脂肪酸与体力活动对β细胞质量和胰岛素敏感性的关键作用：2型糖尿病的发展路径与预防策略

本研究针对现有2型糖尿病(T2D)模型忽略脂肪酸(FA)动态作用的局限，通过扩展经典Topp's GIβ模型，首次系统整合FA与葡萄糖、胰岛素、β细胞质量的交互网络。研究提出新型胰岛素敏感性(SI )公式，揭示FA水平与血糖升高的正相关性，证实维持体力活动(PA)和限制饮食可保护β细胞功能，为T2D早期监测提供FA定量标记物。

　　

随着全球糖尿病患病率持续攀升，2型糖尿病(T2D)的发病机制研究面临关键瓶颈——现有数学模型多聚焦葡萄糖-胰岛素轴，却忽视了脂肪酸(FA)这一重要能量代谢物的动态作用。尽管FA占人体能量供应的60%以上，其在β细胞功能衰退和胰岛素敏感性(S_I
)调节中的角色长期被模型简化处理。这种认知缺口直接阻碍了对T2D进展中"脂毒性"与"糖毒性"协同作用的量化解析，更限制了基于代谢标志物的早期干预策略开发。

中国的研究团队在《Journal of Theoretical Biology》发表的研究中，对经典Topp's GIβ模型进行了开创性扩展。通过建立包含FA四变量耦合的微分方程组，首次实现FA与葡萄糖、胰岛素、β细胞质量的动态互作建模。研究创新性地引入体力活动(PA)参数和FA依赖型S_I
计算公式，利用Pima印第安人纵向数据验证模型，揭示FA水平超越葡萄糖的"临界交叉"现象可作为β细胞衰竭的前瞻指标。

研究方法上，团队采用动力学建模结合临床数据拟合：1)构建包含FA代谢通路的改进型GIβ-FA微分方程组；2)基于美国Pima部落流行病学数据校准参数；3)通过分岔分析识别FA摄入与碳水化合物代谢的阈值效应；4)采用数值模拟重现T2D发展轨迹。

【模型构建】
扩展Topp's模型新增FA动态方程，引入PA调节因子γ_PA
和FA敏感系数k_F
。公式推导显示，当β细胞质量降至阈值时，系统会从稳定态突变为糖尿病态，该转变受FA积累速率显著影响。

【平衡态分析】
证明系统存在健康与糖尿病双稳态。当β细胞增殖率α_β
低于凋亡率δ_β
时，FA水平会突破临界值引发不可逆的β细胞衰竭，该过程被PA通过提升S_I
延迟。

【数值模拟】

1. 非糖尿病人群中FA/葡萄糖比值终生<1，而T2D患者在β细胞衰竭前3-5年出现比值反超；
2. 将PA提升20%可使糖尿病发病延迟8.7年；
3. 高脂饮食使FA阈值浓度降低37%，加速β细胞失代偿。

【临床验证】
模型精准复现Pima人群数据特征：基线FA>0.8mmol/L者5年内T2D风险增加4.2倍，与临床队列研究一致。

这项研究在理论和临床层面均具有突破性价值：首次量化证明FA动态变化早于β细胞衰竭的"预警窗口期"，为T2D筛查提供新生物标记；建立的GIβ-FA模型能个性化评估饮食/运动干预效果，例如模拟显示每日增加30分钟中强度PA可使糖尿病风险降低52%。研究还揭示FA与葡萄糖的"纠缠上升"现象是β细胞去分化的关键驱动因素，这为开发针对脂毒性通路的新型降糖药提供靶点。该成果标志着代谢系统建模从"葡萄糖中心范式"向"多燃料网络范式"的重要转变。