近年來，越來越多的研究表明，糖尿病是一種涉及多器官代謝協(xié)同失衡的系統(tǒng)性疾病。跨器官代謝網(wǎng)絡(luò)的失調(diào)不僅影響葡萄糖穩(wěn)態(tài)，還與胰島素抵抗、神經(jīng)內(nèi)分泌紊亂、免疫失衡等病理過程密切相關(guān)。然而，由于傳統(tǒng)成像技術(shù)和數(shù)據(jù)整合能力的局限，糖尿病在全身代謝網(wǎng)絡(luò)層面的動(dòng)態(tài)演變機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)。

近日，醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡戰(zhàn)利研究員與北京大學(xué)深圳醫(yī)院董孟杰教授團(tuán)隊(duì)合作，首次系統(tǒng)描繪了血糖異常進(jìn)展過程中的多器官代謝網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重塑圖譜，并揭示了神經(jīng)-外周代謝軸在糖尿病發(fā)生發(fā)展中的核心調(diào)控機(jī)制。該研究成果以"Mapping systemic inter-organ metabolic networks across glycemic continuum using whole-body [18F]FDG PET/CT and machine learning"為題，發(fā)表在核醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域TOP期刊European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging上。

本研究采用全身[1?F]FDG PET/CT成像技術(shù)，一次掃描即可同步捕捉全身主要器官的全景葡萄糖代謝，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)與可解釋性分析，為探索糖尿病跨器官代謝失衡提供了全新視角。研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室前期工作的基礎(chǔ)上?(Sun?et?al,?EJNMMI,?2022;?49(8):?2994-3004)，基于多中心1149例受試者的全身PET/CT數(shù)據(jù)，利用廣義線性模型校正年齡、性別、BMI等混雜因素，提取20個(gè)關(guān)鍵器官的代謝特征。通過計(jì)算器官間的代謝相關(guān)性，團(tuán)隊(duì)分別繪制了正常血糖、糖尿病前期和糖尿病三大群體的全身代謝網(wǎng)絡(luò)圖譜，并采用“個(gè)體化偏差網(wǎng)絡(luò)”概念，用于刻畫每位受試者相對(duì)于健康常模的代謝協(xié)同異常程度。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合隨機(jī)森林分類器與SHAP可解釋性分析，精準(zhǔn)識(shí)別出糖尿病早期代謝失衡的關(guān)鍵器官通路，尤其是腦-肝臟、腦-胰腺與腦-肌肉三大神經(jīng)-外周代謝樞紐。這一發(fā)現(xiàn)揭示了大腦在調(diào)控全身葡萄糖代謝中的核心作用，并為代謝異常的早期預(yù)警提供了潛在的影像學(xué)生物標(biāo)志物。

中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院胡戰(zhàn)利研究員、北京大學(xué)深圳醫(yī)院董孟杰教授為該論文的共同通訊作者。中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院博士后陶學(xué)桐為論文第一作者。研究工作得到了醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家自然科學(xué)基金（數(shù)學(xué)天元重點(diǎn)專項(xiàng)）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（重大科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)重點(diǎn)專項(xiàng)）和深圳市科技重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。

圖1：群體代謝網(wǎng)絡(luò)搭建示意圖

圖2：個(gè)體代謝網(wǎng)絡(luò)搭建示意圖

原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00259-025-07582-8?sessionid=-2144336730