病毒性肝炎 Open Access
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世界华人消化杂志. 2004-04-15; 12(4): 862-865
在线出版日期: 2004-04-15. doi: 10.11569/wcjd.v12.i4.862
慢性HBV感染者血清病毒动力学的检测及分析
邓国宏, 王宗笠, 王宇明, 王开发, 范燚
邓国宏, 王宇明, 范燚, 中国人民解放军第三军医大学西南医院全军感染病研究所 重庆市 400038
王宗笠, 重庆大学理学院 重庆市 400030
王开发, 中国人民解放军第三军医大学数学教研室 重庆市 400038
邓国宏, 男, 1972-12-05生, 四川省犍为县人, 汉族. 1994年第三军医大学本科毕业, 1999年第三军医大学硕士研究生毕业, 讲师. 主要从事病毒性肝炎的研究.
基金项目: 国家自然科学基金资助项目, No. 30200234, No. 10101029.
通讯作者: 邓国宏, 400038, 重庆市, 中国人民解放军第三军医大学西南医院全军感染病研究所. ghdengsnp@hotmail.com
电话: 023-66768962 传真: 023-65337618
收稿日期: 2003-10-09
修回日期: 2003-11-01
接受日期: 2003-11-13
在线出版日期: 2004-04-15

目的: 观察未抗病毒治疗的慢性乙型肝炎病毒(HBV)感染者体内病毒载量的变化及其动力学特征.

方法: 采用荧光定量PCR方法对未进行抗病毒治疗的3例不同临床表型的慢性HBV感染者血清HBV载量进行连续监测, 同时测定每一时相点的血清ALT和总胆红素.

结果: 不管是间隔1 d、1 wk还是1 mo, 3例慢性HBV感染者体内HBV DNA水平均存在自发波动, 且与血清ALT和总胆红素变化相关性不确定.

结论: 3例慢性感染者体内HBV载量的自然波动表现出一定的模式特征. 我们提出一种宿主对病毒负反馈控制的PID模式, 以期对持续性病毒感染的体内生态演化作出评价和预测.

关键词: N/A
引文著录: 邓国宏, 王宗笠, 王宇明, 王开发, 范燚. 慢性HBV感染者血清病毒动力学的检测及分析. 世界华人消化杂志 2004; 12(4): 862-865
Dynamic determination and analysis of serum virus load in patients with chronic HBV infection
Guo-Hong Deng, Zong-Li Wang, Yu-Ming Wang, Kai-Fa Wang, Yi Fan
Guo-Hong Deng, Yu-Ming Wang, Yi Fan, Institute of Infectious Diseases, Southwest Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China
Zong-Li Wang, Department of Physics, Chongqing University, Chongqing 400030, China
Kai-Fa Wang, Department of Mathematics, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China
Supported by: the National Natural Science Foundation of China, No. 30200234 and 10101029.
Correspondence to: Dr. Guo-Hong Deng, Institute of Infectious Diseases, Southwest Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China. ghdengsnp@hotmail.com
Received: October 9, 2003
Revised: November 1, 2003
Accepted: November 13, 2003
Published online: April 15, 2004

AIM: To observe the variation of viral load and characteristics of within-host dynamics in patients with chronic hepatitis B virus infection without receiving antiviral therapy.

METHODS: Serum was collected consecutively from 3 patients with different clinical phenotype, ALT and total bilirubin were determined, and HBV DNA was measured by quantitative TaqMan fluorogenic PCR.

RESULTS: Spontaneous fluctuations of HBV DNA load were observed when measured daily, wkly and moly in our untreated patients with chronic HBV infection, but there was no determinate correlation between HBV DNA loads and ALT values.

CONCLUSION: The spontaneous fluctuation of viral load in untreated patients with different clinical phenotype displays some characteristic patterns. Here we propose a PID pattern for host feedback to virus using population quantity of HBV as variant, which may be used for the prediction of virus-host ecological evolution in persistent HBV infection.

