土壤对人体免疫健康的影响

卜卜令山

导 读

为什么芬兰边境地区卡累里亚（Karelia）一侧的过敏症患病率大大高于俄罗斯一侧？
芬兰的团队一直在探索环境微生物可能影响人类免疫系统的机制。通过哮喘小鼠模型，他们证实了土壤对人类健康有直接的贡献。具体而言，乡村孩子的皮肤上有更多、更多样化的细菌，其中含有特别高的不动杆菌属(Acinetobacter)--一种在植物中常见的蛋白杆菌(Proteobacteria phylum)微生物属。研究人员进一步发现，皮肤上具有不动杆菌的儿童血液中的白细胞更多，与城市儿童的白细胞相比，这些细胞更具有产生抗炎细胞因子IL-10的能力。
因此生活在森林和绿地环绕的农村地区的儿童的过敏度要低得多（比城市环境中的芬兰儿童），而且他们的皮肤微生物群也要丰富得多。

编译/陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员、中国科协环境生态领域首席传播专家）， 叶泓纬( 广东旅道集团有限公司)
原题：The Influence of Soil on Immune Health
出处：https://www.the-scientist.com/news-opinion/ the-influence-of-soil-on-human-health-66885
时间：2020年1月8日
作者：杰夫·阿克斯特（Jef Akst）（《科学家》的执行编辑。）


这个故事是《科学家》关于自然环境如何影响人类健康的系列报道的一部分。




最近在人类和小鼠身上的一些工作突出地表明，接触环境微生物有助于预防过敏和其他炎症性疾病。
居住在芬兰和俄罗斯之间边界的人们正在收集有价值的数据，这些数据可以揭示人们与自然的关系，尤其是在环境暴露与免疫健康之间的联系上。第二次世界大战期间，芬兰将大部分领土割让给了苏联。在20世纪下半叶，芬兰方面实现了现代化，而居住在苏联一侧的人们则保持了传统的生活方式。根据赫尔辛基大学研究人员进行的一项研究，到21世纪，芬兰边境地区卡累里亚（Karelia）一侧的过敏症患病率大大高于俄罗斯一侧。
免疫学家Nanna Fyhrquist于2011年加入赫尔辛基大学团队，帮助开展这项研究，他想知道为什么。该小组怀疑，芬俄边界两侧的过敏发生率差异可能与环境微生物的暴露有关。赫尔辛基大学的已故生态学家Ilkka Hanski以及赫尔辛基大学中心医院的研究人员Tari Haahtela和Leena von Hertzen最近正式提出生物多样性假说，认为整个生物多样性——和相应地，人类生活环境的微生物多样性通过微生物群的组成变化影响人类健康。他们推断，生物多样性的全球丧失是人类免疫系统失调的原因，因此在世界发达国家观察到的过敏性和炎性疾病的增加也应归咎于此。
我为这样的事实感到震惊，我们可以根据如此微小的暴露水平来发现老鼠粪便的差异。
—马丁·布里德（Martin Breed），弗林德斯大学
这个想法是对几十年前的卫生学假说的延伸，该假说是在1980年代末和90年代发展起来的，当时研究人员逐渐意识到，生活在一个细菌接触有限的现代化世界里，细菌暴露受限与花粉症和其他以免疫功能障碍为特征的疾病有关。后来，伦敦大学学院的微生物学家和免疫学家格雷厄姆·鲁克（Graham Rook）对他的“老朋友”假说持类似观点，该假说认为，人类，特别是他们的免疫系统，已经依赖于与它们共同进化了数万年甚至更长的微生物。Rook告诉《科学家》杂志：“免疫系统是一种学习系统。”“除非您输入数据，否则它将无法正常运行。”


此后，芬兰的团队一直在探索环境微生物可能影响人类免疫系统的机制。一种研究方法是通过塑造人类常驻菌群，这与过敏症的发展有关。卡累里亚研究的数据已经在某种程度上支持了这个想法。在芬兰的皮肤拭子样本中，“我们发现生活在森林和绿地环绕的农村地区的儿童对过敏的程度要低得多（比城市环境中的芬兰儿童），而且他们的皮肤微生物群也要丰富得多”， Fyhrquist说。
具体而言，乡村孩子的皮肤上有更多、更多样化的细菌，其中含有特别高的不动杆菌属(Acinetobacter)——一种在植物中常见的蛋白杆菌(Proteobacteria phylum)微生物属。研究人员进一步发现，皮肤上具有不动杆菌的儿童血液中的白细胞更多，与城市儿童的白细胞相比，这些细胞更具有产生抗炎细胞因子IL-10的能力。 Fyhrquist说：“这使我们认为，这一从自然界衍生出来的特定微生物群可能以某种方式有助于免疫系统的训练或校准。”来自欠发达的俄罗斯一侧的样品支持了这一想法，与芬兰一侧的样品相比，无论具体的生活环境如何，其不动杆菌的含量都更高。她说：“俄罗斯人的生活方式与芬兰人有很大的不同，它似乎压倒了农村与城市生活环境可能产生的影响。”


