雌性小鼠能改善自閉症研究嗎？

在加利福尼亞州薩克拉門託的一個實驗室裡，一排排裝有玉米芯墊料的塑膠箱裡養著大約 800 只小鼠。即使在這個乾淨明亮的房間裡，這麼多小鼠集中在一個地方的氣味仍然令人難以忍受——刺鼻，並且任何養過倉鼠或沙鼠寵物的人都熟悉。大多數箱子裡都裝著四隻成年小鼠，它們四處竄動，鼻子抽搐，盯著正在觀看它們的人類。但在其中一個箱子裡，一隻光滑的白色小鼠正蜷縮在一個角落裡，哺乳著她那半打左右扭動的、毛色較深的幼崽。

在大多數研究實驗室中，這些幼崽的命運將由它們的性別決定。雄性將一生作為實驗物件。雌性要麼被保留用於繁殖，要麼僅僅因為它們不適合實驗而被安樂死：據稱，雌性比雄性更難操作，產生的資料一致性更差，而且維持雌雄兩種性別需要花費太多，它們必須分開飼養。或者，至少這是之前的理由。

但這些小雌性幼崽有所不同。它們所在的實驗室由加州大學戴維斯分校 (UC Davis) MIND 研究所的研究員 吉爾·西爾弗曼 和 楊慕 運營。這兩位科學家研究了大約 15 種自閉症小鼠模型的行為，並且他們的工作中始終包括雌性和雄性。

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當幼崽長大後，它們將學會划槳穿過水迷宮或在它們的墊料中埋下黑色彈珠，讓研究人員深入瞭解它們的記憶和行為與典型小鼠的比較。尋找自閉症的最佳動物行為模型至關重要，因為行為是這種疾病的核心。在人類中，自閉症是根據行為標準診斷的：異常的社互動動、溝通困難和重複性動作。

理想情況下，這些小鼠應該儘可能像它們的人類 counterparts。當然，一隻微小的、夜間活動的齧齒動物能像一個聰明、雙足行走的靈長類動物有多大的限度。但是，如果一隻小鼠與人不一樣，那麼一隻雄性小鼠就更不像女性了，尤其是在定義自閉症的事情上。男孩的診斷通常是女孩的四倍，並且自閉症的表現因性別而異；在女孩中，這種疾病通常更加微妙且更難檢測。

“女孩患有自閉症。也許在統計資料中不像男孩那樣突出，但女孩確實患有自閉症，並且有重要的研究表明，患有自閉症的女孩與男孩的型別非常不同，”西爾弗曼說。“所以我認為女性的研究同樣重要。”

西爾弗曼和楊的研究不僅包括兩種性別的小鼠，而且還分別分析它們的行為。長期以來，這種方法不是必需的，但現在其他人必須趕上他們的步伐。一年前，美國國立衛生研究院 (NIH) 推出了新的指令的第一階段，該指令要求透過 NIH 撥款資助的研究人員要麼包括他們將如何使用兩種性別動物的計劃，要麼解釋為什麼他們只使用一種性別。希望透過研究雌性和雄性，科學家們將更好地瞭解從行為到大腦解剖結構到藥物代謝的性別差異。

新規定給整個領域提出了有趣的問題：由於自閉症在男孩中更常見，研究人員是否應該將適量的資源用於研究雄性小鼠？研究人員是否應該專注於與主要影響女孩的瑞特綜合徵相關的研究中的女性？如果科學家開始在每個實驗中都包括兩種性別，誰來支付額外小鼠的費用？

為了適應這種新現實，科學家們需要更深入地思考性別何時重要，何時不重要。在 NIH 指令生效的這一年中，它迄今為止僅改變了研究人員編寫撥款和計劃研究的方式。“我想說，在幾年內，應該有可能開始看到出版物的差異，”馬薩諸塞州北安普頓史密斯學院的神經科學家 安娜麗絲·貝里 說，她自 2009 年以來一直呼籲研究人員解決性別差異，她的工作是導致 NIH 指令的更大運動的一部分。
 
這些研究的結果可能會以意想不到的方式推動自閉症研究向前發展。如果自閉症主要影響男性，那麼瞭解性別之間的差異可以解釋原因，反過來，這可能會揭示有關該疾病的根本原因的一些資訊。

