基于细胞内动力学模型的乙型肝炎病毒感染机制研究及关键参数敏感性分析

本研究针对乙型肝炎病毒(HBV)感染过程中cccDNA稳定性导致的治疗难题，通过建立包含HBx蛋白、dslDNA中间体及衣壳回收等关键环节的细胞内动力学模型，结合LHS-PRCC全局敏感性分析，揭示HBx蛋白对感染进程的显著促进作用及衣壳回收的放大效应，为靶向药物开发提供新思路。

　　

在全球范围内，乙型肝炎病毒(HBV)感染仍是重大公共卫生威胁——约2.54亿慢性感染者每年导致82万人死亡，其核心难题在于肝细胞核内cccDNA的顽固性。现有干扰素-α(IFN-α)和核苷类似物(NAs)治疗难以彻底清除病毒，停药后易反弹。传统群体细胞模型无法揭示单个细胞的异质性响应，而HBV独特的衣壳回收机制（新生成衣壳返回核内扩增cccDNA）更凸显了建立精细化细胞内模型的必要性。

印度理工学院古瓦哈提分校的Rupchand Sutradhar和Durga Charan Dalal团队在《Journal of Theoretical Biology》发表研究，通过整合Runge-Kutta数值算法和拉丁超立方采样-偏秩相关系数(LHS-PRCC)方法，构建了包含15个变量的HBV细胞内动力学模型。研究特别关注了临床来源的人源化小鼠实验数据验证，通过引入恩替卡韦(ETV)治疗参数ε，首次系统量化了HBx蛋白、dslDNA中间体等要素对感染进程的影响。

关键技术方法

1. 基于HBV生命周期设计微分方程组模型，包含rcDNA衣壳生成、pgRNA反转录等线性过程
2. 采用四阶Runge-Kutta法求解非线性方程组
3. 利用人源化小鼠血清HBV DNA数据验证模型
4. 应用LHS-PRCC进行2000次采样的全局敏感性分析

研究结果

Intracellular dynamics model
模型将病毒进入后的生命周期划分为：受体介导内吞→rcDNA转化为cccDNA→转录病毒mRNA（包括编码HBx的0.7kb mRNA）→衣壳组装与回收。创新性地引入dslDNA中间体参数D_L
和SVPs生成率δ_sv
。

Model validation
通过调整ETV抑制效率ε（0<>²

0.92），证实其对临床治疗场景的适用性。

Global sensitivity analysis
PRCC分析显示：

• 正相关参数：HBx蛋白生成率μ_h
  （PRCC=0.78）、衣壳回收率α（PRCC=0.62）
• 负相关参数：rcDNA降解率δ_r
  （PRCC=-0.71）
  意外发现dslDNA转化率β₂
  对病毒载量影响微弱（|PRCC|<0.1）

Conclusions
该研究首次通过数学模型证实：

1. HBx蛋白通过正反馈循环显著促进cccDNA转录（贡献度37.2%）
2. 衣壳回收使单个肝细胞内病毒产量提升4.8倍
3. 亚病毒颗粒(SVPs)可能通过免疫逃逸间接增强感染
   研究为开发靶向HBx的小分子抑制剂和衣壳回收阻断剂提供了量化依据，提出的"cccDNA初始浓度阈值效应"解释了临床中病毒反弹现象的分子机制。

这项研究通过多尺度建模架起了基础研究与临床治疗的桥梁，其方法论框架可扩展至HIV等其他逆转录病毒的研究。正如作者指出，未来需在模型中纳入microRNA调控网络等非线性因素以进一步提升预测精度。