综述：从结构到免疫：皮肤如何塑造基孔肯雅病毒感染的年龄相关易感性

《TRENDS IN Microbiology》：From structure to immunity: how skin shapes age-related vulnerability to Chikungunya virus infections

本综述深入探讨了皮肤作为基孔肯雅病毒（CHIKV）等虫媒病毒主要入侵门户的关键作用，揭示了其结构（如细胞外基质ECM、脂质）、免疫细胞（如巨噬细胞、树突状细胞DC）及微生物组在年龄相关易感性中的核心机制。文章强调了婴幼儿与老年人皮肤的独特脆弱性，并展望了皮肤类器官（skin organoids）等新型模型在开发年龄特异性干预策略中的前景，为应对全球虫媒病毒 resurgence 提供了崭新视角。

　　

年龄相关的皮肤变化及其对病毒易感性的影响

人类皮肤由表皮、真皮和皮下脂肪组成。婴幼儿和老年皮肤的结构、组成和功能与健康成人皮肤存在显著差异。两者均以更薄的真皮表皮层和更低的脂质含量为特征，导致屏障完整性受损，增加了蚊虫叮咬等微损伤引发并发症的风险。

细胞外基质（ECM）和真皮成纤维细胞是真皮的关键组成部分。成纤维细胞合成的ECM成分，如胶原蛋白和弹性蛋白，维持着皮肤的完整性和韧性。其中，肝素硫酸蛋白聚糖（HSPG）是多种虫媒病毒（包括CHIKV）的附着因子。CHIKV能最有效地结合具有更长、高度硫酸化糖胺聚糖（GAG）链的HSPG，并利用这种相互作用促进病毒在皮肤内的细胞间传播。

ECM的组成和结构在整个生命周期中不断变化。婴幼儿皮肤的特点是活跃的ECM重塑，但其真皮ECM的胶原纤维排列不如成人皮肤致密，这可能降低物理阻力，便于病毒接触靶细胞。动物模型显示，婴幼儿皮肤的总GAG水平高于成人，这可能增加了CHIKV附着的HSPG可用性。相反，老年皮肤由于成纤维细胞增殖和胶原合成减少，ECM完整性下降。80岁以上个体的真皮胶原含量可能比年轻人减少高达75%，这与衰老相关分泌表型（SASP）有关，其特征是基质金属蛋白酶（MMP）和促炎细胞因子产生增加，进一步损害成纤维细胞功能。这些与年龄相关的变化共同导致了生命周期中对CHIKV易感性的增加。

真皮血管系统和年龄依赖性免疫访问在CHIKV感染中扮演关键角色。病毒在蚊虫接种后，最初在皮肤驻留的成纤维细胞和真皮巨噬细胞中复制，然后通过引流淋巴结和真皮毛细血管传播。这些血管也支持免疫细胞向感染部位浸润。因此，真皮血管的密度和功能完整性可能影响局部免疫控制和系统性病毒传播的可能性。

新生儿皮肤中与血管发育相关的生物通路显著上调。然而，与成人相比，新生儿真皮淋巴管在免疫细胞运输和液体引流方面可能效率较低。相反，衰老导致真皮血管和淋巴管萎缩，血管密度降低。70多岁个体皮肤血流量估计比20多岁个体减少40%。这种血管稀少可能损害免疫细胞招募，延迟局部抗病毒反应的启动。但血管功能减弱对系统性病毒传播的影响尚不明确。受损的淋巴或血管引流可能阻碍病毒向皮肤外扩散，但也可能因免疫监视减弱导致局部病毒载量升高。利用芯片血管系统等平台有助于剖析血管流动和通透性如何影响CHIKV复制和传播。

表皮脂质在屏障完整性和病毒调节中是另一个关键因素。表皮细胞外空间富含脂质，包括神经酰胺、酰基神经酰胺、胆固醇和游离脂肪酸，它们组织成多层结构以维持皮肤屏障完整性。

婴幼儿和老年人表皮脂质水平显著低于健康成人。一项研究报告，55岁以上成年人的总脂质含量比23岁以下成年人低65%。这些与年龄相关的减少与皮肤通透性增加和屏障功能受损有关，导致皮肤对CHIKV的总体易感性增加。除了总脂质含量较低，婴幼儿和老年人群的皮肤脂质组成也不同。脂质组学研究表明，某些脂质亚类，如鞘磷脂，在衰老过程中会增加。功能研究表明，CHIKV利用富含鞘磷脂和胆固醇的脂筏进入宿主细胞。尽管缺乏衰老背景下的直接研究，但这些观察表明，年龄相关的脂质组成调节可能增加宿主细胞膜上脂筏的可用性，从而可能增强CHIKV在老年宿主细胞中的进入。由脂质介质调节的先天免疫信号通路也影响CHIKV易感性。婴儿血清显示出升高的1-磷酸鞘氨醇（S1P）水平，这是一种生物活性鞘脂，可通过调节CHIKV感染期间的局部炎症反应作为促病毒宿主因子。虽然在血清中测量，但这表明皮肤S1P水平也可能升高，可能创造一个有利于CHIKV复制的微环境。

