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细胞凋亡是一个全或无、不可逆的生理过程，而Bcl-2家族蛋白在凋亡过程中起到决定作用。Bcl-2家族蛋白调控着线粒体外膜通透性的转变，而这一全或无的事件被广泛的认为是细胞凋亡决定中的‘不可回复点’。因此，人们认为Bcl-2家族蛋白之间的相互作用构成了一个‘Bcl-2凋亡开关’。本研究主要从系统生物学角度，采用动力学建模手段研究了该Bcl-2凋亡开关的产生机制和调控规律。
越来越多的实验证据表明，Bcl-2家族蛋白的相互作用网络中存在着正反馈机制。我们采用了确定性的微分方程与考虑了细胞内随机涨落的细胞自动机对Bcl-2家族蛋白的相互作用网络进行建模研究。结果显示，Bcl-2家族蛋白相互作用网络中的Bax活化模块能够导致一种典型的生物开关现象--双稳态现象，从而形成一个双向的分子开关。一旦考虑到Bax的进一步寡聚化，这-Bax活化开关将变得不可逆，从而很好的解释了凋亡中的不可逆开关现象。该结果在国际上首次提出了一种线粒体凋亡上游的决定机制--Bax活化开关。此外，我们在将确定性和随机性模拟相结合以研究线粒体凋亡调控网络方面，也做出了有意义的尝试。
目前，Bcl-2凋亡开关的具体调控机制仍是当前研究的热点问题。对这一问题，人们提出了两种截然不同的假说(直接激活和间接激活模型)。对此，我们基于生物系统的鲁棒性，成功的提出了一种鉴别模型可靠性的方法。分析结果指出，直接激活模型比间接激活模型更容易形成动力学开关，并且能够更好的解释低Bax本底激活水平、Bcl-2抗凋亡蛋白亚家族的抗凋亡功能、系统对轻微扰动的不敏感性等实验现象。这对于进一步的实验验证具有很好的指导意义。
此外，我们在直接激活模型的基础上，整合了最新的实验发现。我们主要着重分析了相关反应机制对模型动态性质的影响。分析结果表明，Bcl-2家族蛋白相互作用网络中存在两个独立的正反馈机制，从而能够很好的解释细胞凋亡决定中的开关现象。Bcl-2抗凋亡蛋白亚家族成员与活化的。Bax、Bak的结合建立起一条正(双负)反馈机制，给模型系统带来双稳态，从而形成开关。而Bax、Bak的自活化构成的另一条独立的正反馈能增强了这一开关，并使得这个开关对参数的扰动更加鲁棒。此外，我们也通过集合随机模拟的手段，研究了内源性噪声对这一双稳开关的影响。模拟的结果与最近一些实验结果，尤其是与采用流式细胞仪分析得出群体水平上细胞按照Bax活化水平分为两群的结果具有很好的一致性。
总之，从系统生物学和动力学建模角度对Bcl-2凋亡开关机制进行深入的、动态的研究，帮助我们深化了对细胞凋亡决定中开关机制的理解。可以预计，随着实验数据的累积，我们可以在更为精确的模型指导下，以Bcl-2家族蛋白成员为靶点设计更有效的抗肿瘤药物(或药物组合)，寻找更为合适的治疗窗口。