胰岛β细胞如何“感知葡萄糖”？从数学模型到真实细胞钙信号的启示

Fig.3 表明 SERCA 泵抑制会降低振荡频率并放大 Ca2? 峰值，揭示其在维持钙节律中的关键作用。

该图在 11 mM 葡萄糖下展示膜电位、胞质 [Ca2?]i、ER 内 [Ca2?]ER 及 Ca2? 通量（Jrel、JSERCA、INaCa、IPMCA）随时间变化。在 130 s（灰条）时将 SERCA 泵通量 PSERCA 从 0.096 降至 0.0192 amole/ms（20%）以模拟药物 thapsigargin 抑制效应。抑制后，Ca2? 振荡频率降低、幅度增大，ER 储钙减少。

Fig.4 比较了 8 与 16 mM 葡萄糖下的离子流分布，揭示葡萄糖依赖的电活动增强机制。

展示 8 mM (A) 与 16 mM (B) 葡萄糖下 β 细胞爆发期与间歇期的离子电流变化。上方为 Vm， 下方为各离子电流轨迹（颜色对应图例）。灰条表示间歇期。不同时间尺度用于展示电流细节。

Fig.5 定量揭示各电流在爆发节律形成中的相对贡献，说明葡萄糖通过能量与离子通道双调控机制控制膜电活动。

显示 8 mM (A) 与 16 mM (B) 葡萄糖下各主要离子流在间歇期的贡献（VL 分析）。顶部：VL（红）与 Vm（黑）的时间变化；中部：各电流的瞬时贡献 c（正值促进去极化，负值促超极化）；底部：INaK 的分量被分解为 ATP/MgADP 依赖部分与 Na?i 依赖部分。

Fig.6 揭示单个动作电位中各离子流的时间协同，说明 Ca2?、K?、Na? 电流共同塑造β细胞节律性放电。

在 8 mM 葡萄糖下，展示连续两个动作电位的 VL（红）与 Vm（黑）变化，以及 ICaV、IKDr、IKCa(BK)、INaCa 等主要电流的瞬时贡献。可见 VL 变化始终先于 Vm，说明离子流的综合效应是爆发驱动力。

Fig.7 表明葡萄糖对 Na?/K? 泵的抑制仅引发瞬时增强，细胞通过离子稳态迅速恢复正常节律。

在 8 mM 葡萄糖下，于 t≈80 s 引入“葡萄糖对 Na?/K? 泵的抑制”（灰条，Fglu 从 1 → 0.552）。随后立即出现更长的爆发期和更高的 Ca2? 峰；随着 [Na?]i 累积，INaK 恢复，节律回归原状。