藉口，藉口
歷史上，女性通常被排除在臨床研究之外，因為性別不被認為是健康或疾病的主要因素。即使懷疑性別是因素，研究人員也認為女性由於每月一次的激素週期而難以研究。他們還擔心實驗治療可能會傷害孕婦或她們的嬰兒，尤其是在 20 世紀 60 年代，當時發現晨吐藥物沙利度胺會導致出生缺陷。“具有生育能力的女性應排除在最早的劑量範圍研究之外，”美國食品藥品監督管理局 (FDA) 在 1977 年的一份報告中聲稱。

醫學研究所 2012 年的一份報告指出，該指南對臨床研究的所有階段都產生了令人沮喪的影響：生物醫學研究人員害怕在他們的研究中納入女性。女性參與的少量研究側重於生殖。對於其餘大部分，研究人員將從男性收集的資料推廣到女性，儘管在生理、激素和神經學方面存在根本差異。

“根本的假設是，如果你研究男性，那就足夠了，你可以從那裡推斷到其他人，”貝里說。“我們已經看到很多例子表明，這種假設顯然不成立，那裡存在真正重要的生物性別差異。”

例如，女性比男性更常患有焦慮和抑鬱症，她們也更容易患上中風和甲狀腺疾病。女性代謝藥物的方式也不同，而且更容易出現副作用。

其中最臭名昭著的例子是失眠藥物唑吡坦，以安必恩的名義銷售，該藥物於 1992 年獲得 FDA 批准。許多女性代謝這種藥物的速度非常慢，以至於在服藥後的第二天早上，這種藥物仍然存在於血液中，導致她們無法開車或進行其他需要精神敏銳的任務。在唑吡坦推出十多年後，FDA 才正式解決這個問題；在 2013 年，它將女性的推薦劑量減半。

婦女健康運動——20 世紀 60 年代興起的一股政治力量，最初關注生殖權利——反對僅限男性研究的結果同樣適用於女性的假設。活動家要求改善所有女性的醫療保健，並結束醫療系統中的性別歧視。NIH 於 1986 年以一份報告正式回應，承認女性的健康問題超出繁殖範圍，並建議將兩種性別都納入研究。1993 年，新規定要求 NIH 資助的研究人員在臨床試驗中納入更多女性。

今天，超過一半的 NIH 資助的臨床試驗參與者是女性。但在臨床前研究（使用動物和細胞的工作）中，對男性的偏愛仍然堅定不移。在 2011 年的一項薈萃分析中，貝里和加州大學伯克利分校的心理學教授 歐文·祖克 深入研究了生物學的 10 個領域，例如生物學和藥理學，以瞭解動物研究中的性別偏見有多嚴重。

他們發現情況相當糟糕：10 個學科中有 8 個學科表現出強烈偏愛男性。他們的研究不夠細緻，無法分析自閉症研究，但它發現的最突出的差異是在神經科學領域，其中僅使用男性的研究數量超過僅使用女性的研究數量五倍以上。“這甚至沒有計算他們在方法中沒有宣告性別的研究，這些研究可能通常只是男性，”貝里說。

這種不平衡的方法可能意味著一些研究誤解了動物的實際行為方式。像男性和女性一樣，雄性和雌性齧齒動物具有獨特的基於性別的特徵。在小鼠中，根據品系的不同，兩性可能表現出不同程度的焦慮，這可以透過動物探索新物體或空間的意願來檢測。女性具有母性本能，而男性則可能具有攻擊性和領地性。

多倫多大學醫學生物物理學教授 傑森·勒奇 說，大腦也存在差異。例如，紋狀體終末床核和杏仁核的部分割槽域（在大腦中起社交行為作用的結構）在雄性小鼠中通常比在雌性小鼠中更大。雄性和雌性也具有不同水平的性激素，這會影響大腦的發育和功能。

排除雌性動物的原因是熟悉的：雌性在動情週期期間的定期激素波動會使其行為和生理更難以預測，並且這種自然的可變性會使相關測試的資料不可靠。

這些事情可能是真的，但可以解釋清楚，勒奇說。“我們明確地觀察了動情週期如何影響整個週期不同階段的大腦，”他說。“它確實有影響，尤其是在海馬體中，但它非常微妙。”

