于 杨 课 题 组 · 教 学 网 页 说 明 书
血浆脂蛋白代谢模拟 · 使用说明书
LipoKinetics v5 —— 基于 ODE 与 Michaelis-Menten 动力学的脂蛋白代谢实时模拟(含跨物种、SREBP-2 负反馈闭环、三轨对比、练习模式)
适用对象:生物化学 / 动脉粥样硬化学 / 实验动物学 / 临床血脂教学
版本:v5
编制:于杨课题组
1. 这个页面能做什么
本页把血浆中五类主要脂蛋白(CM、VLDL、IDL、LDL、HDL)与 CM 残粒(CMR)当作相互转化的“池”,每个脂蛋白再拆成胆固醇池 + 甘油三酯池 (共 13 个状态变量),用一组常微分方程(ODE)描述它们的生成、水解、转运与清除,酶促步骤采用 Michaelis-Menten 饱和动力学。你可以:
实时拖动 12 个滑块 (指数刻度 0.1×–10×)改变酶活性、受体表达与分泌速率,切换后直接解稳态 (ds/dt=0),立刻看到各脂蛋白池的真实稳态浓度;
一键载入 9 个内置临床场景 (正常、家族性高胆固醇血症、高甘油三酯血症、代谢综合征、他汀、PCSK9 抑制剂、贝特类、CETP 抑制剂、LCAT 缺陷);
切换 6 个物种 (人 / 小鼠 / 大鼠 / 金黄地鼠 / 兔 / 小型猪)与饲料造模条件,直接对比脂蛋白谱差异;
点「🐭 跨物种」弹窗看人 / 小鼠 / 金黄地鼠三轨并排 的模型稳态对比(HDL-C 占比、LDL-C、CETP 通量);
观察代谢通路动画(粒子数量随浓度缩放)与浓度—时间曲线;
点「📥 导出」把当前稳态导出为 CSV;点「✏️ 练习」做 5 道预测题(判定由模型真稳态计算);
粘贴英文摘要自动识别定量描述并映射为参数;生成携带物种/条件的分享链接。
2. 界面布局
左栏 · 物种与实时读数
物种与模型切换 :6 个物种按钮;下方下拉框选饲料与造模条件
本条件文献值卡片(TC / HDL-C / LDL-C / TG + 出处 + 偏差标记)
血浆脂蛋白浓度(每项显示「胆固醇 / 甘油三酯」双数值)
临床指标(TC、TG、LDL-C、HDL-C、非 HDL-C、AIP、FFA + 文献值对照)
通量速率(各转化步骤瞬时速率,mg/dL/h)
中栏 · 可视化
上半:代谢通路动画画布(小肠、肝脏、外周组织、血液循环、动脉壁)
下半:浓度—时间曲线(Chart.js 实时绘制)
右栏 · 操作区(四个标签页)
病理 Scenarios:9 个临床场景
参数 Params:12 个滑块(指数刻度)
物种 Species:当前物种详情 + 跨物种对比柱图
知识库 Info:脂蛋白与器官知识卡
3. 快速上手(建议按此顺序)
页面打开后处于“就绪”状态(默认物种=人)。点击右上角 ▶ 运行 开始模拟。
需要讲动物模型时,先在左栏“物种与模型”点物种按钮,再选饲料 / 造模条件;左栏显示该条件的文献血脂值与出处。
在右栏“临床场景模拟”中点一个场景,参数滑块自动跳到该场景数值,界面立即刷新为新稳态 (不再需要等数十秒积分逼近)。
需要人工干预时拖动右栏滑块(1.00× = 正常水平 100%,指数刻度便于在低倍区精细调节)。
点击任一浓度条目可把信息卡切到该脂蛋白的详细说明;随时点 ↻ 重置 回到基线。
4. 运行控制
控件 作用 说明
▶ 运行 / 暂停 启动或冻结模拟 暂停后仍可拖动滑块
↻ 重置 回到基线状态 时间归零,曲线清空
− / + 速度 调节推演速度 1× 至 10×
📚 文献 经验证的文献来源 弹窗按页显示,支持 ← / → 翻页
🐭 跨物种 跨物种对比弹窗 对比柱图 + 三轨并排模型稳态对比
📄 导入 论文导入自动调参 详见第 8 节
📥 导出 导出当前稳态为 CSV 各池浓度 / 临床指标 / 通量速率,Excel 可直接打开
✏️ 练习 练习模式 5 道预测题,判定由模型真稳态计算
🌙 / ☀️ 夜间 / 白天模式 选择会记忆
EN / 中 中英文界面切换 全页文案、图表轴、画布标注同步切换
5. 内置临床场景预设
9 个场景的参数均为「相对基线的倍率」;切换后界面显示的是该场景的真稳态 数值。他汀与 PCSK9 抑制剂经 LDLR 上调,但机制不同 (见第 5.1 节)。
场景 参数变化(× 正常) 预期表型(模型稳态)
正常生理 全部 1.0 TC 175 · TG 100 · LDL-C 100 · HDL-C 50 mg/dL
家族性高胆固醇血症(FH) LDLR 0.55 LDL-C ≈ 329(+229%),HDL-C 基本不变
高甘油三酯血症(HTG) LPL 0.55,VLDL 分泌 1.10,CM 分泌 1.40,CETP 1.25 TG ≈ 457(+357%);LDL-C 不升反降(级联受阻);HDL-C↓