Key Words: N/A
0 引言

近年来, 人们逐渐从生态学角度来研究感染性疾病. 宿主体内的群体动力学(within-host population dynamics)从多元、综合、定量、演化的角度来研究持续性病毒感染, 着重考虑对决定宿主体内病毒群体丰度(abundance)、多样性(diversity)和分布(distribution)的主要因素以及免疫反应进行定量描述和数学分析, 以揭示宿主体内持续性病毒感染的生态演化特征及机制[1-4]. 虽然人们对乙型肝炎病毒(hepatitis B virus, HBV)感染有不少研究[5-10], 但对于大量未用药的慢性HBV感染者体内的病毒动力学(within-host viral dynamics)仍然知之甚少, 绝大多数的病毒定量仅限于单一时相点的测定. 少量有关HCV的研究显示, 未治疗的慢性HCV感染者体内病毒载量存在自发波动, 变化范围为2.5-128倍, 且与ALT水平无显著相关[11]. 体内HBV的自然波动是否存在尚不清楚. 我们采用荧光定量PCR方法对未进行抗病毒治疗的3例不同临床表型患者血清HBV载量进行了连续监测, 并分析HBV载量变化模式与疾病的关系.

1 材料和方法
1.1 材料

按全国病毒性肝炎防治方案(西安, 2000)诊断标准, 收集肝硬化和慢性肝炎(重度)住院患者各1例, 均为男性; 无症状携带志愿者1名, 女性(表1).

表1 3例HBV感染者病史情况.
编号性别年龄诊断HBV血清学标志
HBsAgHBsAbHBeAgHBeAbHBcAbHBcAbIgMHAVHCVHDVHEV
A男56肝炎肝硬化+--++-----
B男36慢性肝炎(重度)+-+-++----
C女38无症状携带者+--++-----
1.2 方法

3例患者在监测期及监测前1 a内均未抗病毒治疗. 对每例患者均连续采集不同时相点的血样3 mL, 分离血清后检测ALT和总胆红素, 剩余样本-70 ℃冻存. 病毒标志采用商用ELISA试剂盒(上海科华公司产品)检测. 血清ALT和总胆红素检测采用7250型全自动生化分析仪(Hitachi, Japan)进行. HBV DNA定量采用LightCycler荧光定量PCR仪(Roche公司)和商用HBV荧光PCR试剂盒(深圳匹基生物)按说明书操作进行. 所有标本的病毒定量检测在同一批次进行, 确保各时相点结果之间的可比性.

统计学处理 为了分析两个变量间线性相关密切程度和相关方向, 选用SPSS 9.0统计软件中的Pearson相关分析方法[12]. 计算公式如下(公式一): 其中χ ,y分别是变量χ, y 的均值; χι, yι分别是变量χ, y的第ι个观测值.

Math 1

Math 1
Math 1 Math(A1).
2 结果

慢性HBV感染者A血清HBV DNA在观察期间呈波动变化, 开始比较平缓, 逐渐加强, 变化幅度为16倍(最大值/最小值). 患者C血清HBV DNA也呈波动变化, 开始变化较强, 中间平缓, 再加强, 变化幅度为76倍(最大值/最小值). 患者B血清HBV DNA经小幅度波动后总体呈单调递减变化, 25 d后趋于平稳, 变化幅度为3 490倍 (最大值/最小值) (见图1, 2). 患者A、C的血清HBV DNA波动与ALT、总胆红素的波动之间无显著相关性, 而患者B血清HBV DNA波动与ALT、总胆红素的波动显著相关见表2.

图1
图1 3例慢性HBV感染者血清HBV DNA和ALT.
表2 3例慢性HBV感染者血清HBV DNA与ALT、总胆红素之间的Pearson相关系数.
HBV DNA
患者A患者B患者C
ALT0.712 (P = 0.073)0.785 (P = 0.012)-0.121 (P = 0.740)
总胆红素-0.202 (P = 0.663)0.863 (P = 0.003)0.090 (P = 0.804)
图2
图2 3例慢性HBV感染者血清HBV DNA和总胆红素.
3 讨论

有关自然状态下慢性HCV、HBV感染者体内病毒动力学的研究极少, 且采用斑点杂交、bDNA等半定量/定量方法, 灵敏度低, 稳定性、重复性不好. TaqMan荧光定量PCR方法[13]是病毒定量中一种特异性强、灵敏度高、准确性好的方法, 已开始推广. 本实验所有HBV DNA定量均在同一批完成, 更避免了定标、操作上的误差, 定量数据之间的可比性高.

