营养状态对虫媒病毒感染动力学的影响机制：基于数学模型与动物实验的定量研究

本研究通过构建宿主内数学模型，定量分析了高脂饮食(肥胖)和低蛋白饮食(营养不良)小鼠感染Mayaro病毒(MAYV)、Ross River病毒(RRV)和基孔肯雅病毒(CHIKV)后的病毒动力学差异。研究发现营养不良显著降低感染细胞清除率(δ)和病毒生产率(p)，揭示了营养状态通过调节免疫代谢影响虫媒病毒感染进程的新机制，为精准干预提供了理论依据。

　　

在当今全球营养失衡与新兴虫媒病毒疾病双重威胁的背景下，营养状态如何影响病毒感染进程成为关键科学问题。既往研究表明，肥胖(BMI≥30 kg/m²
)与流感、COVID-19等呼吸道病毒感染的不良预后显著相关，而营养不良则可能通过抑制IL-6、IFN-γ等细胞因子产生削弱抗病毒免疫。然而对于虫媒病毒感染如登革热(DENV)和基孔肯雅热(CHIKV)，营养状态与疾病严重度的关系存在矛盾报道：肥胖加重症状但营养不良反而可能提供保护。这种认知空白严重制约了针对性干预策略的开发。

Virginia Tech的研究团队在《Journal of Theoretical Biology》发表创新性研究，通过整合动物实验与数学模型，首次定量揭示了营养状态调控虫媒病毒感染动力学的精确机制。研究人员建立三组小鼠模型：高脂饮食(HF)模拟肥胖、低蛋白饮食(LP)模拟营养不良，以及标准对照(C)饮食组，分别感染MAYV、RRV和CHIKV三种甲病毒。采用非线性混合效应模型拟合病毒载量数据，量化关键参数包括感染率(β)、病毒生产率(p)和感染细胞清除率(δ)。

关键技术包括：1) 建立三种营养状态的小鼠模型(8-10周饮食干预)；2) 多时间点采集病毒滴度；3) 构建微分方程模型描述T-I-V(靶细胞-感染细胞-病毒)动力学；4) 采用AIC准则评估模型拟合优度。

【Mathematical model】
研究建立经典宿主内动力学模型：
dT/dt = -βTV
dI/dt = βTV - δI
dV/dt = pI - cV
通过参数估计发现：LP组感染细胞清除率δ显著低于HF组(MAYV: 0.48 vs 1.24 day^-1
)，提示营养不良削弱细胞毒性T细胞功能。

【Mayaro virus dynamics】
MAYV感染中，HF组病毒生产率p最高(5.72 log₁₀
TCID₅₀
/mL/day)，LP组最低(4.31)，表明肥胖促进病毒复制而营养不良抑制。

【Discussion】
该研究突破性发现营养状态通过双重途径影响感染结局：1) 肥胖通过增强病毒生产率(p)和促炎反应导致病理损伤；2) 营养不良虽降低p值但延缓感染细胞清除，形成"免疫麻痹"状态。这种定量解析为解释临床观察中营养状态的"双刃剑"效应提供了机制框架——肥胖患者的严重症状与病毒高负荷相关，而营养不良患者的长期带毒状态可能导致慢性病变。

这项研究开创性地将营养代谢、免疫应答和病毒动力学三者整合于统一数学模型，其建立的参数化框架可用于预测其他虫媒病毒感染的营养干预效果。特别是发现δ参数对营养状态的高度敏感性，提示感染细胞清除效率可作为评估患者预后的生物标志物。未来研究可扩展至寨卡病毒(ZIKV)等新发虫媒病毒，并为开发基于营养调控的精准抗病毒策略奠定理论基础。