 5 个阶段（月经期、卵泡期、排卵期、黄体期和月经前期）（经许可调整）。卵泡刺激素浓度变化叠加。

为了表征月经周期中的基线代谢节律，对 34 名健康女性在整个健康月经周期中的节律变化进行了高级代谢组学分析、临床和营养生物化学分析。从先前发表的研究中获得的月经周期的五个不同阶段对样本进行了分析。根据可能代表性激素相关疾病和营养需求的易感性的代谢差异，以及在整个月经周期中变化的诊断和治疗方法来解释结果（图 2）。

学习模式。 34 名女性（BMI 22.9 +/- 3.5 kg/m2，年龄 26.6 +/- 5.9 岁）提供了 4 份血液和尿液样本，根据 4 项性激素测量（LH、FS、雌二醇和孕酮）和自我报告的月经周期时间。总共测量了 401 种代谢物，其中包括 263 种血浆、114 种尿液和 19 种临床和维生素分析。进行了代谢物分析，并描绘了氨基酸、脂质和有机酸面板的统计显着节律性。在尿素循环、1 碳代谢、谷胱甘肽代谢和柠檬酸循环之间确定了生化途径的相互联系。

结果

雌二醇、孕酮、黄体激素和促卵泡激素的血浆水平分析遵循周期期的预期时间浓度曲线，然而，卵泡期的雌二醇浓度低于黄体期峰值（补充图 1 与图. 1).这种变化可能代表了本研究中较小年龄范围内的少数女性。

原始研究的 4 个采样窗口被定时捕获周期的月经 (M)、卵泡 (F)、卵周 (O)、黄体 (L) 和经前期 (P) 阶段。在一个月的周期内观察所有参与者。 M、F、O、L、P 相分别有 33、31、15、27 和 11 个样品可供使用； 117 个样品可用于分析所有代谢物（补充表 1）。

由于总体研究目标是调查月经周期代谢节律，因此评估个体生化物种的相动态是很自然的。为此，比较了每个生化物种的计算相位平均值，同时考虑了数据的参与者特定性质。在对错误发现率进行多次测试控制之前（p < 0.05）和之后（q < 0.20；方法部分的详细信息），测试每个相位差或对比度的统计显着性。对数转换的统计显着代谢物模式，每个周期阶段，满足 q 值阈值 q < 0.20 可以在图 3 中可视化。代谢物的平均对数强度和个体变异性与满足 q < 0.20 的 2 个或更多统计显着对比比较如图所示.

代谢物因月经周期而异。这张带有颜色渐变的热图表示整个月经周期的节律性。在黄体期可见较低的氨基酸和脂质代谢物浓度。对数转换的代谢物数据的相位平均值在热图中进行行标准化以获得 Z 分数。颜色相近的两个单元格表示相似的 Z 分数，范围从蓝色（Z 等于负 2）到红色（Z 等于加 2）。氨基酸、脂质、有机酸和性激素变量根据主要生化途径或类别进行排序，并在对比分析后以 q < 0.20 表示。描绘了月经 (M)、卵泡 (F)、排卵期 (O)、黄体 (L)、经前期 (P) 阶段。 LPC-溶血磷脂酰胆碱、LPE-溶血磷脂酰乙醇胺、PC-磷脂酰胆碱。

循环阶段的氨基酸变异性。平均对数强度与苏氨酸、鸟氨酸、精氨酸、丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、谷氨酰胺、酪氨酸、γ-谷氨酰-丙氨酸、瓜氨酸、o-乙酰-丝氨酸、α-氨基丁酸的个体变异性一起描述和 γ-谷氨酰谷氨酰胺在 5 个月经期（M = 月经期，F = 卵泡期，O = 卵周期，L = 黄体期，p = 经前期）的一个时间点。每条彩色线代表一个人。描述了具有 2 个或更多个对比比较的氨基酸，满足 q < 0.20 的多重测试阈值。可以观察到统计上显着的黄体期减少。

血浆氨基酸和生物胺在黄体期显着降低

在检测到的 54 种氨基酸及其衍生物和生物胺中，有 48 种在 5 个相位对比比较中达到统计学显着性（p 值 < 0.05）：黄体 - 卵泡 (LF)、黄体 - 月经 (LM)、黄体 - 排卵期 (LO) )、经前期黄体 (PL) 和围卵期月经 (OM)（表 1 和补充表 1）。

