妊娠晚期子宫肌层兴奋的多尺度计算分析

妊娠期间子宫活动的调控是一个复杂过程，涉及跨多个尺度对子宫肌层兴奋性的调节。尽管已有大量研究考察了各种调控机制，并明确了离子通道和缝隙连接的作用，但这些机制如何相互作用以产生所观察到的子宫活动变化，仍然知之甚少。推动这类研究的关键在于建立能够有效捕捉不同尺度上妊娠期兴奋性变化的计算模型。 在本研究中，我们提出了一个多尺度计算建模框架，能够在给定妊娠阶段重现细胞尺度和组织尺度的实测活动。在细胞层面，我们基于对相关调控机制的文献综述以及对 Tong 2011 子宫平滑肌细胞激活模型的敏感性分析，识别出决定观测电生理特性的关键离子电流。随后，利用贝叶斯优化对这些离子电流的电导进行拟合，以重现特征性的静息膜电位和爆发活动特性。 为扩展到组织层面，我们采用各向异性的单域模型，并结合妊娠晚期子宫肌电阻率进行参数化，以研究子宫组织二维切片中的电传播。随后，我们将该多尺度模型应用于妊娠晚期子宫肌层激活的研究，阐明离子通道和缝隙连接调控在子宫由静息状态向分娩状态转变过程中的贡献。 我们的模型成功重现了小鼠模型中所分析的三个妊娠晚期时间点（第16/17天、第18/19天和第20/21天）在细胞层面的实测电生理特性，以及组织层面的特征性单峰和爆发传播模式。此外，我们的结果表明，电压依赖性钾电流（IK1）、L 型钙电流（ICaL）和钠电流（INa）电导的调控，对于决定早产期子宫兴奋性最为重要。本文建立的框架将推动更具妊娠阶段相关性的模型开发，从而更好地理解分娩进程及异常分娩所涉及的相关因素。

妊娠期间子宫活动的调控是一个复杂过程，涉及跨多个尺度对肌层兴奋性的调节。尽管大量研究已经考察了多种调控机制，并确定了离子通道和缝隙连接的作用，但这些机制如何相互作用以产生所观察到的子宫活动变化，仍然知之甚少。推动这类研究的关键在于建立能够有效捕捉不同尺度上妊娠期兴奋性变化的计算模型。

在本研究中，我们提出了一个多尺度计算建模框架，能够在给定妊娠阶段重现实验测得的细胞尺度和组织尺度活动。在细胞层面，我们基于对相关调控机制的文献综述以及对 Tong 2011 子宫平滑肌细胞激活模型的敏感性分析，识别出决定所观察电生理特性的关键离子电流。随后，利用贝叶斯优化对这些离子电流的电导进行拟合，以重现特征性的静息膜电位和爆发活动特性。

为扩展至组织层面，我们采用各向异性单域模型，并以妊娠晚期子宫肌电阻率为参数，研究子宫组织二维切片中的电传播。随后，我们应用该多尺度模型研究妊娠晚期的子宫肌层激活，并阐明离子通道和缝隙连接调控在促使子宫由静息状态过渡到分娩过程中的作用。所得模型成功重现了小鼠模型中所分析的三个妊娠晚期时间点（第16/17天、第18/19天和第20/21天）在细胞层面的实测电生理特性，以及组织层面的特征性单峰和爆发传播模式。

此外，我们的结果表明，电压依赖性钾电流（IK1）、L 型钙电流（ICaL）和钠电流（INa）电导的调控，对于决定早产前子宫兴奋性最为重要。本文建立的框架将促进开发更具妊娠阶段相关性的模型，以更好地理解分娩进程及功能失调性分娩所涉及的因素。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.22.733909v1?rss=1

🏷️ 子宫肌层 多尺度计算建模 妊娠晚期 电生理 离子通道 贝叶斯优化