皮特卡兰塔（俄罗斯卡累里亚）的采样点。塔里·哈特拉摄（Tari Haahtela）
但是，要知道接触土壤微生物是否会导致与俄罗斯人口过敏率相对较低有关的微生物群落差异，研究小组需要做一个实验。去年，目前在瑞典卡罗林斯卡研究所（Karolinska Institute）的Fyhrquist和她的合作者使用了一哮喘小鼠模型，哮喘是由同一种构成过敏反应的2型辅助T细胞（Th2）免疫反应触发的。他们将一些雌性动物放在干净的垫草上，而其姊妹的笼子里撒满盆栽土，并放在一个存放其他动物如绵羊的马房里。
六周后，生活在干净床上的小鼠比接触土壤的小鼠更容易因哮喘引起的过敏原而患上肺部炎症。研究小组还发现，与以前的一些研究一致，暴露于土壤的小鼠肠道中的拟杆菌门菌（Bacteroidetes phylum）比Firmicutes phylum菌更多，这与通常与哮喘相关的微生物特征相反。暴露在土壤中的动物还具有较高水平的抗炎蛋白，可保持免疫系统的正常运转，其中包括一种称为A20的酶，这种酶以前曾被证明在哮喘小鼠模型中具有保护作用。 Fyhrquist说：“看到如此多不同水平的修饰和诱导耐受性，真是太神奇了。”
芬兰研究小组的老鼠与充满微生物的土壤长时间保持身体接触，但其他工作表明，即使是微量的空气传播的土粉（airborne soil）（沿着人在大自然中可能会经历的路线）也会对老鼠的健康产生影响。在本月发表的工作中，澳大利亚阿德莱德弗林德斯大学的生态学家马丁·布雷德（Martin Breed）和他的同事将少量具有不同生物多样性水平的土壤放在老鼠笼外面的托盘中，每天用风扇运转两个小时。布瑞德（Breed）说，它可以向动物“轻拂”。他说，土壤负荷比其他研究使用的剂量低了100至1000倍。
然而，在这种具有高微生物多样性的土壤中接触7周后，这些动物的微生物群落发生了变化，在标准压力测试中得分较低。“到实验结束时，高生物多样性圈舍中的小鼠粪便比开始时更像高多样性土壤，”布雷德说。“有（细菌）直接定植到了肠道。。 。从土壤。 。 。 。我为这样的事实感到震惊，我们可以根据如此微小的暴露水平来发现老鼠粪便的差异。“
该领域正在利用诸如此类的结果来证明，暴露于环境中的多种细菌是在自然界度过的时间所带来的广泛健康益处的一种机制。自然资源与生命科学大学土壤研究所所长Sophie Zechmeister-Boltenstern说：“我认为越来越多的证据支持这一说法，即土壤对人类健康的直接贡献。”维也纳（BOKU）。她补充说：“如果存在更多的生物多样性，那么对病原体的抵抗力和抵抗力就会增强。”
该领域正在利用这些结果，开始证明在环境中接触各种细菌是大自然中花费时间的广泛健康益处的一个机制。维也纳自然资源和生命科学大学土壤研究所所长索菲·泽赫迈斯特-博尔滕斯滕说："我认为有越来越多的证据支持这一说法，即土壤对人类健康有直接的贡献。"如果有更多的生物多样性，"她补充说，"那么对病原体的复原力和抵抗力就会增强。
但是这个结论带来了一个问题：Zechmeister-Boltenstern说，世界土壤中的生物多样性正在减少，这意味着即使是那些确实花时间在大自然中的人，如今接触到的虫子也比过去更少。她和她的同事们最近报告说，人类肠道微生物组的多样性正随着环境中生物多样性的丧失而减少。
Zechmeister-Boltenstern说：“人们对土壤中蕴藏的这种巨大的生物多样性的了解不多，但土壤实际上是地球上最多样化的栖息地。”






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