文/Jef Akst

編者按：

數(shù)十年來，科學(xué)家和衛(wèi)生保健人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，暴露于綠色空間（如公園或森林）有助于降低發(fā)達(dá)國家普遍存在的各種疾?。òㄟ^敏、心血管疾病、肥胖、糖尿病和精神疾?。┑娘L(fēng)險(xiǎn)，甚至能夠降低死亡率。

過去的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人們?cè)谧匀画h(huán)境中度過時(shí)會(huì)發(fā)生無數(shù)的生理反應(yīng)：血壓下降、心率下降、免疫功能提高等等。

然而隨著城市化進(jìn)程的加速，人們?cè)诔鞘谢貐^(qū)居住得越來越久，在自然環(huán)境中花費(fèi)的時(shí)間越來越少，這一改變可能會(huì)損害我們的健康。那么，自然環(huán)境究竟是如何對(duì)人體健康產(chǎn)生益處的呢？背后的機(jī)制是什么？

今天我們特別編譯了發(fā)表在TheScientist雜志上的關(guān)于土壤微生物通過改變?nèi)梭w微生物組作用于免疫的文章，希望該文能夠?yàn)楦魑蛔x者帶來一些啟發(fā)與思考。

芬蘭的“兩面性”

生活在芬蘭和俄羅斯邊境的人們?yōu)槲覀兲峁┝藢氋F的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以揭示人類與自然的關(guān)系，特別是人體免疫健康與暴露組之間的關(guān)系。

第二次世界大戰(zhàn)期間，芬蘭將大片領(lǐng)土割讓給蘇聯(lián)，因此，在 20世紀(jì)下半葉，芬蘭的一側(cè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化，而屬于蘇聯(lián)一側(cè)的人依然保持著傳統(tǒng)的生活方式。

到了 21世紀(jì)，赫爾辛基大學(xué)的研究人員對(duì)該地區(qū)做了一項(xiàng)調(diào)查 1，發(fā)現(xiàn)卡雷利亞（芬蘭與俄羅斯的交界處）靠芬蘭一側(cè)的過敏癥患病率明顯高于俄羅斯一側(cè)。

免疫學(xué)家 Nanna Fyhrquist在 2011年加入了赫爾辛基大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，并參與了上述這項(xiàng)研究，她想知道為什么會(huì)出現(xiàn)上述這種現(xiàn)象。該團(tuán)隊(duì)?wèi)岩桑姨m和俄羅斯邊界兩側(cè)過敏癥患病率的差異可能與環(huán)境微生物有關(guān)。

赫爾辛基大學(xué)已故生態(tài)學(xué)家 Ilkka Hanski以及赫爾辛基大學(xué)中央醫(yī)院的研究人員 Tari Haahtela和 Leena von Hertzen就這一現(xiàn)象提出了“生物多樣性假說”：人類生活環(huán)境中總生物多樣性和相應(yīng)的微生物多樣性，能夠通過改變微生物組的組成成分影響著人類健康。

他們認(rèn)為，全球生物多樣性的喪失是人類免疫系統(tǒng)失調(diào)的罪魁禍?zhǔn)?，?dǎo)致全世界的發(fā)達(dá)國家中過敏性和炎癥性疾病的增多。

這個(gè)假說是幾十年前的“衛(wèi)生假說”的延伸，“衛(wèi)生假說”發(fā)展于 20世紀(jì) 80年代末和 90年代，當(dāng)時(shí)研究人員逐漸意識(shí)到，生活在一個(gè)只能接觸到有限細(xì)菌的現(xiàn)代化世界，與花粉熱和其他以免疫功能障礙為特征的疾病有關(guān)。

后來，倫敦大學(xué)學(xué)院的微生物學(xué)家和免疫學(xué)家 Graham Rook的“老朋友假說”也持類似觀點(diǎn)，他的假說認(rèn)為人類，特別是他們的免疫系統(tǒng)，在數(shù)萬年或更久的時(shí)間里都依賴于他們共同進(jìn)化的微生物。

“免疫系統(tǒng)是一個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，除非將數(shù)據(jù)輸入（讓免疫系統(tǒng)接觸微生物），否則它無法正常工作（產(chǎn)生正常的免疫反應(yīng)）。”Rook說。

大自然與皮膚微生物組

芬蘭的研究團(tuán)隊(duì)一直在探索環(huán)境微生物影響人體免疫系統(tǒng)的可能機(jī)制。一種與過敏發(fā)展有關(guān)的機(jī)制可能是：環(huán)境微生物通過塑造人體的常駐微生物群來影響人體免疫系統(tǒng)。

這個(gè)想法已經(jīng)得到了卡雷利亞研究數(shù)據(jù)的支持。在芬蘭的皮膚拭子樣本中，“我們觀察到生活在森林和綠地周圍的農(nóng)村兒童比生活在城市環(huán)境中的芬蘭兒童過敏率小得多，而且他們的皮膚微生物組也豐富得多?！盕yhrquist說。

具體來說，農(nóng)村兒童的皮膚上擁有數(shù)量更多且更多樣化的微生物，其中 Acinetobacter的數(shù)量尤其豐富，Acinetobacter是變形菌門中的一個(gè)微生物屬，通常定植在植物上。

研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，皮膚上Acinetobacter較多的兒童血液中的白細(xì)胞較多，并且這些白細(xì)胞比城市兒童的白細(xì)胞，產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子 IL-10的能力更強(qiáng)。

