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精准医学时代,能够精准预测普通感冒的发生发展吗?

已有 3734 次阅读 2016-5-3 10:20 |个人分类:课程相关|系统分类:科普集锦| 感冒, 混沌, 动力学, 病毒感染, 精准医学

一、精准医学时代已经到来

去年伊始,美国总统奥巴马启动“精准医疗计划”,推动个体化基因组学研究,掀起了全球精准医学的热潮。随后,国家卫计委和科技部先后召开精准医学战略研讨会,对精准医学列为“十三五”健康保障发展问题研究的重大专项进行论证。这标志着精准医学时代已经到来!

精准医学时代真的来了吗?奥巴马说,来了!科学大咖们说,确实来了!风险投资家说,真的来了,我们也来了!

我想说的是,在基因组的临床应用方面,“精准医学时代”似乎是来了,但是严格意义上的“精准医学时代”远远没有到来,例如,普通感冒是最常见的疾病了,我们现在能够精准预测它的发生发展了吗?

二、普通感冒引发的思考

普通感冒的医学名称是上呼吸道感染,包括鼻腔、咽或喉部急性炎症的总称。70%80%的上呼吸道感染是由病毒引起的,包括鼻病毒、冠状病毒、腺病毒、流感和副流感病毒、呼吸道合胞病毒、埃可病毒、柯萨奇病毒等。感冒诱发的过程是,受凉、淋雨、气候突变、过度疲劳等导致全身或呼吸道局部防御功能降低,使得原已存在于上呼吸道的或从外界侵入的病毒或细菌迅速繁殖。

简单的说,感冒是由病毒或细菌引起的,但是我们不可忽视的细节是:在正常情况下,病毒与机体是处于一种平衡的共存状态。

这是一种怎样的共存状态呢?这不禁让我想起了一部BBC纪录片:The Hidden Life of theCell。智人的历史大概十几万年,而病毒在地球上已存活了三十亿年。每时每刻,你的身体中正进行着一场大战,这是起源于几十亿年前的战斗——病毒入侵细胞的生死之战


三、病毒入侵细胞的“精准”研究

  严格来讲,病毒入侵细胞的过程是一个动力学过程。如果要精准预测病毒与细胞生死之战的胜负,就得把这个动力学过程搞清楚。下面粗略介绍下病毒入侵细胞的动力学研究进展(摘自博士学位论文,王开发,病毒感染动力学模型分析,2007年,西南大学)。

第一阶段,病毒在宿主内增殖。增殖过程通常会受到宿主理化屏障或捕食者和竞争者的限制和约束,比如皮肤粘膜机械屏障、补体、粘膜表面分泌型抗体(slgA)、吞噬细胞、T细胞、其他微生物的存在等。

第二阶段,病毒和宿主免疫系统均发生进化:一方面,病毒介导的自然选择使宿主特异性捕食者(如B细胞,T细胞)增殖;另一方面,在宿主免疫压力下,病毒种群也发生选择,导致变异株的不断涌现。病毒与宿主各种因素之间相互作用的力量偏向,决定病毒种群是受到控制还是被清除;是停留于一定水平(宿主发病),还是大量繁殖导致免疫防御失败(宿主死亡)。

病毒感染的基础数学模型中,设x代表未感染目标细胞数量,y代表被感染细胞数量,v代表游离病毒数量,N代表一个被感染细胞在它的生命周期内产生的游离病毒平均数,参数dau分别为未感染细胞、感染细胞和游离病毒颗粒的死亡率:β是未感染细胞和游离病毒颗粒的接触率。它们之间的关系为:

免疫调节的数学模型中,增加以下几个变量:z代表细胞毒性T淋巴细胞反应的强度,参数p则代表细胞毒性T淋巴细胞杀伤感染细胞的速率,数学模型调整为:


免疫调节滞后的数学模型下,在药物治疗的数学模型下,需要不断增加变量。而人体本身是个非常复杂的系统,如果把机体内各种因素综合考虑在一起,病毒感染细胞的动力学模型将会无限复杂

这样类型的“精准”研究什么时候才能计算出普通感冒的发生发展呢?10年后?20年后?不知道,笔者只能长叹一声:吾生也有涯,而知也无涯(当然还有keng die的后半句),精准无止境也

后话:为什么要讲这个故事呢?在上述博士论文的结论中提到:病毒感染后,病毒和细胞数量的平衡点和周期波动都可能出现。同时随着时间滞后效应的增加,稳定点被突破,并最终导致混沌模式的出现。(是否也存在蝴蝶效应呢?

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