表一：为所有重要的相位比较类别列出了测量的性激素（孕酮、雌二醇、促卵泡激素、促黄体激素）和 39 种氨基酸效应大小和 q 值。

*黄体/卵泡 (L-F)、黄体-月经 (L-M)、黄体-排卵期 (L-O)、经前期-黄体 (P-L) 和卵泡-月经 (O-M)；

鸟氨酸、精氨酸、丙氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸在所有 5 个相衬比较中均具有统计学意义，黄体期相对于其他相显示出统计学上显着的胺减少。在对多次测试进行校正并使用 q 值阈值 <0.20 后，37 种胺在 L-M 对比中达到了统计显着性。这些相同的胺中有 19 种满足 L-F 的 q 值阈值 <0.20，L-O 为 4，P-L 为 9（表 2 和图 4）。总谷胱甘肽仅对 L-F 具有统计学意义。苏氨酸、鸟氨酸和丝氨酸在 4 个相差比较中显示出显着性； L-M、L-F、L-O 和 P-L（q < 0.20）（表 1 和补充表 2）。

*黄体/卵泡 (L-F)、黄体-月经 (L-M)、黄体-排卵期 (L-O)、经前期-黄体 (P-L) 和卵泡-月经 (O-M)； **所有结果均基于自然对数转换数据。效果大小是估计的相位差（“对比”）。

血浆磷脂在黄体期显着减少

在具有可检测血浆水平的 139 种脂质种类中，57 种达到了统计学显着性（p 值 < 0.05），用于 1 到 5 个相衬比较：L-F、L-M、L-O、P-L 和 O-M（表 2 中的特定 p 值）。 38% 的测试脂质种类 (53/139) 始终显示黄体期相对于卵泡有统计学显着下降，在某些情况下，相对于月经期 (16/139) 有 7 种化合物显示出相比下降到经前期和 2 与围排卵期相比。一种化合物，LPE 22:6，在 5 个相衬中的 4 个中显示出统计学上的显着差异：L-F、L-M、L-O 和 P-L。经过多次测试，在 q < 0.20 时，17 种脂质种类达到了 L-F 的这一阈值，包括 6 个 LPC、10 个 PC 和 1 个 LPE。另一个 LPC 达到了 O-M 的这个阈值（表 2 和补充表 2）。

维生素D和吡哆酸在月经期增加

测试了 19 种临床参数，包括 8 种 B 族维生素、辅助因子和代谢物。 C反应蛋白（CRP）在L-F中具有统计学意义（p < 0.05），而高密度脂蛋白（HDL）、甘油三酯和胆固醇在L-F中具有统计学意义（p < 0.05）。与经期、经前期和排卵期相比，葡萄糖显示出节律性，黄体期在统计学上显着降低（p < 0.05）。镁在 L-M 和 O-M 中显示出统计学上的显着下降，核黄素在黄体期与月经前期相比显示出统计学上的显着下降。然而，这些结果在对多重测试进行校正后并不显着（q < 0.20）。维生素 D（25-OH 维生素 D）的 L-F、L-M 和 O-M 显着降低，L-M 和 O-M 满足多重测试阈值 q < 0.20）。此外，月经期始终显示更高水平的维生素 D。与排卵期相比，吡哆醇也显示出月经期升高（q < 0.20，表 2 和补充表 2）。

血浆和尿液酰基肉碱在排卵期呈增加趋势

在酰基肉碱组中测试的 50 种化合物中，19 种在血浆中具有统计学意义（表 2），16 种在尿液中具有统计学意义（p < 0.05）（表 2）。随着排卵期的增加，大多数血浆和尿液代谢物在 O-M 中发生了改变。然而，只有尿丙二酰肉碱达到了多次检测的 q < 0.20 阈值（表 2 和补充表 2）。

有机酸和内源性大麻素在各相之间表现出不同的模式

16 种有机酸代谢物的浓度水平高于血浆中各自的定量限，其中 10 种达到统计学显着性，p < 0.05。肌醇、焦谷氨酸和甲基丙二酸达到了所有 3 种代谢物的 L-M 和肌醇和焦谷氨酸的 L-O 的多重测试阈值 (q < 0.20)。

在尿液中分析了 23 种有机酸代谢物，其中 14 种具有统计学显着性，p < 0.05，在各种对比中。尿嘧啶、琥珀酸和柠檬酸达到了 O-M 的多重测试阈值 q < 0.20（表 2 和补充表 2）。