來自芝加哥大學和加州大學伯克利分校的 2014 年的一項研究進一步證明了這一點。研究人員分析了 293 篇科學文章，這些文章研究了處於後者的動情週期的不同階段的雄性和雌性小鼠的一系列特徵。他們發現，雌性不僅不比雄性更具可變性，而且雄性在某些條件下實際上更具可變性。該報告的標題宣稱：“雌性小鼠獲釋，可以納入神經科學和生物醫學研究。”

榜樣行為
到目前為止，只有少數自閉症研究中動物的性別似乎有所不同，但這可能是因為科學家們才剛剛開始觀察。

一些最常用的自閉症小鼠模型是基因敲除小鼠，這些小鼠經過工程改造，使得某些基因缺失或關閉。這些基因修飾技術在 20 世紀 80 年代首次亮相，但第一個自閉症基因敲除小鼠的開發花費了更長的時間，直到 21 世紀初才出現。

迄今為止，研究人員已經建立了676個小鼠模型，這些模型據稱捕捉到了該疾病的某些特徵。楊指出，沒有一個模型能夠完全代表自閉症。“打個比方：愛樂樂團中的任何樂器都不能單獨發出交響樂的聲音。”

任何科學家都會很快指出，即使是最好的模型小鼠實際上也沒有患上自閉症，自閉症是一種獨特的人類疾病。但由於小鼠天生具有社交性和溝通能力，而且它們的正常活動（例如梳理毛髮或玩耍的頻率）是眾所周知的，因此那些偏離常態的小鼠很容易進行研究。即使是近似的模型也可能非常有價值，能夠識別出疾病的生物學機制或有助於治療的藥物。

在加州大學戴維斯分校等實驗室中，研究人員會測試突變小鼠的行為，這些行為可能類似於自閉症的症狀。

一個例子是奶昔記憶測試。在距離小鼠實驗室幾層樓上的辦公桌旁，西爾弗曼在她的電腦螢幕上打開了一個影片。這是一個黑白的俯瞰檢視，一隻灰色的小鼠坐在一個三角形的圍欄中，就像一個來自迷你便利店監控攝像頭的監控錄影。小鼠前面有兩個觸控式螢幕，閃爍著簡單的影像——左邊是一架飛機，右邊是一隻蜘蛛。小鼠用鼻子推了一下蜘蛛，然後迅速跑到圍欄的後方，那裡有一個活板門開啟，露出一小口草莓奶昔。

西爾弗曼說，在小鼠學會哪個影像會帶來獎勵之後，研究人員可以更改規則，也許讓飛機帶來甜美的零食。正常的小鼠可以重新學習影像的順序，但自閉症模型通常更不願偏離原來的路徑——這讓人想起自閉症患者的刻板行為。其他行為測試會檢查社交性，讓小鼠選擇與其他小鼠或無生命物體相處的時間；冒險性，小鼠可以冒險走到高高的開放式邊緣或躲在黑暗的封閉空間中；以及重複行為，重點是過度梳理毛髮或跳躍。

西爾弗曼調出了她團隊最近實驗的一組原始資料：條形圖比較了六種不同品系的小鼠在旨在檢測與自閉症相關的行為的各種測試中的性別差異。在這個有限的資料集中，性別之間沒有顯著差異。但西爾弗曼說，這並不意味著性別差異不存在。

“有些測試更敏感，更復雜，可能能夠發現它，”楊補充說，他正從西爾弗曼的肩膀上探頭看。例如，這些差異可能會在更復雜的行為分析和藥物測試中顯現出來，西爾弗曼和楊正在探索這些測試。