代谢综合征(MetSyn) LPL 0.60,VLDL 分泌 1.08,CETP 1.50,PLTP 1.30,HDL 新生 0.75 TG ≈ 315;HDL-C ≈ 37(−25%);LDL-C 略降
他汀类药物 胆固醇合成(hepFC_synth)0.16 LDL-C ≈ 49(−51%),HDL-C 基本不变
PCSK9 抑制剂 LDLR 1.47 LDL-C ≈ 42(−58%),HDL-C 基本不变
贝特类药物 LPL 1.20,VLDL 分泌 0.85,HDL 新生 1.50 TG ≈ 62(−38%);HDL-C ≈ 57(+14%);LDL-C 基本不变
CETP 抑制剂 CETP 0.29 HDL-C ≈ 88(+77%),LDL-C ≈ 69(−31%)
LCAT 缺陷 LCAT 0.05,HDL 新生 1.20 HDL-C ≈ 33(−34%),TG 基本不变
5.1 他汀为什么能降 LDL-C?—— 模型内置的 SREBP-2 负反馈闭环
他汀场景不再直接给定 LDLR 倍数 ,而是下调「胆固醇合成(hepFC_synth)」到 0.16×。模型内置的负反馈链是:
抑制 HMGCR → 肝胆固醇合成↓ → SREBP-2 活化 → LDLR 上调 → LDL-C 下降约 50%
学生可以自行验证:把「胆固醇合成」滑块从 1.0 逐步拖到 0.2,观察 LDL-C 随之下滑——这就是他汀的因果链,LDLR 的上调由系统内生产生,而非“拍脑袋给的倍数”。同理,VLDL 分泌↑ 会“把胆固醇带出肝脏”、降低肝胆固醇压力、经 SREBP-2 上调 LDLR,因此VLDL 过量分泌时 LDL-C 不升反降 。
教学提示:把“正常生理”与任一病理场景并排跑一遍对比方向;再加载对应药物场景演示“同一指标、不同机制”(他汀经 SREBP-2 上调 LDLR 降 LDL-C,PCSK9 抑制剂直接阻断 LDLR 降解,贝特经 PPARα 升 LPL 降 TG)。
6. 跨物种模式(人 / 小鼠 / 大鼠 / 金黄地鼠 / 兔 / 小型猪)
左栏顶部“物种与模型”提供 6 个物种。点物种按钮即切换模型基础参数(最关键的是 CETP 是否表达),再用下拉框选饲料 / 造模条件。切换后所有读数、曲线与临床指标按新物种重新标定。
物种 主要脂蛋白 血浆 CETP 普通饲料 TC(mg/dL) HDL-C / TC
🧑 人 LDL 有(活性高) 150–200 ≈29%
🐭 小鼠 HDL 无(进化丢失) 60–80 70–80%
🐀 大鼠 HDL 无(进化丢失) 50–70 ≈72%
🐹 金黄地鼠 HDL(普通)→ LDL(高胆固醇) 有(功能性,活性约 60%) 76–128 ≈77%
🐇 兔 β-VLDL 有(活性高) 40–60 ≈39%
🐖 小型猪 LDL mRNA 有 · 血浆活性无 80–120 ≈36%
为什么小鼠 HDL 这么高? 小鼠肝脏不表达 CETP(该基因在鼠类进化中丢失),HDL 中的胆固醇酯转不出去,于是 HDL 蓄积、HDL-C 占 TC 的 70–80%。人、兔有 CETP,胆固醇酯可转给 apoB 脂蛋白,故以 LDL 为主。金黄地鼠是与小鼠同属啮齿类、却保留了 CETP 的关键对照 ——把「小鼠 · 高脂」与「金黄地鼠 · 高脂高胆固醇」并排,LDL 是否成为主要胆固醇载体立刻可见,这把「CETP 有无」隔离成唯一自变量。
6.1 三轨并排对比(人 / 小鼠 / 金黄地鼠)
点右上角 🐭 跨物种 ,弹窗内「三轨并排 · 模型稳态」区块对三个物种各跑一个模型实例,并排显示 HDL-C 占 TC、LDL-C、CETP 通量与活性,配蓝(HDL)/红(LDL)横条:
物种 CETP 活性 LDL-C HDL-C HDL-C 占 TC
🧑 人 100% 100 50 29%
🐭 小鼠 0% 11 52 74%
🐹 金黄地鼠 60% 12 99 77%
每个物种下的造模条件均标注文献值出处;少数条件讲稿只给了定性描述,页面标注 ⚠ 示意 ,课堂引用请勿当作实测数据。斑马鱼等讲稿未给出血脂常值,未纳入物种切换。
7. 可调参数说明(12 个 · 指数刻度)
滑块采用指数刻度 :0.1×–10×,1.00× 恰在正中,低倍区(0.1×、0.3×)可精细调节;双击滑块复位到 1.00×。
参数 全称与含义 生理作用
LPL 脂蛋白脂肪酶 水解 CM/VLDL 中的 TG,决定 TG 水平;其活性也决定 VLDL→IDL→LDL 级联的顺畅度
HL 肝脂肪酶 水解 IDL/HDL 中的 TG,推动 IDL→LDL、清除富 TG 的 HDL