Chun et al 采用基于PCR的HBV DNA半定量方法对未抗病毒治疗的35例慢性HBV感染者病毒载量进行监测(每2 mo 1次, 持续8 mo), 结果表明, 慢性HBV感染者血清病毒载量存在大幅度波动, 这种自发波动取决于个体, 与ALT、前C变异、HBV基因型、血清病毒标志(eAg状态)无关[14]. 我们的结果显示, 不管是间隔1 d, 1 wk还是1 mo, 3例不同临床表型慢性HBV感染者体内HBV DNA水平均存在自发波动. 同时, 病毒水平的波动表现出一定的模式特征: 患者A, C体内病毒水平无明显的单调递增或递减趋势, 波动的幅度小, 限于100倍以内, 与ALT水平变化无相关性, 病毒复制和肝功能处于一种相对稳定状态; 患者B体内病毒水平呈单调递减, 变化幅度大, 为3 490倍, 与ALT水平变化相关, 显示出病毒受抑制、肝功能恢复的过程. 限于采样原因, 本实验观察到的病毒波动周期尚不够多, 以后的研究尚需进一步延长监测时间, 并观察更多的不同临床表型的病例数, 以找到自然状态下慢性HBV感染者体内病毒动力学不同的特征模式.

实际上, 宿主体内感染与免疫的群体动力学是高度非线性的、多元的, 精确的数学模型需要考虑很多个变量且往往难以求解. 因此, 群体动力学研究本身需要新的简便有效的算法, 根据体内病毒种群数量的变化来分析感染与免疫非线性相互作用的特征模式. 若将健康人体考虑为稳态, 则免疫反应类似于一种针对病原的负反馈控制. 人体能经受病原体的干扰而恢复到相对稳定状态, 表明存在高效的负反馈免疫自控机制. 抗病毒药拉米夫定可使血清HBV DNA数量急剧下降, 一旦撤除, 病毒数量迅速上升至原来的水平并维持平衡, 强烈表明机体的负反馈控制具有某种确定性[15]. 同时, HBV感染的病程及发病的严重程度在不同临床类型, 甚至不同患者之间又各不相同, 表现出极强的个性. PID(比例、积分、微分, partial, integral and differential)算法是自动化控制理论中研究反馈控制的一种优秀的模式, 其算法综合考虑变量的当前值、平均值和变化率并给出反馈量, 使系统获得长期稳定行为. 控制论中的PID算法已成功地应用于神经生物学, 在人工神经网络(artificial neural networks, ANNs)、视觉发生、听觉发生等研究中得到充分应用[16-17]. 因此, 我们考虑将PID模式用于分析持续性病毒感染中宿主反馈控制的特征. 宿主对病毒控制的PID模式可用公式表示如下(公式2):

Math 2

Math 2
Math 2 Math(A1).

在PID模式下, 我们不用知道病毒与宿主相互作用的太多细节, 就可以抓住系统反馈控制的关键特征, 这些特征可以刻划HBV感染的演化规律. 同时, PID模式具有极强的个性, 不同的HBV感染临床表型可能具有不同的PID特征. 通过特征参数可以预见病毒种群的变化趋势. 新近研究表明HBV在体内的清除可能主要依赖于非溶细胞性途径, 肝细胞的损伤可能是非特异性CD8+T细胞介导的[18]. 因此, 宿主反应的模式是至关重要的, 错误的、不考虑病毒种群当前值、平均值和变化率的模式(比如病毒数量已经下降了, 宿主却继续损伤肝细胞)会导致严重肝损伤. 宿主反应的PID模式可决定HBV是受到控制、持续感染还是暴发肝衰竭.

以HBV种群数量为变量, 可确立宿主反应的PID模式特征, 从而得到体内HBV动力学参数, 包括HBV负载水平、产生率、清除率、感染细胞更新率等. 成功的PID模式可同样适用于HCV、HIV等其他持续性病毒感染疾病, 对持续性病毒感染的体内生态演化作出评价和预测, 为临床防治提供理论依据和行之有效的措施.

