动脉粥样硬化斑块成分的平流主导模型：细胞死亡与胆固醇毒性的关键作用

研究人员针对动脉粥样硬化斑块中坏死核心的形成机制，建立了以平流-反应方程为主导的多相数学模型，通过分析泡沫细胞、死亡细胞和修饰低密度脂蛋白(modLDL)的动态相互作用，揭示了细胞死亡速率(β)与胞葬作用对斑块组成的决定性影响。研究发现，当β>1时，斑块内活细胞与死亡物质达到稳定共存状态，而β<1时泡沫细胞完全死亡，这一结果为理解斑块稳定性提供了定量理论基础。

　　

动脉粥样硬化被称为"沉默的杀手"，其形成的斑块可能突然破裂导致心梗或中风。斑块核心中堆积的死亡细胞和胆固醇结晶是危险的"火药桶"，但科学家们一直困惑：为什么巨噬细胞会放弃清理这些"危险废物"？传统理论认为这是细胞功能衰竭所致，而最新数学模型揭示了更复杂的动力学机制。

悉尼大学(University of Sydney)的Ahmed和Myerscough团队在《Mathematical Biosciences》发表的研究，通过建立三相(泡沫细胞、modLDL、死亡细胞)和六相(增加HDL相关变量)平流-反应模型，首次量化了细胞死亡与胞葬作用的动态平衡如何决定斑块命运。研究采用特征线法将偏微分方程转化为常微分方程组，结合内皮边界条件设定，通过数值模拟分析了不同参数空间下的斑块演化规律。

2.1 三相模型的核心发现
通过建立包含泡沫细胞(f)、modLDL(l)和死亡细胞(c)的质量守恒方程，研究发现：当胞葬作用速率β>1时，斑块深部会形成活细胞与死亡物质的稳定共存态(f*=1-1/β)；而β<1时泡沫细胞完全消亡。这解释了临床观察：高效胞葬作用(β高)的斑块含有更多活细胞，而功能缺陷(β低)的斑块则形成大范围坏死核心。

2.3 平流主导的简化模型
在斑块深处平流占优区域，模型简化为：?f/?t+v??f/?x=-f+αfl+βfc。该简化准确预测了完整模型的空间分布特征，特别是β=1.5时活细胞占比33.3%的稳定状态，与临床病理统计高度吻合。

3.1 六相模型的拓展
引入HDL(p)和细胞内胆固醇(a)变量后，模型揭示：胆固醇毒性通过增加死亡速率a?a促使泡沫细胞凋亡，而HDL通过γap项促进胆固醇外流。当γ>δ(降解率)时，HDL能有效减少细胞内胆固醇堆积，这为HDL治疗提供了理论支持。

研究意义
该研究首次通过动力学模型证明：斑块组成不单纯由细胞功能决定，更是胞葬作用、胆固醇毒性和HDL清除等多因素动态平衡的结果。β>1的"健康平衡态"与β<1的"坏死态"的发现，为开发调节胞葬作用的疗法提供了新靶点。模型中γ/δ比值的关键作用，也从理论上解释了为何HDL提升疗法在某些患者中效果显著。这些发现为精准干预斑块稳定性提供了量化预测工具。