在其他實驗室中，已經開始出現雄性和雌性小鼠受試者之間一些有趣的差異。一個例子來自北卡羅來納大學卡羅萊納發育障礙研究所精神病學教授兼小鼠行為表型核心主任謝麗爾·莫伊的實驗室。莫伊的工作重點是激素催產素，它可以作為藥物給予自閉症模型小鼠，並可能鼓勵它們更具社交性。她的研究小組在2013年表明，來自一種名為 C58/J 品系（具有重複行為和低社交性）的雄性和雌性小鼠對催產素的反應不同。在雌性中，親社會效應發生得更快，持續時間更長。“這些結果表明，催產素可能對雌性特別有效——如果我們只看雄性小鼠，我們就不會觀察到這一點，”莫伊說，她現在正在比較其他自閉症模型中不同性別的催產素反應。

大腦成像研究（科學家掃描微小的小鼠大腦以瞭解自閉症模型中的神經解剖學差異）也揭示了基於性別的模式。2014 年，勒奇的研究小組使用磁共振成像來比較 26 種不同的自閉症小鼠模型的大腦，以檢視它們是否具有常見的異常。研究人員發現，雄性和雌性小鼠之間差異最顯著的大腦區域，例如終紋床核和杏仁核，也是 26 種小鼠模型中許多存在異常的區域。勒奇說，這強烈暗示了性別差異可能很重要，儘管性別所起的具體作用尚不清楚。“這些是我們還不瞭解的事情，”他說。“但我認為我們需要了解它們才能瞭解自閉症。”
 
在瑞特綜合徵的臨床前研究中，性別問題尤其突出，瑞特綜合徵是由 X 染色體上的一個基因突變引起的。攜帶突變基因的男孩會早逝，而女孩則會存活下來，但會伴有發育問題，其中包括自閉症的特徵和隨著年齡增長通常會逐漸惡化的運動問題。同樣，緬因州巴港傑克遜實驗室的副教授張中偉說，攜帶瑞特突變的雄性小鼠的症狀比雌性嚴重得多。由於這些嚴重症狀發展迅速且易於檢測，許多研究人員更喜歡只使用雄性小鼠。

德克薩斯州休斯頓貝勒醫學院的神經生物學和遺傳學教授胡達·佐比說，這種偏見可能意味著研究人員遺漏了有關該綜合徵的寶貴資訊。由於突變需要更長的時間才能影響雌性小鼠，研究人員有機會研究它如何在整個生命週期中改變行為和大腦功能。“研究雌性真的很有價值，因為她們的症狀發作進展緩慢，”佐比說，“這與我們在人類患者中看到的情況相同。”

軟性資金
薩克拉門托實驗室的這隻小白鼠媽媽和她的鄰居們享受著格外舒適的住所。它們呼吸的空氣每小時迴圈 15 次，只喝純淨水。當動物們進行測試時，研究人員和實驗室技術人員會低聲細語，以免打擾它們。

這種奢華是有代價的。一個籠子每天的維護費用約為 1.10 美元，該籠子可容納四隻小鼠。楊和西爾弗曼表示，一項典型的行為測試旨在每組使用 20 只小鼠，以獲得足夠的統計功效。大多數測試需要三組：對照組、攜帶一個目標基因複製的基因改造小鼠以及攜帶兩個該基因複製的基因改造小鼠。這使得每次測試需要 60 只小鼠。與其他研究領域相比，此類測試需要更多的動物，部分原因是行為實驗中已經存在許多可能導致統計噪聲的變數——從房間的溫度到處理人員是否使用了新的古龍水。

根據美國國立衛生研究院的新規定，為了獲得每個性別的相同資料量，這個最小值可能會翻倍，因為這兩個資料集通常會單獨報告（除非沒有明顯的差異，在這種情況下，研究人員可能會合並資料集以提高統計功效）。籠子的費用將翻倍，不僅因為動物數量將增加一倍，還因為雄性和雌性必須分開，以免它們交配。考慮到行為測試可能需要長達兩個月的時間，而且小鼠通常在實驗室中生活四到五個月，因此該規定的成本會迅速增加。

目前尚不清楚研究人員將在哪裡找到額外的資金——美國國立衛生研究院尚未承諾為試圖滿足這一要求的人員增加撥款。“我認為我們現在這樣做很棒，但這對資金有什麼影響？”在傑克遜實驗室講授小鼠行為特徵課程的斯泰西·裡佐問道。“我的同事們在申請撥款時，並沒有看到獎勵金額的增加來彌補[新規定]。”