LCAT 卵磷脂-胆固醇酰基转移酶 酯化游离胆固醇,使新生 HDL 成熟为球形 HDL
CETP 胆固醇酯转运蛋白 把 HDL 的胆固醇酯换给 VLDL/LDL、反向运 TG 入 HDL;HDL-C↓、LDL-C↑
PLTP 磷脂转运蛋白 把富 TG 脂蛋白的表面磷脂转给 HDL
LDLR LDL 受体 清除 LDL/IDL,决定 LDL-C;受 SREBP-2 负反馈调控
SR-BI B 类清道夫受体 肝脏选择性摄取 HDL 胆固醇酯,逆转运最后一步
ABCA1 胆固醇外排转运体 把外周细胞胆固醇交给新生 HDL
肝脏 VLDL 分泌 内源性途径输入 肝输出 VLDL;↑ 会把胆固醇带出肝脏、经 SREBP-2 上调 LDLR
肠道 CM 分泌 外源性途径输入 肠道输出乳糜微粒,代表膳食脂肪负荷
胆固醇合成 HMGCR 通量(hepFC_synth) 肝从头合成;↓ 触发 SREBP-2 活化 → LDLR 上调(他汀的因果链)
HDL 新生 apoA-I 分泌(HDL_nascent) HDL 胆固醇的来源
8. 论文导入与自动调参
点 📄 导入 ,粘贴英文摘要或关键发现段落。
点“提取发现”,系统识别与脂蛋白代谢相关的定量描述(如 “reduced LDL-C by 40%”)。
确认映射无误后点“应用调整并运行模拟”。
识别结果仅供参考,请人工核对后再应用。
9. 分享参数链接
点 🔗 分享参数 ,系统把当前 12 个滑块数值 + 物种 + 造模条件 写入网址查询串并复制。对方打开即自动载入同一套参数(先应用物种、再应用滑块)。
10. 结果怎么看
10.1 浓度与临床指标
左栏读数单位为 mg/dL。常用参考区间(成人空腹,仅作量级参照):
指标 合适水平 升高/降低的意义
总胆固醇 TC < 200 mg/dL 受 LDL-C 与 HDL-C 共同影响
甘油三酯 TG < 150 mg/dL 反映 CM/VLDL 及其残粒的堆积
LDL-C < 100 mg/dL 动脉粥样硬化的主要驱动因素
HDL-C 男 > 40、女 > 50 mg/dL 过低提示逆转运能力不足
非 HDL-C < 130 mg/dL 含所有致动脉粥样硬化脂蛋白的胆固醇
AIP < 0.11 低危 log10(TG/HDL-C),均以 mmol/L 计
10.2 时间尺度与「半衰期」口径(重要)
本模型只演示稳态数值 ,不演示「起效时间」。各池的“半衰期”有两种口径,请勿混用:
LDL :平均周转半衰期(FCR 口径)2.5 天 ;边际半衰期约 5.3 天 ——因 LDLR 已接近饱和,边际清除率低于平均清除率(正常生理,非模型错误)。
HDL :apoA-I 颗粒周转约 4 天 (文献 4.4 天,FCR 0.24/天);胆固醇交换(LCAT/CETP 驱动)约 1 天量级。模型未单独建 apoA-I 池,故 cHDL 的数值半衰期显示为偏快,这是已知简化。
10.3 通量与通路
左栏“通量速率”给出各转化步骤的瞬时速率(mg/dL/h);中栏画布以粒子动画呈现三条主线(外源性、内源性、胆固醇逆转运),粒子数量随该脂蛋白浓度缩放 ,鼠标悬停器官可看功能说明。
11. 四个可直接用于课堂的演示脚本
LDLR 决定 LDL-C :载入 FH 场景(LDL-C 329)→ 把 LDLR 从 0.55 拖到 1.00,观察 LDL-C 回落。说明受体介导清除是 LDL-C 的第一决定因素。
LPL 与 TG :载入 HTG 场景(TG 457)→ 把 LPL 从 0.55 拖到 1.00,TG 快速下降;说明“水解能力”与“生成负荷”共同决定 TG,且 LPL 下降还会让 LDL-C 不升反降。
他汀的因果链(SREBP-2) :正常场景下把「胆固醇合成」从 1.00 拖到 0.2,观察 LDL-C 下滑而 HDL-C 基本不变;讲解「抑制 HMGCR → SREBP-2 → LDLR ↑」这条闭环。
一秒看懂“小鼠 HDL 高” :左栏依次点「人 → 小鼠 → 金黄地鼠」,再点 🐭 跨物种 看三轨并排;结论:不是小鼠 HDL 特别能干,而是它丢了 CETP、胆固醇酯运不出去。
12. 模型假设与局限
本模型的 Vmax/Km 属于有效参数 :为保证 ODE 系统在基线状态达到数学稳态(ds/dt ≈ 0)而校准,并非直接引用文献中的体外动力学常数 。模型能正确再现各病理场景的定性 表型变化,但不应作为定量药代动力学预测的依据。
模型为一房室、集中参数近似,不区分血管内与组织间室;不含餐后动态负荷,除非手动提高「肠道 CM 分泌」。
切换场景 / 拖滑块后直接解稳态(ds/dt=0),不做时间积分逼近 ;因此「起效时间」不可按模型时间读。
