潜在的大流行病：黄热病病毒与宿主相互作用的生物热力学分析

黄病毒在宿主细胞中增殖的热力学驱动机制及肝损伤机理研究，通过分析病毒与宿主代谢竞争揭示肝脏严重损伤的原因，同时探讨RNA病毒突变性对疫情风险的影响。

马克·E·波波维奇（Marko E. Popović）| 玛雅·斯捷瓦诺维奇（Maja Stevanović）| 斯特凡·帕尼奇（Stefan Panić）

贝尔格莱德大学，化学、技术与冶金研究所，尼戈舍娃街12号，11000贝尔格莱德，塞尔维亚

摘要

黄热病病毒可以感染人体内的多种宿主细胞。然而，在黄热病期间，肝脏会受到严重损害，这是由于肝细胞破裂以及病毒颗粒在细胞内的积聚。病毒复制的动力源自热力学原理，这解释了为什么肝脏是黄热病中最受损害的器官之一，而肾脏、脾脏和骨髓的损伤相对较轻。从物理化学的角度来看，某些宿主细胞在病毒复制过程中具有最有利的热力学和动力学条件。本文建立的机制模型将这种动力视为一种基本的物理力量，并将病理过程视为一种生物现象。

引言

最近结束的COVID-19大流行给世界卫生组织以及欧洲和美国的疾病控制中心带来了警示（Salmanton-García等人，2024年；Ukoaka等人，2024年）。这些机构警告称，病毒和细菌等病原体有可能引发新的全球性疫情（Salmanton-García等人，2024年；Ukoaka等人，2024年）。因此，在可能发生疫情的国家，卫生当局必须对这些病原体保持警惕（He等人，2025年）。为了制定应对措施，研究人员在文献中分析了可能导致新疫情的潜在病原体，包括SARS-CoV-2、SARS-CoV、埃博拉病毒、西尼罗河病毒和登革热病毒（Popović等人，2025年）。然而，目前文献中尚未有关于黄热病病毒的物理化学特性描述。尽管黄热病病毒已通过病毒学、医学和生物学进行了研究，但尚未从物理化学的角度对其进行探讨。

过去几十年中，报告的黄热病病例数量显著增加（Barrett和Higgs，2007年；Barnett，2007年；Garske等人，2014年；WHO，2025a年；WHO，2023年）。这表明黄热病病毒对人类健康构成了日益严重的威胁（Barrett和Higgs，2007年）。

黄热病病毒属于RNA病毒（Medeiros-Sousa等人，2024年）。这类病毒具有较高的突变倾向（Duffy，2018年），因此黄热病病毒有可能引发多波次的疫情或大流行。

黄热病病毒属于黄病毒科（Flaviviridae）（Riedel等人，2019年）。病毒的RNA和衣壳蛋白C共同构成核衣壳，该核衣壳被脂质包膜包裹（Kuhn等人，2002年）。从病毒包膜中突出的是由包膜蛋白E和小包膜蛋白M组成的外层蛋白质结构（Samygina等人，2021年；Barrows等人，2018年）。

黄热病病毒通过蚊子叮咬进入人体并在体内复制（Riedel等人，2019年）。病毒随后扩散至局部淋巴结、肝脏、脾脏、肾脏、骨髓和心肌（Riedel等人，2019年）。重症黄热病的症状包括发热、黄疸、肾功能衰竭和出血现象（Riedel等人，2019年）。

黄热病病毒在宿主细胞内复制时会导致细胞坏死和炎症反应。病毒与宿主细胞争夺用于复制的代谢资源。根据竞争结果，这些资源可能被宿主细胞用于修复，也可能被病毒用于自身复制。如果病毒复制占主导地位，疾病便会发展。

关于人体宿主组织的热力学特性，已有相关研究文献（Popović等人，2025年）。

本文旨在从化学和热力学的角度对黄热病病毒进行表征，并对其引发疫情或大流行的风险进行初步评估。同时，分析黄热病病毒与宿主组织的相互作用，以更深入地了解病毒对宿主组织的损害程度。

数据来源

黄热病病毒的单链基因组RNA序列来自NCBI数据库（O'Leary等人，2024年），其访问号为NC_002031.1（NCBI，2025年；Rice等人，1985年）。

黄热病病毒的结构蛋白序列来自UniProt数据库（UniProt Consortium，2025年）。衣壳蛋白C、小包膜蛋白M和包膜蛋白E的序列的访问号为P29165（PTM/Processing部分）。

结果

表1列出了黄热病病毒颗粒及其组分的分子式和摩尔质量。分子式表示构成大分子或大分子复合物的原子总数，其通用形式为C_mCH_mHO_mON_mNP_mSS_m，其中m_C、m_H、m_O、m_N、m_P和m_S分别代表分子式中碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）和硫（S）原子的数量。这些分子式是根据病毒的遗传序列和蛋白质序列通过原子计数方法计算得出的。

讨论

黄热病主要发生在非洲和拉丁美洲，但由于现代交通的发展，输入其他大陆的病例变得更为容易。由于黄热病的传播媒介是蚊子，因此该疾病主要出现在热带和亚热带地区（Srivastava等人，2024年）。

鉴于黄热病病毒属于RNA病毒且具有较高的突变倾向，世界卫生组织对其引发新疫情的潜在风险表示担忧。

结论

黄热病病毒通过蚊子叮咬进入人体并在淋巴结中初次复制后，会通过体液在体内扩散。病毒优先感染表面具有相应受体的组织，如肝脏、脾脏、肾脏、骨髓和心肌。随着病毒在这些组织中的复制，宿主细胞会受到损害，进而出现黄热病的症状。

作者声明

马克·E·波波维奇（Marko E. Popović）：概念构建、方法论设计、软件开发、验证、数据分析、正式分析、数据整理、初稿撰写、审稿与编辑、可视化。

玛雅·斯捷瓦诺维奇（Maja Stevanović）：数据验证、资源获取、审稿与编辑、资金筹集。

斯特凡·帕尼奇（Stefan Panić）：数据验证、资源获取、审稿与编辑、资金筹集。

作者贡献声明

马克·E·波波维奇（Marko E. Popović）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、可视化、数据验证、方法论设计、数据分析、概念构建。

玛雅·斯捷瓦诺维奇（Maja Stevanović）：审稿与编辑、数据验证、资源获取。

斯特凡·帕尼奇（Stefan Panić）：撰写、审稿与编辑、数据验证、资源获取。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

本研究得到了塞尔维亚共和国科学、技术发展与创新部（项目编号：451-03-136/2025-03/200026）的支持。