為了回應這些擔憂，傑克遜實驗室的科學家加里·丘吉爾透過統計模型運行了假設的設計場景，以計算出一般研究人員可能需要多少隻小鼠。這些計算包括有關測試型別、預期效果以及反應的可變性的資訊。

他發現，根據研究型別，一些研究人員可能需要兩倍的動物。其他研究人員可能只需要在他們的實驗中增加一些。他說：“答案取決於基本的未知數，即：性別在哪些方面存在差異？”

美國國立衛生研究院婦女健康研究辦公室主任珍妮·克萊頓同意研究小鼠的數量不一定需要翻倍。她說，美國國立衛生研究院將評估撥款，不僅要看它們是否包括兩種性別，還要看它們如何考慮性別影響他們的研究問題和設計的方式。“從長遠來看，當科學家在基礎科學和轉化科學的早期研究兩種性別時，可以節省資金，”她說。

競爭激烈
在薩克拉門託以西約 20 英里的地方，西爾弗曼走進了一個幾乎與她小組的小鼠實驗室相同的實驗室，有兩個明顯的不同之處：一切都更大，而且實驗室裡養的不是小鼠，而是大鼠。

從歷史上看，小鼠一直是自閉症研究的首選齧齒動物，部分原因是存在許多代表廣泛的自閉症相關基因突變的模型，部分原因是它們體積小且相對便宜。但是，西爾弗曼和首席研究員倫納德·阿貝杜託在 2012 年開始建立這個實驗室，因為他們說大鼠可能是一個更有希望的模型。

小鼠和大鼠在 1200 萬至 2400 萬年前分化，後者進化得更大、更具社會複雜性。它們的社會行為可以使自閉症的特徵——以及性別差異——在測試中更容易被識別出來。

“看到這些傢伙了嗎？它們在摔跤和玩耍，”西爾弗曼指著一個籠子說，籠子裡有幾隻白色的小大鼠在地板上翻滾，輪流撲到對方的背上。“小鼠永遠不會這樣做。大鼠更具社交性。”

老鼠也更聰明。以奶昔測試為例：當小鼠進行測試時，它們會用鼻子輕觸螢幕上的一個或另一個影像。據西爾弗曼說，老鼠很快就學會了繞過規則，用鼻子和爪子同時敲擊兩個螢幕，以獲得獎勵。必須為老鼠提供更高階的版本，其中包括一個小臺階，用於測量爪子的壓力，迫使它用鼻子一次選擇一個影像。

缺點是老鼠更貴。最初，西爾弗曼和鮑曼計劃在他們的初步研究中只使用雄性老鼠，因為包括雌雄兩種性別的成本會很高；飼養和餵養一隻成年老鼠每天的費用超過一美元。

最終，考慮到美國國立衛生研究院的要求，研究人員決定從一開始就使用雌性和雄性老鼠開始新專案更有意義。西爾弗曼說，這對於理解自閉症模型中的性別差異最終是件好事。“（在小鼠中）沒有足夠多樣化的行為來看到這種差異，”她說。“現在它更接近成為一個現實的可能性，因為我們將獲得更大的訊號。”

她拉出一個塑膠籠子，裡面住著一隻長著紅眼睛的大白鼠，它正在哺乳十幾只21天大的幼崽。它們很快就會斷奶，並按性別分開放入新的籠子，最終像薩克拉門託的同類小動物一樣進行行為和記憶測試。

這項工作在加州大學戴維斯分校和全國其他自閉症實驗室的進展情況，只有在研究人員整理出如何包括兩種性別並且資料開始湧入時才能逐漸顯現。但至少，現在是時候讓光滑的白色小鼠和長著紅眼睛的大老鼠——以及它們的雌性幼崽——有機會展示它們的實力了。

透過展示自閉症的性別差異如何在最基本的層面上發生，這些動物可能會改變我們對自閉症的根本理解。西爾弗曼認識到新政策將花費更多的錢——但她說這是值得的。“我們應該擁抱美國國立衛生研究院的要求，”她說。“真正重要的是，每一個模型都要分別用雄性和雌性進行研究。”

本文最初於2015年10月19日發表在Spectrum上。在此處查詢原始故事。