SREBP-2 负反馈采用稳态近似(因子 = hepFC_synth^(-α) × VLDLsec^β),未建独立的肝胆固醇池与动态过程,只能演示稳态方向与因果链,不能演示「抑制后几天起效」。
不模拟脂蛋白(a)、小而密 LDL 的颗粒异质性(代谢综合征场景仅定性提示该倾向);不含药物 PK/PD 时程。
跨物种模块同样用“有效参数”:每个物种的 Vmax/Km 以该物种文献血脂值为目标标定,用于讲清定性 差异,不代表真实速率常数;标注「⚠ 示意」的条件无文献实测值支撑,不可引用为数据。
13. 参考文献(均经 PubMed / ISBN 核实)
[1] Rifai N, et al. Lipids, lipoproteins, and apolipoproteins. In: Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostics, 6th ed. Elsevier, 2017. ISBN 978-0-323-35921-4(基线浓度范围)
[2] Goldstein JL, Brown MS. Regulation of the mevalonate pathway. Nature 343:425–430 (1990). PMID 1967820
[3] Herz J, Strickland DK. LRP: a multifunctional scavenger and signaling receptor. J Clin Invest 108:779–784 (2001). PMID 11560943
[4] Nordestgaard BG, et al. Nonfasting triglycerides and risk of myocardial infarction. JAMA 298:299–308 (2007). PMID 17635890
[5] Barter PJ, et al. Effects of torcetrapib in patients at high risk for coronary events. N Engl J Med 357:2109–2122 (2007). PMID 17984165
[6] Acton S, et al. Identification of scavenger receptor SR-BI as an HDL receptor. Science 271:518–520 (1996). PMID 8560269
[7] Vélez-Carrasco W, et al. Human apolipoprotein A-I kinetics within TRL and HDL. J Lipid Res 40:1695–1700 (1999). PMID 10484617(apoA-I FCR 0.239/天 → 平均停留 4.37 天)
[8] Stephens & Sanders. 金黄地鼠标准饲料血浆血脂基线. J Am Assoc Lab Anim Sci 54(3):353–358 (2015). PMID 26224433(开放获取)
[9] Zeng L, et al. Rodent Models for Atherosclerosis. Int J Mol Sci 2025;27(1):378. DOI 10.3390/ijms27010378 · PMID 41516253(开放获取;各品系造模后 TC/TG 实测值)
[10] Hogarth CA, et al. Comp Biochem Physiol B 2003;135(2):219–229. PMID 12798933(小鼠/大鼠 CETP 基因无功能)
[11] 跨物种 CETP 活性:Pussinen PJ, et al. J Lipid Res 1997(PMID 9254072);Guyard-Dangremont V, et al. 1998(PMID 9787811);Dixon JL, et al. 1999(PMID 10591679,猪 LDL-C ≈ TC 57%)。完整 15 条见页面「📚 文献」弹窗
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说明书版本 v5 · 对应网页版本 LipoKinetics v5 · 更新日期 2026-09-30(SREBP-2 负反馈闭环、k_il 与 LPL 挂钩、金黄地鼠、三轨对比、粒子数随浓度、导出/练习、半衰期口径说明)