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Celora, Giulia L., Bader, Samuel B., Hammond, Ester M. et al. · 2022 · Journal of Theoretical Biology

#ODE-bifurcation #stochastic-process

??? info "Metadata" DOI: 10.1016/j.jtbi.2022.111104

📄 Quick Note

摘要概述

Celora 等人针对周期性低氧（cyclic hypoxia）下细胞周期紊乱的机制，构建了一个 DNA 结构化的五室（G1/S/G2/M + 两个检查点 C1、C2）延迟微分方程（DDE）模型。模型的特色在于显式刻画 DNA 合成速率 ν(t) 在严重低氧（radio-biological hypoxia, <0.1% O2）下降低，并通过时变延迟 τ(t) 描述 S 期延长与 G1/G2 期 arrest。作者用 Bader et al. (2021) 的 RKO 细胞流式细胞数据对模型进行 Bayesian 参数估计与模型选择，证明 C1 与 C2^(a) 检查点室是拟合实验所必需的，而 C2^(b) 可省略。模型预测：长期再氧合时细胞周期只是被减缓（S 期延长）；而短周期再氧合下，细胞累积于 G2/M 并几乎完全抑制增殖，提示 cyclic RH 可能通过改变细胞周期分布影响放化疗疗效。

关键图表

  • Fig. 3（6 室模型示意图）：完整刻画细胞周期各相与检查点之间的转移通量，是理解模型结构的总览图。
  • Fig. 5（5 室延迟模型）：通过特征线法化简后用于实际拟合与预测的最终模型，展示了 ν(t) 与延迟 τ 如何耦合到 G1/G2 flux。
  • Fig. 10（cyclic hypoxia 下各室比例演化）：对比 constant RH 与 cyclic RH 下 φ1、φs、φ2 的时间动态，直观显示短周期再氧合下 G2 累积与增殖抑制的预测。

与我的关联

该工作展示了如何用结构化 ODE/DDE 模型将微观分子机制（dNTP 短缺、DNA 合成速率）与宏观细胞群动力学耦合，对我们用 continuum/G&R 框架描述血管壁细胞表型演化有方法论借鉴意义——特别是如何用显式机制项与延迟项刻画外界扰动下的细胞状态重分布。