皮肤免疫成熟与衰老决定宿主对病毒感染的易感性

皮肤是一个免疫活性器官，拥有参与先天和适应性免疫反应的多种免疫细胞。在CHIKV感染期间，病毒被沉积到真皮，在那里遇到皮肤驻留细胞和免疫哨兵。通常，新生儿免疫系统偏向于Th2主导模式，Th1介导的抗病毒反应减弱，而老年免疫系统则以免疫衰老和慢性低度炎症为特征。

巨噬细胞在抗病毒防御和发病机制中，作为真皮中最丰富的免疫细胞，具有重要作用。它们的功能受到局部组织微环境和免疫信号的动态塑造。在CHIKV感染中，真皮巨噬细胞影响病毒复制、炎症和组织损伤。通过TLR7激动剂激活这些细胞对Semliki Forest病毒（SFV）感染显示出保护作用，突出了它们的抗病毒潜力。然而，真皮巨噬细胞也可作为CHIKV的靶标，促进发病机制。一旦感染，它们产生肿瘤坏死因子-α（TNF-α），这是一种促炎细胞因子，可促进病毒复制并与严重CHIKV疾病相关。

巨噬细胞的丰度和表型随年龄变化。在老年人皮肤中，单细胞RNA测序显示巨噬细胞数量增加，这些细胞主要来源于循环单核细胞，并采用促炎表型。在与衰老成纤维细胞和巨噬细胞的共培养系统中，成纤维细胞来源的信号促进了促炎细胞因子（包括白介素（IL）-6、TNF-α和IL-12）的产量增加。虽然这些细胞因子对抗病毒反应至关重要，但其过量产生可能促进组织损伤并加剧病毒性疾病，可能增加老年人严重感染的风险。相比之下，新生儿巨噬细胞表现出功能不成熟，其特征是对干扰素-γ（IFN-γ）刺激的反应性降低、通过模式识别受体（PRR）如TLR4的激活减弱以及吞噬能力较低。这些缺陷导致抗原呈递受损、细胞因子产生延迟以及感染细胞清除减少，可能转化为更高的初始病毒载量、延长的组织嗜性以及适应性免疫激活延迟，从而增加生命早期对CHIKV的脆弱性。

肥大细胞作为炎症和虫媒病毒传播的调节剂，是战略性地位于真皮的哨兵免疫细胞。虽然最著名的是其在过敏和过敏性反应中的作用，但肥大细胞也有助于抗病毒防御。尽管肥大细胞参与CHIKV反应的直接证据有限，但它们在登革病毒（DENV）发病机制中的作用已有充分记录。肥大细胞可被虫媒病毒感染，在亚细胞颗粒中积累病毒颗粒，并将其释放到淋巴结，促进系统性传播。此外，它们增强内皮通透性和血管渗漏，导致DENV的严重表现。在自然感染期间，蚊子唾液中的生物活性化合物可触发肥大细胞激活和脱颗粒。这些效应可能进一步影响局部炎症环境和病毒传播。

婴幼儿和老年人因皮肤中肥大细胞频率更高而经历更严重的虫媒病毒感染结果。这种增加的肥大细胞密度可能放大对CHIKV的炎症和血管病理反应。此外，这些年龄组中较高的肥大细胞数量可能导致对蚊子唾液的过度炎症反应，促进更高的局部病毒复制和系统性传播。此外，衰老与肥大细胞功能改变有关，体内研究报告称，与年轻对照组相比，老年皮肤中肥大细胞脱颗粒显著增加。过度的肥大细胞脱颗粒在其他虫媒病毒疾病（如日本脑炎病毒（JEV）感染）中已被报道会导致严重的疾病结果，其中高水平的肥大细胞来源的糜酶导致神经系统并发症。相比之下，婴儿肥大细胞的表型和功能特性仍不清楚。

树突状细胞（DC）和抗原呈递在衰老与发育中，皮肤中的树突状细胞包括表皮中的朗格汉斯细胞（LC）和真皮中的真皮树突状细胞（dDC）。这些细胞对免疫监视和适应性反应的启动至关重要。作为抗原呈递细胞（APC），它们通过PRR检测病原体，处理抗原，并迁移到次级淋巴器官激活T细胞。朗格汉斯细胞是表皮中最早感知病原体的免疫细胞之一。在感染过程中，朗格汉斯细胞迁移到淋巴结启动免疫反应，但此过程也可能促进病毒传播和系统性扩散。鉴于其在早期抗病毒防御中的核心作用，朗格汉斯细胞丰度和功能的年龄相关变化可能影响CHIKV易感性。

