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CD4+T细胞是人体适应性免疫系统的重要成员之一。首先，越来越多的证据表明，细胞代谢在该细胞的功能维持和状态转换中有重要作用，但是缺乏对这些代谢特征系统的研究。第二，该免疫细胞中的代谢功能和免疫功能是如何相互作用来决定细胞功能状态的，也缺乏整合的探索。第三，作为HIV-1感染的主要细胞之一，CD4+T细胞在被感染后发生了显著的代谢功能变化，随着相关组学数据以及代谢证据的积累，可以通过建模的方式来研究HIV-1感染后的系统性质变化。第四，HIV-1感染宿主细胞后可能不会直接进行活跃的复制增殖，而是潜伏在特定的某些组织中，使得机体察觉不到。关于潜伏的机制已经有多种假设和相应的证据，但我们关注的问题是为什么HIV-1会选择某些特定的组织，而不是其他组织进行潜伏。 为了对以上四个问题进行探索，进行了以下研究。第一，首先构建了人类CD4+T细胞的代谢网络CD4T1670。这是第一个特异性免疫系统的代谢网络。基于网络模拟分析了CD4+T细胞中的3种核心代谢通路:糖代谢，谷氨酰胺代谢和脂肪酸代谢。发现葡萄糖和谷氨酰胺的移除并不会显著影响ATP和生物量的产生，但是会破坏代谢网络的稳定。另外，通过敲除乙酰辅酶A羧化酶1(ACC1)，解释了这个酶是T细胞活化必须的代谢基础。而这些干扰都会导致一些和免疫相关的分子代谢的变化，如溶血磷脂，白三烯和透明质酸。使用逻辑回归，筛选出了这三种代谢变化中的关键基因和标记反应，然后用HIV-1感染的数据对这些结果进行评估，结果证明基于该模型模拟的预测能力是可以接受的，提示CD4T1670在未来疾病研究中有一定价值。进一步研究了免疫代谢基因在代谢网络稳定中的作用。结果有28％的免疫代谢基因是必须的。对PTEN进行了深入的研究，发现，虽然PTEN是一个细胞增殖抑制因子，但它的代谢功能是CD4+T细胞活化增殖必须的。最后，使用CD4T1670对drugbank中的药物及其靶标酶的副作用进行了评估。结果证明CD4T1670可能会在临床前实验中有一定的应用价值。 第二，对HIV-1感染SUPT1（CD4+T细胞系）24小时后的表达数据进行了重分析，结果发现HIV-1感染后细胞代谢发生了显著的变化。通过基因功能注释、特征筛选和数据整合，筛选出了相关代谢基因、免疫代谢基因和可以与HIV-1相互作用的基因等。然后我们构建了HIV-1感染后的代谢网络，并和正常代谢网络进行对比，发现生物量反应、氧化磷酸化、TCA循环、脂肪酸氧化等多种反应都被显著的抑制。由于该时期感染的代谢需求，糖酵解途径的ATP生成未被抑制，但是主要的物质来源是糖酵解的一些旁路，比如PEPCK反应。还对细胞内的氧化应激、溶血磷脂以及其他方面的代谢功能进行了分析，发现了HIV-1感染的特点。 第三，分析了HIV-1可以潜伏的组织和未被发现潜伏的组织的表达谱进行了分析，通过层次聚类和PCA分析发现它们在整体表达谱上没有明显的聚类模式。但是基因功能富集和特定基因功能分析的结果发现，两组的组织在免疫相关功能和代谢功能特征上有明显的不同。非潜伏组织特异表达的基因倾向于更多的免疫相关通路，并且更倾向于直接或者间接的激活免疫细胞的免疫功能。以肺部为例，剖析了一下它参与免疫系统功能的细节。发现肺部的特殊环境可能抑制T细胞的活化和增殖，但会促进T细胞向炎症部位迁移，进而可能会导致被感染的HIV-1的潜伏失败。而从代谢角度，非潜伏组特异表达的基因参与的代谢功能更多，而且结合CD4+T细胞活化的代谢需求，发现非潜伏组织的代谢环境更容易满足静息状态下CD4+T细胞的需要，从而不利于HIV-1潜伏的建立。最后，通过整合多源的数据，建立了一个CD4+T细胞活化的代谢变化简化图，很好的支持了以上分析所得的结果。 本研究的意义在于首次创建了特异性免疫系统成员CD4+T细胞的代谢网络，CD4T1670，并对其代谢功能进行了系统的探究。这对与之功能相关的疾病的研究会有重要的辅助作用。这里，首次将代谢网络模拟的方法应用在了HIV-1感染的代谢基础的研究中。与以往整体组学数据探索的思路不同的是，研究主要关注代谢，这种特征的选择让我们更有效的组织复杂多样的数据，并发现了有趣的结果。而此外，我们选择了研究免疫系统和代谢系统整合的一个新角度，即免疫代谢基因。以PTEN为例研究了这些基因可能的工作模式。同时我们通过分析网络模拟结果、drugbank数据、副作用数据库数据等，提出了将代谢模型在新药物副作用评估中的应用。这些研究将会对今后药物靶标的选择和评估有重要的意义。最后，和以往关于HIV-1潜伏机制研究关注点不同的是，将问题定位在了潜伏组织选择的机制上。并通过特定功能和特定基因的分析，找到了HIV-1选择潜伏组织的一些可能机制，这为今后HIV-1的治疗方案可能提供重要的指导意义。