数学建模分析抗病毒药物对HIV病毒库的影响

　　我们的研究使用数学建模来深入了解抗逆转录病毒治疗对HIV潜伏感染的影响，并强调药物的药效学以及药物选择在治疗方案中的使用可能是成功的决定性因素治疗。

　　目前全球有3700万人生活在人类免疫缺陷病毒(HIV)中，该病毒导致约110万人因艾滋病相关的疾病而死亡。

　　病毒通过将自身插入CD4+记忆t细胞的遗传密码中进行复制，人体免疫细胞对人体免疫反应至关重要。尽管抗逆转录病毒疗法(ART)可以干扰这种复制过程，但彻底消除这种病毒是一项挑战，因为艾滋病毒在体内潜伏着潜在的病毒性宿主，可以帮助重新建立感染。病毒性宿主存在于静止的CD4+记忆t细胞内，这些t细胞在延长的时间内维持复制能力的HIV病毒，即使在免疫监视或抗逆转录病毒治疗的情况下也能保持病毒的持久性。

　　正如圣地亚哥州立大学的数学教授NaveenVaidya解释的那样，“目前还没有治愈HIV的方法，这大概是由于现有的受感染的细胞不能被有效的抗逆转录病毒疗法摧毁。”因此，目前HIV研究的主要焦点是清除HIV病毒库，作为这一努力的一部分，早期在感染中开始抗逆转录病毒治疗以避免被感染的细胞的形成被认为是成功治愈艾滋病的潜在手段。

　　虽然早期治疗感染已被证明可以限制甚至可能在接触前和暴露后预防性治疗的情况下根除病毒，但一些研究已经表明它们对病毒反弹的影响有不同的结果。此外，尚不清楚决定早期治疗成功与否的因素，对人类感染后潜伏宿主的准确时机尚不清楚。这就需要制定有效的策略来控制被感染的细胞。药物的药效学特性及其对治疗成功的影响迄今几乎没有引起注意。

　　Vaidya和佛罗里达大学数学教授LibinRong在本周发表的《SIAM应用数学杂志》上发表了一篇论文，提出了一个数学模型，研究药物参数和剂量计划对HIV病毒库和病毒载量动态的影响。

　　“我们的研究使用数学建模来深入了解抗逆转录病毒治疗对HIV潜伏感染的影响，并强调药物的药效学以及药物选择在治疗方案中的使用可能是成功的决定性因素治疗“，Vaidya说。

　　虽然以前的数学模型有助于分析潜伏感染的细胞动力学，研究开发抗逆转录病毒治疗和造成潜在的成藏动力学药效不足。

　　Vaidya说：“我们已经开发了感染阈值理论，帮助确定药物相关参数的价值，以避免潜伏感染。我们对药效学详细分析的结果可以大大有助于研究用于控制HIV潜伏感染和可能的艾滋病毒治疗的药物相关参数。”

　　他们的模型专门关注抗逆转录病毒治疗早期治疗对控制潜伏感染细胞的影响。使用实际的定期药物摄取情景来获得周期性模型系统，作者通过微分方程来描述感染动力学的局部以及全局属性。该模型考虑了未感染的靶细胞，生产性感染的细胞，潜在感染的细胞和游离病毒浓度作为相互排斥的隔室。

　　目前可用的抗逆转录病毒疗法通过降低感染率或病毒产生率来证明抗病毒活性。基于经典的剂量反应关系，作者在抗逆转录病毒治疗期间制定了残留病毒感染性和残留病毒生产。

　　显示特定药物参数的变化可产生无感染的稳态或持续感染。基于该模型导出的病毒入侵阈值被认为可以控制无感染的稳态和病毒持久性的全局稳定性。

　　Vaidya指出：“药效学参数和给药方案对艾滋病毒患者的感染动态结局有重要的影响，这种效应在早期和预防性治疗中尤其明显。”，作者表明，入侵阈值高度依赖于一些药效学参数。Vaidya继续说，“这些参数可以决定潜伏感染是否建立；一般来说，含有剂量-反应曲线斜率较大的药物的治疗方案，最大剂量与50％抑制浓度的比例越高，半衰期和较小的给药间隔，有潜力预防或推迟病毒感染的建立，因此，药物的选择是通过早期治疗成功治愈的关键。”

　　Vaidya的结果表明，使用具有良好药效学特征的药物进行预防或非常早期的治疗可能会阻止或推迟病毒感染的建立。只有适当间隔给予适当药效的药物才能成功地对抗感染。“然而，一旦潜伏感染建立，药效学参数对潜伏性病毒和病毒动力学的影响较小，”Vaidya说。“这是因为通过潜伏感染细胞或其他机制的止血可以维持潜伏性储层，而不是持续的残留病毒复制。

　　努力最大限度地发挥艾滋病毒治疗的影响和执行不同的治疗方案对于减轻疾病对公共卫生的负担至关重要。数学建模提供了评估药物药效学及其对HIV动力学的抗病毒作用的理论框架。

　　Vaidya解释说：“数学模型可用于分析和模拟大量的处理场景，这通常是不可能的和/或非常难以研究的体内和/或体外实验设置。“这些模型的结果还可以为进一步的实验提供新的主题，例如，我们在这项研究中的建模结果表明，具有较大斜率的药物-反应曲线的药物，如蛋白酶抑制剂，在控制潜伏期更有效感染，因此治疗方案中的这些药物需要纳入进一步的实验研究。“

　　虽然这些理论结果为开发治疗方案提供了有用的想法，但是需要这些体内和体外实验研究才能正确设计成功控制潜伏感染的治疗方案。Vaidya说：“我们的团队和合作者将继续开发数学模型，研究药效学对艾滋病毒潜伏感染的影响，包括出现耐药性的模型。“此外，我们未来的模拟研究将包括药物药效学对艾滋病毒患者治疗药物滥用药物治疗结果的影响，并确定成功减少潜在感染的最佳控制方案。