在人类新生儿中，表皮朗格汉斯细胞数量减少，这可能损害抗原呈递并削弱T细胞启动。在老年小鼠中，朗格汉斯细胞数量减少，向淋巴结的迁移受损，这可能 due to 老年皮肤中IL-1β可用性降低。这些缺陷可能延迟免疫激活并导致病毒控制不佳。真皮树突状细胞是高效的抗原呈递细胞，能驱动强大的适应性T细胞反应。这些细胞允许虫媒病毒感染，既促进系统性病毒传播，又启动病毒特异性免疫反应。在人类真皮成纤维细胞（HDF）和单核细胞来源的树突状细胞（moDC）的共培养模型中，显示moDC与HDF进行串扰，在登革病毒2型（DENV-2）感染期间塑造局部先天免疫反应并调节适应性免疫。这突出了皮肤驻留细胞和免疫细胞之间细胞通讯在对虫媒病毒产生有效且平衡的宿主反应中的重要性：提供即时保护和长期免疫，同时防止过度炎症。

在婴儿中，树突状细胞在功能上不如成人成熟。虽然关于真皮树突状细胞的数据有限，但小鼠模型显示，幼鼠在淋巴和非淋巴器官中的树突状细胞区室较小。此外，幼鼠树突状细胞产生的促炎细胞因子较少，并且基线时主要组织相容性复合体II类和共刺激分子表达水平降低，限制了它们启动初始T细胞和引发强适应性免疫反应的能力。在老年人中，人类研究表明，虽然树突状细胞数量和表型可能与年轻人相当，但其功能能力下降。衰老的树突状细胞表现出基础炎症细胞因子分泌增加，但对外源抗原的反应性减弱，导致慢性炎症环境和次优的T细胞激活。

生命周期中的适应性免疫主要由T细胞、B细胞和抗原呈递细胞介导。人类表皮和真皮拥有表型多样的T细胞群体，包括CD4⁺、CD8⁺和γδ T细胞。当先天免疫未能控制感染时，细胞毒性CD8⁺ T细胞被招募到感染部位，通过分泌如IFN-γ等细胞因子并执行直接细胞毒性来清除受感染细胞。树突状细胞和朗格汉斯细胞呈递病毒抗原以激活CD8⁺ T细胞，并诱导皮肤归巢分子（如皮肤淋巴细胞相关抗原（CLA））和趋化因子受体（包括CCR5、CXCR3和CXCR6）的表达，促进其迁移到发炎的皮肤。感染解决后，一部分T细胞分化为组织驻留记忆T细胞（T_RM），这些细胞持续存在于皮肤中，并在再次感染时发起快速、局部的反应。这些细胞可以在原地增殖，并与新产生的T_RM细胞一起留在皮肤中，维持一个多样化且持久的记忆库。

驻留T细胞的年龄相关差异可能部分解释了在婴幼儿和老年人中观察到的CHIKV感染严重性增加。在生命早期，T细胞库主要由初始T细胞组成，效应记忆T细胞（T_EM）相对较少。此外，婴儿调节性T细胞（T_REG）和T_RM细胞优先归巢到肠道而非皮肤，表明其在皮肤环境中支持局部免疫反应的能力降低。这种发育不成熟可能有助于婴儿期CHIKV感染期间次优的适应性反应。

衰老与广泛的T细胞免疫改变有关。有趣的是，老年皮肤中的皮肤驻留T_RM细胞似乎保持了其功能能力和多样性，表明皮肤的局部抗病毒防御可能相对保留，这在再次感染时可能有益。相比之下，来自老年个体的循环T细胞通常获得衰老表型，其特征是CD28表达缺失、促炎细胞因子分泌增加以及抗病毒细胞因子产生受损。这些变化可能损害有效的病毒控制，并加剧老年个体的严重CHIKV疾病。来自人类皮肤植块的证据表明，老年皮肤中CD4⁺ T细胞丰度更高，而CD8⁺和初始T细胞群体减少。由于CD4⁺ T细胞频率升高与慢性CHIKV感染有关，局部T细胞区室的这种年龄相关转变可能解释了老年人对慢性CHIKV易感性增加的原因。

B细胞虽然在皮肤中不如T细胞丰富，但通过产生抗体和调节炎症来促进局部抗病毒防御。虽然皮肤驻留B细胞在CHIKV中的作用尚不清楚，但已知循环B细胞能产生中和抗体和长效免疫记忆，限制病毒复制并防止再感染。