编辑: N/A

1.  Levin BR, Lipsitch M, Bonhoeffer S. Population biology, evolution, and infectious disease: convergence and synthesis. Science. 1999;283:806-809.  [PubMed]  [DOI]
2.  Levin BR, Antia R. Why we don't get sick: the within-host population dynamics of bacterial infections. Science. 2001;292:1112-1115.  [PubMed]  [DOI]
3.  Perelson AS. Modelling viral and immune system dynamics. Nat Rev Immunol. 2002;2:28-36.  [PubMed]  [DOI]
4.  Kelly JK, Williamson S, Orive ME, Smith MS, Holt RD. Linking dynamical and population genetic models of persistent viral infection. Am Nat. 2003;162:14-28.  [PubMed]  [DOI]
5.  Song W, Leung WK, Chan HL. Icteric flare of chronic hepatitis B in a 95-year old patient. World J Gastroenterol. 2003;9:2876-2877.  [PubMed]  [DOI]
6.  Chan HL, Wong ML, Hui AY, Chim AM, Tse AM, Hung LC, Chan FK, Sung JJ. Hepatitis B virus genotype has no impact on hepatitis B e antigen seroconversion after lamivudine treatment. World J Gastroenterol. 2003;9:2695-2697.  [PubMed]  [DOI]
7.  Peng XM, Chen XJ, Li JG, Gu L, Huang YS, Gao ZL. Novel assay of competitively differentiated polymerase chain reaction for screening point mutation of hepatitis B virus. World J Gastroenterol. 2003;9:1743-1746.  [PubMed]  [DOI]
8.  Jaboli MF, Fabbri C, Liva S, Azzaroli F, Nigro G, Giovanelli S, Ferrara F, Miracolo A, Marchetto S, Montagnani M. Long-term alpha interferon and lamivudine combination therapy in non-responder patients with anti-HBe-positive chronic hepatitis B: results of an open, controlled trial. World J Gastroenterol. 2003;9:1491-1495.  [PubMed]  [DOI]
9.  Flichman D, Kott V, Sookoian S, Campos R. Acute hepatitis C in a chronically HIV-infected patient: evolution of different viral genomic regions. World J Gastroenterol. 2003;9:1496-1500.  [PubMed]  [DOI]
10.  Baptista M, Kramvis A, Jammeh S, Naicker J, Galpin JS, Kew MC. Follow up of infection of chacma baboons with inoculum containing A and non-A genotypes of hepatitis B virus. World J Gastroenterol. 2003;9:731-735.  [PubMed]  [DOI]
11.  Gordon SC, Khan BA, Dmuchowski CF. The spontaneous fluctuation of viremia over time in untreated patients with chronic type C hepatitis. Hepatology. 1995;22:341(A).  [PubMed]  [DOI]
12.  马 斌荣.  SPSS for Windows 在医学统计中的应用. 北京: 科学出版社 2001; 101-113.  [PubMed]  [DOI]
13.  Loeb KR, Jerome KR, Goddard J, Huang M, Cent A, Corey L. High-throughput quantitative analysis of hepatitis B virus DNA in serum using the TaqMan fluorogenic detection system. Hepatology. 2000;32:626-629.  [PubMed]  [DOI]
14.  Chun YK, Kim JY, Woo HJ, Oh SM, Kang I, Ha J, Kim SS. No significant correlation exists between core promoter mutations, viral replication, and liver damage in chronic hepatitis B infection. Hepatology. 2000;32:1154-1162.  [PubMed]  [DOI]
15.  Nowak MA, Bonhoeffer S, Hill AM, Boehme R, Thomas HC, McDade H. Viral dynamics in hepatitis B virus infection. Proc Natl Acad Sci U S A. 1996;93:4398-4402.  [PubMed]  [DOI]
16.  Nykamp DQ, Tranchina D. A population density approach that facilitates large-scale modeling of neural networks: analysis and an application to orientation tuning. J Comput Neurosci. 2000;8:19-50.  [PubMed]  [DOI]
17.  Benck S, Slypen I, Meulders JP, Coralciuc V. Experimental partial and total kerma coefficients for aluminium at incident neutron energies from reaction thresholds to 65 MeV. Phys Med Biol. 2000;45:29-48.  [PubMed]  [DOI]
18.  Maini MK, Boni C, Lee CK, Larrubia JR, Reignat S, Ogg GS, King AS, Herberg J, Gilson R, Alisa A. The role of virus-specific CD8(+) cells in liver damage and viral control during persistent hepatitis B virus infection. J Exp Med. 2000;191:1269-1280.  [PubMed]  [DOI]