在血浆中，19 种内源性大麻素具有可检测水平，其中 5 种在 L-F、L-M、L-O 和 O-M 中显示出统计学显着性 p < 0.05；和 LEA 对 L-F、L-M 和 L-O 达到统计显着性，并满足 L-F 的多重测试阈值（q < 0.20）（表 2 和补充表 2）。

代谢物反应和子系统分析证明了月经周期阶段之间的相互联系和差异

KEGG 数据库和 Human RECON 模型用于丰富对满足多重测试 q 值 (<0.20) 的化合物的功能理解。 KEGG 目前将 18,111 种代谢物映射到 519 条通路，而 RECON 2.2 使用 5324 种代谢物和 7785 种主要细胞内反应。本研究中的 71 种化合物中有 62 种在 KEGG 途径中被鉴定，这 62 种实体中的 41 种（补充表 3）可以在 RECON 2 中进行映射。这 41 种代谢物参与了 1213 次反应（在表中的 7440 次反应中）。我们不考虑细胞外运输的 710 个反应和交换/需求的 84 个反应。因此，仍有 419 个反应需要进一步分析和解释。对鉴定的 419 个反应中的 41 个代谢实体进行的代谢物子系统分析显示，谷胱甘肽、琥珀酸、L-组氨酸和甘氨酸减少，其次是 L-赖氨酸、L-丙氨酸、L-精氨酸和 L-丝氨酸影响或受最多的影响代谢反应（补充图 2A）。

代谢领域中受影响的 34 个子系统包括氨基酸代谢/合成；如谷胱甘肽代谢和尿素循环；类花生酸代谢；柠檬酸循环和胆汁酸合成。（补充图 2b）显示了月经期变化对新陈代谢的整体、显着影响。

对相互关联的氨基酸相衬进行比较的更深入的通路分析揭示了 2 个显着相衬类别之间的细微差异。黄体月经对比没有像黄体滤泡对比那样显示谷胱甘肽水平的显着差异（补充图 3）。

讨论

本研究证明了月经周期与健康新陈代谢的节律同步性。利用5个月经周期阶段的深层分子表型分析，配合性激素节律，67种氨基酸、脂质、碳水化合物、能量和维生素代谢的生化种类在各阶段之间发生显着变化；特别是，相对于月经期和卵泡期，黄体减少（图 3）。与血浆相比，在尿液中观察到的变化要少得多。这些生化种类包括影响生理功能的主要生化途径，并可能增加对性激素相关疾病的易感性，例如 PMS、PMDD 和多囊卵巢综合征 (PCOS)。

这支持孕酮合成代谢氨基酸的使用（图 5）。通过氮排泄波动和黄体期氨基酸浓度降低对氮利用的性激素调节表明，在某些情况下，摄入更高的蛋白质负荷可能有利于支持额外的氮需求。女性有更高的能量消耗，并通过在黄体期吃更多的食物来补偿，尤其是蛋白质；表明此阶段的合成代谢可能大于我们使用测试的代谢组学技术观察到的差异程度。

尿素循环中的节律代谢物、神经递质代谢与1碳、谷胱甘肽代谢和柠檬酸循环连接。具有 FDR 控制节律的代谢物参与相互关联的生化途径，包括氮代谢（尿素循环）、神经递质代谢、甲基化（1 碳代谢）、氧化应激（谷胱甘肽代谢）和能量代谢（柠檬酸循环）。
NOS = Nitric oxide synthase; 一氧化氮合酶；
BH4 = Tetrahydrobiopterin; 四氢生物蝶呤;
BH2 = Bihydrobiopterin; 双氢生物蝶呤;
MTHFR = Methylenetetrahydrofolate reductase; 亚甲基四氢叶酸还原酶;
THF = Tetrahydrofolate; 四氢叶酸；
MTR = Methionine synthase; 蛋氨酸合酶；
DMG = Dimethylglycine; 二甲基甘氨酸；
TMG = Trimethylglycine; 三甲基甘氨酸；
B6 = Vitamin B6. 维生素B6。

用虚线框起来的化合物（NOS、BH4、BH2、MTHFR、THF、MTR、5-甲基 THF、DMG、TMG、同型半胱氨酸）未评估或不显着（多巴胺）。所有没有虚线的代谢物都满足多重检测阈值 q < 0.20。 *胱硫醚具有统计学显着性，p 值 < 0.05，但未达到多重测试阈值。

黄体期的合成代谢作用似乎并不限于氨基酸，因为相对于卵泡期，黄体中的某些脂质减少了，这表明脂肪用于脂质或类固醇合成的利用率更高，和/或脂肪吸收增加卵泡期合成代谢的需要（表 2 和图 3）。

