自1981年发现首例人类获得性免疫缺失综合症(AIDS)以来，人们就致力于研究其发病机理和治疗方案。厦门大学物理与机电工程学院物理系莫有斌、林海等人综述了利用元胞自动机模型来揭示HIV与免疫系统相互作用的研究。研究发表在汉斯《生物物理学》2014年2月期刊上。
元胞自动机模型能够很好地模拟一些病毒的重要特征，它是一种时间和空间变量都取离散值的动力系统理想化模型。文中指出，元胞自动机模型是基于计算机模拟的一种模型，在生物系统模拟中不仅具有计算机模拟的优点，还包括以下几个方面：元胞自动机是一个微缩的复杂系统；其模型中状态之间的转换关系设计简单易懂；只要计算机模拟程序正确，元胞自动机模型不会出现特殊的奇点；其模型中包含了时间和空间两方面的因素。
2001年Zorzenon dos Santos发表了他们利用元胞自动机模型模拟出了T细胞和HIV在淋巴结中相互抗衡的情况。使用一套简单的演化规则，通过系统演变得到了具有两种时间尺度和三种状态的结果。这个模型的模拟结果接近HIV的临床数据，揭示了模型中某些假设与真实的HIV感染机理是相吻合的。
在后续几年时间里，不断有研究人员对基本的HIV-元胞自动机模型的鲁棒性和应用进行研究。Solovey等测试了HIV-元胞自动机模型的几项重要参数。Strain等应用元胞自动机模型讨论了HIV病毒随机扩散对免疫动力学行为的影响，Meilke和Pandey提出了模糊相互作用的元胞自动机模型，Corne和Frisco在元胞自动机模型基础上提出了conformon-P模型，该模型对模型参数和初始浓度具有更好的鲁棒性。
Precharattana 等考虑了更多状态的免疫细胞的元胞自动机模型，和更多种类免疫细胞的元胞自动机模型，包括CD4+T细胞，CD8+T细胞，树突细胞，并讨论了各种不同免疫细胞在HIV免疫中的作用。
通常元胞自动机模型都在二维网格上讨论，人们也研究了三维网格元胞自动机模型的性质。而Sompop Moonchai在原有的元胞自动机模型上，使用了两组平行的元胞自动机模型和一组关于病毒数量变化的关系式，来模拟淋巴结和外周血物质交换的过程。他们增加的与淋巴结元胞自动机模型同时演化的外周血元胞自动机模型，较好地反映了外周血中病毒数的变化情况，使得模拟结果更接近临床测量值。
HIV的元胞自动机模型提出后，陆续有研究者使用元胞自动机模型来研究AIDS的治疗方法。Sloot等在元胞自动机模型的基础上，增加了代表药物治疗的规则，使得元胞自动机模型能够模拟使用药物治疗病人体内的CD4+T细胞浓度变化情况。
HIV具有两个重要的特征使得其感染进程不同于普通的病毒。一是HIV所感和杀伤的首要目标是免疫系统中最重要成分之一——CD4+T细胞；一是HIV的逆转录酶缺乏校正机制，病毒RNA在逆转录过程中具有极高的突变率。突变有可能造成病毒多肽的改变，使得记忆性的抗体和杀伤性T细胞无法识别。于是，免疫系统针对未变异前的HIV所激活的特异性B细胞和杀伤T细胞就变得毫无用处，而必须活化能识别变异病毒多肽的新的免疫细胞。然而，由于获得性免疫的有效激活需要一到两个星期的时间，在这期间突变病毒可能已经感染了大量的目标细胞，并早已经大量复制了。而在HIV每次复制时还可能发生新的突变，这就可能使得病毒的演化总能领先于抗击它的免疫细胞一步。在现有的HIV元胞自动机模型基础上，进一步考虑病毒的变异特性，将揭示更多的HIV动力学性质。
查看原文请点击：https://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=13734
备注：本文由龚珊编译，本文版权属于汉斯出版社(https://www.hanspub.org/)，转载请注明出处。