在婴儿期和老年期，B细胞表现出受损的类别转换重组和减少的亲和力成熟，导致高亲和力IgG和IgA抗体产生减少。中和IgG抗体在限制CHIKV复制和促进病毒清除中起关键作用，如小鼠模型所示。因此，婴幼儿和老年人可能由于年龄相关的IgG介导反应减少而经历较低效的病毒清除。B细胞区室的年龄相关变化进一步损害体液免疫反应：婴儿具有较少的CD27^bright记忆B细胞，这些细胞负责产生有效的抗原特异性抗体；而老年人则积累功能能力减弱的衰老B细胞。尽管这些缺陷是在循环B细胞中描述的，但它们表明皮肤驻留B细胞可能同样表现出功能受损，可能有助于这些年龄组观察到的CHIKV易感性增加。

年龄相关的微生物组变化与CHIKV易感性

人类皮肤表面的微生物群落因其在先天和适应性免疫中的重要作用而获得认可， actively shaping immune responses and mediating defenses against pathogens。皮肤微生物组的组成是高度动态的，受多种因素影响，包括年龄、遗传、卫生习惯、饮食、抗生素使用、压力和环境暴露。

微生物组组成和功能的年龄相关改变对宿主免疫和病毒易感性具有重要影响。婴儿皮肤微生物组相对不稳定，以厚壁菌门为主，特别是葡萄球菌属和链球菌属。其早期发育受分娩方式、母乳喂养和环境暴露的影响。随着皮肤成熟，微生物组多样化并稳定下来，在成年期演变为功能更具弹性的群落。随着衰老，生理变化如皮脂分泌减少和汗液分泌减少驱动了微生物组成的转变。许多研究表明，与年轻人相比，老年人皮肤微生物多样性下降且微生物组成发生年龄相关转变。这被认为会损害皮肤屏障功能并削弱先天免疫防御。平衡且多样的皮肤微生物组对于维持抗菌保护和免疫稳态至关重要。由于婴幼儿和老年人的皮肤微生物群多样性较低且稳定性较差，他们更容易出现微生物失调、免疫信号受损和屏障功能破坏。

尽管尚未建立微生物组相关脆弱性与CHIKV易感性之间的直接因果关系，但我们知道皮肤微生物组通过产生抗菌肽（AMP）在调节抗病毒防御中起关键作用。因此，微生物多样性可能影响皮肤介导的对CHIKV的保护作用，尤其是在年龄的两极。应进行针对性研究，以确定微生物多样性如何随年龄变化并影响CHIKV感染风险。

评估病毒发病机制中皮肤衰老的新型实验工具

皮肤类器官和芯片皮肤系统等新兴实验模型为研究皮肤衰老如何影响病毒发病机制提供了强大的工具。三维皮肤类器官模型源自干细胞，可以复制天然皮肤的关键特征，包括三个主要层次。这些模型已广泛用于研究皮肤生物学，如伤口愈合、感染和组织发育等领域。从不同年龄的供体生成类器官可能揭示年龄相关的结构和免疫改变如何影响对虫媒病毒感染的先天反应。

尽管具有潜力，皮肤类器官模型在虫媒病毒研究中仍未得到充分利用。然而，它们在病毒 infection 研究中的相关性日益受到认可，最近的出版物强调了人类皮肤类器官在研究Mpox病毒和EV-A71病毒中的实用性，揭示了其作为绘制病毒-宿主相互作用图谱和筛选治疗药物的强大实验模型的潜力。此外，脑类器官已被用于研究与虫媒病毒感染相关的神经系统并发症。这些模拟大脑的系统使得能够研究多种虫媒病毒的病毒嗜神经性和宿主反应，强调了基于类器官的模型在揭示虫媒病毒发病机制机制见解方面的潜力。实现这一潜力需要提高其复杂性和模拟年龄特异性特征的能力。当前模型的一个主要限制是缺乏关键免疫细胞，而这些细胞对于模拟抗病毒反应至关重要。这些可以通过共培养或分化方法进行整合。此外，类器官还必须能够捕捉ECM硬度、脂质组成和免疫细胞组成的年龄相关变化。这可能涉及微调培养条件或使用供体来源的诱导多能干细胞（iPSC）来模拟不同年龄的皮肤。

或者，皮肤芯片模型是微流体平台，在具有受控流体流动的动态环境中整合皮肤细胞。与干细胞来源的皮肤类器官模型不同，这些系统模拟真皮微血管系统，并能够实时分析免疫细胞运输和信号传导——这些特征在类器官中难以复制。这种方法的潜力通过一个用于检查中性粒细胞对金黄色葡萄球菌反应的皮肤芯片模型得到证明，展示了其在研究皮肤微环境中免疫动力学方面的潜力。鉴于其在更生理相关的情境下模拟灌注和免疫反应的能力，皮肤芯片平台的未来迭代可以整合年龄特异性组件。动态流体流动特性对于模拟年龄相关的血管变化特别有价值，例如真皮血流量减少或内皮反应性受损。这样的系统将能够精细研究年龄如何影响皮肤在虫媒病毒感染后发起和解决免疫反应的能力。