先前的研究表明，相对于排卵期，黄体期子宫内膜的总磷脂含量增加了 26%。先前已在黄体期发现子宫内膜组织中磷脂酶 A2 增加 10 倍28。磷脂酶 A2 部分水解磷脂酰胆碱 (PC) 和磷脂酰乙醇胺 (PE)，生成溶血磷脂酰胆碱 (LPC) 和溶血磷脂酰乙醇胺 (LPE)。 PE 和 LPC 是在髓鞘和红细胞等细胞膜中发现的少量磷脂；在细胞信号传导和酶激活中发挥作用。我们对 PCs、LPCs、PEs 和 LPEs 减少的发现与它们在黄体期用于子宫内膜组织增厚以备孕的合成代谢作用是一致的。

先前的研究发现，与健康对照相比，PCOS 患者的黄体期 PC、LPC 和 LPE 进一步减少。因此，黄体期较低的磷脂在生理上可能是正常的。然而，某些疾病可能会进一步扰乱这种状态，这表明生理脆弱性的增加并强调了研究健康和疾病中荷尔蒙节律的重要性。

已知内源性大麻素与性激素和细胞因子相互作用以调节生育能力。相反，已知性激素水平的变化会改变内源性大麻素信号。中枢神经系统是内源性大麻素的丰富来源，对炎症高度敏感，这种相互作用与 PMDD有关。此外，内源性大麻素是由膜磷脂产生的。在本研究中，一种内源性大麻素亚麻酰乙醇酰胺 (LEA) 表现出黄体期节律性，这在以前从未被证实过（表 2）。

观察到的低浓度 LEA 可能是由于磷脂酰乙醇胺用于子宫内膜发育所致。这导致可用于内源性大麻素生成的 LEA 减少。需要进一步的研究来确定这是否会增加易受 PMS 或 PMDD 影响的个体对次优应激反应的脆弱性，特别是当与神经递质代谢的低浓度氨基酸前体结合时。

中长链酰基肉碱由脂肪酸氧化形成，在炎症、更年期和 PCOS 中降低。在我们健康的绝经前人群中，在来自尿液和血浆的卵周期观察到酰基肉碱上调的趋势，这可能反映了更高的炎症状态以及对 β 氧化和能量利用的需求（补充表 2）。

例如，由于黄体期合成代谢需求增加，实践中使用的临床实验室诊断可能会随着月经周期而变化，因此应谨慎解读。胆固醇是性激素的关键成分，在黄体期用于合成黄体酮和雌激素。在本研究中，胆固醇和 HDL 显示出显着的趋势，即黄体相对于卵泡期的减少，并且与先前的文献一致。正如我们的研究所观察到的那样，已知甘油三酯浓度在黄体期会降低；并且，更具体地说，由于加速 VLDL-TG 血浆清除，雌二醇治疗（但不是孕酮）减少了 30%。因此，在解释胆固醇和甘油三酯实验室结果时需要谨慎（表 2）。

虽然尚未被接受为临床实践的生物标志物，但肌醇是由人体从葡萄糖中产生的，可能需要大量满足黄体期妊娠准备的合成代谢需求。它在影响类固醇生成过程的胰岛素信号转导、脂质转运和分解代谢、卵母细胞成熟、胚胎发育和细胞骨架组装中起着关键作用。我们观察到黄体期肌醇显着减少（表 2）。观察到的黄体期葡萄糖浓度降低的趋势可能导致肌醇产量减少（补充表 2）。

显着的神经递质、氨基酸和 B 族维生素前体节律性可能会影响对 PMS 和 PMDD 中涉及的周期性压力、焦虑和抑郁的易感性。在月经初潮和更年期之间，女性比男性更容易受到抑郁症的影响，这表明抑郁风险的增加与性激素有关。例如，γ-氨基丁酸 (GABA) 抑制与抑郁症的病理生理学有关，在男性和女性之间有所不同，并且可以通过黄体酮和雌激素进行调节。我们观察到神经递质血清素和几种神经递质代谢前体（酪氨酸、色氨酸、3-甲氧基酪氨酸、GABA、L-苯丙氨酸）显着减少，这与之前的研究一致，即黄体期情绪增强神经递质代谢物水平降低，例如如 5-羟基吲哚乙酸 (5-HIAA)，血清素代谢物 50（表 1 和图 5）。