HIV感染和炎症免疫反应的数学模型研究

HIV attacks helper T lymphocytes, resulting in progressive decline of immune functions, further sparking a series of opportunistic infections and tumors associated with chronic infectious diseases. Resent findings published on Nature and Science show that during HIV infection, CD4 T cells in the lymphatic tissue sacrifice themselves by pyroptosis to respond to the presence of viral DNA, but proinflammatory signals released during pyroptosis will attract more CD4 T cells to the region generating further inflammation. This forms a vicious cycle, ultimately causing serious damage to the immune system. . In this research, we will investigate the effects of CD4 T cell pyroptosis and the inflammation immune response on the HIV infection dynamics by applying the method of mathematical modeling, dynamical system theory, partial differential equations theory and method, and data analysis . Since the HIV infection and corresponding immune responses are very complicated processes, many of the mechanisms are not well-explained in the studies of medical field. This project will provide more support and inspiration on the medical and clinical prediction and experimental research on AIDS by applying the method of mathematical modeling, numerical simulation and analysis.

HIV主要攻击辅助性T淋巴细胞，造成机体免疫功能进行性下降，继而引发一系列机会性感染及相关肿瘤的慢性传染性疾病。近期同时发表于《Nature》和《Science》杂志上的最新发现指出在HIV感染过程中，淋巴组织中的CD4 T细胞通过细胞焦亡来牺牲自身对存在的病毒DNA做出响应，但通过细胞焦亡释放的促炎信号将更多的CD4 T细胞吸引到这一区域生成更一步的炎症。由此形成了一个恶性循环，最终对免疫系统造成了严重破坏。.. 本课题利用数学模型方法、微分方程动力学系统与偏微分方程理论以及数据分析等方法来研究CD4 T细胞的焦亡和高度炎症免疫反应对HIV感染动力学的影响。 由于HIV感染过程和免疫应答等都是很复杂的过程，很多机制和机理在医学领域的研究中都没有得到很好的解释。本研究将通过利用数学建模、数值模拟及分析，为生物医学领域关于艾滋病的研究和实验提供更多的支持、预测和启示。

HIV-特异性T细胞的PD-1表达对特异性T细胞功能有重要的抑制性影响。这种抑制也将导致HIV感染者成为某些癌症的高危人群。当T细胞表达的PD-1与肿瘤细胞表达的PD-1的配体PD-L1，形成复合体PD-1-PD-L1时，它将抑制CD8+T细胞的对肿瘤和被感染细胞的杀伤功能。近几年来癌症患者人数在不断上升，癌症治疗的研究已成为世界级研究课题。免疫检查点抑制剂（PD－1抑制剂、PD－L抑制剂）免疫疗法是一项新型且疗效较高的抗癌疗法。免疫检查点抑制剂与一些其他抗癌药物的联合使用是目前最热门的研究课题。..我们利用动力系统建模方法研究了T细胞（CD4+T 细胞和CD8+T细胞）的PD-1其表达对肿瘤患者联合抗癌治疗中的作用，以及PD-1抑制剂在肿瘤患者联合治疗时的药效、副作用、用药顺序等问题，相关结果均以学术论文形式发表在PNAS, BMC System Biology, PLoS ONE, Journal of Theoretical Biology, Journal of the Royal Society Interface 等SCI核心期刊，共6篇论文。..在设计癌症联合治疗的临床试验时，应该提前考虑两种药物之间的相互作用，因为这能提示如何在同时使负面副作用最小化的情形下实现相同的肿瘤体积缩减。我们关于癌症联合治疗数学模型的研究对临床试验取得成功具有重要意义。