Fyhrquist說：“這讓我們認(rèn)為，這類來自大自然的特殊微生物可能以某種方式參與人體免疫系統(tǒng)的訓(xùn)練（識(shí)別病原體）或校準(zhǔn)（對(duì)相應(yīng)的病原體產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)）?！?/p>

俄羅斯邊境相對(duì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的樣本支持了這一觀點(diǎn)，但是有意思的是，無論這些樣本的具體生活環(huán)境如何，俄羅斯地區(qū)Acinetobacter的含量都高于芬蘭一側(cè)的樣本。Fyhrquist說：“俄羅斯的生活方式與芬蘭人有著天壤之別，這似乎超越了農(nóng)村和城市生活環(huán)境的影響。”

長灘（俄羅斯卡雷利亞）拍攝：TARI HAAHTELA

土壤微生物與腸道微生物組

但是為了知道暴露于土壤微生物中是否導(dǎo)致了與俄羅斯地區(qū)相對(duì)較低的過敏率相關(guān)的微生物組差異，研究團(tuán)隊(duì)仍需要做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

現(xiàn)在在瑞典卡羅林斯卡學(xué)院工作的Fyhrquist去年和她的合作者使用了一種哮喘小鼠模型。哮喘這種反應(yīng)與過敏很相關(guān)，因?yàn)樗怯梢疬^敏的 2型輔助性 T細(xì)胞（Th2）免疫反應(yīng)引發(fā)的。

他們把一些雌性哮喘小鼠安置在干凈的墊草上，而在這些小鼠同胞姐妹的籠子里則撒上了土壤，并將它們養(yǎng)在一個(gè)馬廄里，馬廄里還養(yǎng)著綿羊等其它動(dòng)物。

六周后，在干凈墊草上生活的小鼠比接觸土壤的小鼠更容易因哮喘引發(fā)的過敏癥而發(fā)生肺部炎癥。

研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，與之前的一些研究一致，暴露于土壤中的小鼠腸道中含有擬桿菌門的細(xì)菌多于厚壁菌門的細(xì)菌。無論是在小鼠還是人類身上，腸道中擬桿菌門的細(xì)菌少于厚壁菌門的細(xì)菌，而這種微生物特征通常與哮喘和炎癥有關(guān)。

暴露于土壤中的動(dòng)物體內(nèi)還含有更高水平的抗炎蛋白（可以控制免疫系統(tǒng)），包括一種叫做 A20的酶，這種酶此前在小鼠哮喘模型中被證明具有保護(hù)作用。

“在小鼠身上看到如此多不同程度的修飾和誘導(dǎo)免疫耐受，真是太神奇了?！盕yhrquist說。

芬蘭研究團(tuán)隊(duì)的小鼠與充滿微生物的土壤進(jìn)行了長時(shí)間的身體接觸，但其他研究表明，即使是空氣中微量的土壤（類似于一個(gè)人在自然界呆上一段時(shí)間可能會(huì)經(jīng)歷的情況），也會(huì)對(duì)小鼠的健康產(chǎn)生影響。

在近期發(fā)表的另一項(xiàng)研究中，澳大利亞弗林德斯大學(xué)的修復(fù)生態(tài)學(xué)家 Martin Breed和他的同事將少量生物多樣性不同的土壤放在鼠籠外的托盤中，每天用風(fēng)扇在上面扇動(dòng)兩個(gè)小時(shí)，以產(chǎn)生“非常少的懸浮物”飄向這些動(dòng)物。他說，與其他研究相比，土壤的劑量要低 100到 1000倍。

盡管如此，經(jīng)過 7周的這種高微生物多樣性的土壤暴露，這些動(dòng)物的微生物組出現(xiàn)了變化，在標(biāo)準(zhǔn)壓力測試中得分較低（即接觸土壤可能對(duì)小鼠產(chǎn)生抗焦慮作用）。

“與實(shí)驗(yàn)剛開始時(shí)相比，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，暴露于高生物多樣性土壤中的小鼠的糞便微生物組更像高生物多樣性土壤，”Breed說，“有的微生物直接從土壤里定植到小鼠腸道中。我被這樣一個(gè)事實(shí)驚呆了，我們可以用如此微小的暴露水平來改變小鼠糞便中的微生物組。”

土壤與人類健康

該領(lǐng)域正利用這些結(jié)果努力證明，接觸大自然對(duì)健康產(chǎn)生廣泛益處背后的一個(gè)機(jī)制是暴露于環(huán)境中的各種細(xì)菌。

維也納自然資源和生命科學(xué)大學(xué)土壤研究所所長 Sophie Zechmeister Boltenster說：“我認(rèn)為有越來越多的證據(jù)支持這一說法：土壤對(duì)人類健康有直接貢獻(xiàn)。如果有更多的生物多樣性，那么我們對(duì)病原體就有更強(qiáng)的適應(yīng)力和抵抗力。”

但這一結(jié)論帶來了一個(gè)問題：全球土壤中的生物多樣性正在減少，Zechmeister Boltenstern說，這意味著即使是在接觸大自然的人，現(xiàn)在接觸到的微生物種類也比過去少了。她和她的同事最近報(bào)道說，隨著環(huán)境中生物多樣性的喪失，人類腸道微生物組的多樣性也正在減少。

Zechmeister Boltenstern說：“人們并沒有意識(shí)到土壤中蘊(yùn)藏著巨大的生物多樣性，但實(shí)際上，土壤是地球上最多樣化的棲息地?！?/p>