综述：神经退行性疾病中神经炎症的数学建模

这篇综述系统阐述了神经炎症在阿尔茨海默病（AD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和帕金森病（PD）等年龄相关神经退行性疾病中的作用机制，重点探讨了通过常微分方程（ODE）、偏微分方程（PDE）和布尔逻辑等数学建模方法量化小胶质细胞、星形胶质细胞与神经元互作网络的进展，为开发疾病修饰疗法提供了新视角。

　　

神经炎症：神经退行性疾病的共同特征

在老龄化社会背景下，阿尔茨海默病（AD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和帕金森病（PD）等神经退行性疾病已成为全球公共卫生挑战。这些疾病虽然病理复杂，但慢性中枢炎症（神经炎症）是其共同特征。当前治疗仅能缓解症状，亟需通过系统建模方法突破治疗瓶颈。

神经炎症的细胞图谱

小胶质细胞作为中枢神经系统（CNS）的主要免疫细胞，通过Toll样受体4（TLR4）等识别损伤相关分子模式（DAMPs）。最新单细胞RNA测序（scRNAseq）揭示了疾病相关小胶质细胞（DAM）等新型亚群，打破了传统的M1/M2二分法。星形胶质细胞则通过C-C基序趋化因子配体2（CCL2）等细胞因子放大炎症反应，其终足结构破坏血脑屏障（BBB）完整性。少突胶质细胞在TNF-α信号调控下，其前体细胞（OPCs）分化受阻，导致髓鞘形成障碍。

细胞因子网络的矛盾效应

肿瘤坏死因子-α（TNF-α）通过核因子κB（NF-κB）和受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）双通路，既促进神经元存活又诱导细胞凋亡。白介素6（IL-6）虽具促炎特性，却支持少突胶质细胞分化。转化生长因子β（TGFβ）和脑源性神经营养因子（BDNF）通过TGFβ活化激酶1（TAK1）等通路发挥神经保护作用。这种多效性解释了单一靶点药物（如TNF-α抑制剂）的临床失败。

建模方法的发展轨迹

文献计量显示，46%的模型聚焦AD，采用ODE量化Aβ激活小胶质细胞的动力学。MS模型侧重T细胞亚群动态，而PD模型仅占4%。空间模型通过偏微分方程（PDE）模拟趋化因子梯度，但受限于MRI数据分辨率。布尔逻辑模型以三值离散状态（-1,0,1）刻画细胞活化，成功预测糖皮质激素联合免疫抑制的协同效应（81.8% vs 单药66.3%）。

未来建模方向

需突破M1/M2范式，建立基于受体谱的细胞状态分类。模块化建模策略可整合Omnipath蛋白互作网络，结合CellNOptR校准工具。概率布尔网络（如MaBoSS）能解析患者异质性，如AD亚型对AKT抑制剂的不同响应。跨尺度整合从NF-κB振荡到临床结局，将提升临床前预测效度。

结论

神经炎症建模正从单一细胞类型向多细胞网络演进。逻辑模型作为知识仓库，可桥接体外机制与临床数据，指导临床前模型选择。混合建模策略有望破解TNF-α等靶点的"双刃剑"效应，为联合疗法设计提供量化框架。