生命早期微生物接触和过敏风险:如何预防

谷禾健康

过敏在日常生活中越来越常见,包括哮喘,食物过敏,过敏性鼻结膜炎,特应性皮炎等,是全球范围内最普遍的慢性炎症性疾病。

最近的证据表明,除了遗传易感性,现代化导致的生活方式的改变也发挥了重要作用。其中包括剖腹产的增加,生命早期使用抗生素的情况增加,西方化饮食和肥胖的发展,以及室内外生活方式和活动模式的变化。

这些因素大多直接或间接影响各种微生物的形成,包括细菌、病毒和真菌;而微生物在形成(早期)免疫反应方面发挥主导作用。在环境和生活方式风险因素的影响下,这种默认程序明显受到干扰。

近日,来自德国实验室医学研究所的Harald Renz等人在《Nature》发表一篇名为“Early life microbial exposures and allergy risks: opportunities for prevention”的文章,概述了与微生物接触变化有关的过敏风险因素,并重点介绍了预防过敏的机会

构建健康的微生物

细菌微生物

在胃肠道、皮肤、口腔、鼻腔和泌尿生殖道中发现了广泛的细菌群落,其中肠道的细菌群落是研究得最好的。细菌定植在出生后几个小时开始,并在出生后的第一个月内形成,主要取决于婴儿的营养来源。

母乳喂养的婴儿表现出双歧杆菌(Bifidobacterium)、乳酸杆菌(Lactobacillus)和韦荣氏球菌(Veillonella)的优势,随着辅食的引入,这一优势转变为拟杆菌(Bacteroides)和梭状芽孢杆菌(Clostridiales)。

由于营养来源的原因,某些菌株具有明显的优势,但生命最初几年的微生物群在分类单元水平上具有很大程度的个体间和个体内异质性。

总的来说,随着时间的推移,微生物群落的多样性和丰富性不断增加。

然而,生命的最初几年也是微生物群发展的一个非常脆弱的时期,感染、发烧和抗生素治疗的发作等事件都会对微生物群产生直接或间接的影响,而且这些变化有些会随着时间的推移而持续。超过一定年龄(通常定义为3-4岁),微生物群达到稳定的组成,并持续到成年。

现在已经确定,早期生命的微生物群在形成耐受性免疫功能、防止针对自身抗原和非自身抗原(例如,过敏原)的不良炎症反应方面具有重要作用。

耐性微生物的突出例子包括脆弱类杆菌(Bacteroides fragilis),它能产生多糖A通过Toll样受体2(TLR2)诱导调节性T细胞(Treg细胞)发育; 梭状芽胞杆菌簇IV和XIVA通过转化生长因子-β(TGFβ)诱导Treg细胞。以及其他未分类的共生菌,诱导结肠Treg细胞表达视黄酸受体相关的孤儿受体-γt (RORγt)或通过TLR-和MyD88依赖途径从初始CD4+T细胞诱导Treg细胞。

此外,营养素在促进这一微生物群-免疫轴中也起着重要作用。一个突出的例子是厚壁菌门的某些成员对淀粉的发酵,产生了短链脂肪酸(SCFA),例如丁酸。丁酸作为组蛋白脱乙酰基酶抑制剂,有利于叉头盒蛋白P3(FOXP3)的表达,因此增强了诱导的Treg细胞的抑制功能。粪杆菌(Faecalibacterium), 乳杆菌(Lactobacillus)和韦荣氏球菌(Veillonella)均属于厚壁菌门。

许多过敏和特应性患者的微生物菌群改变,主要是通过评估粪便微生物菌群来确定的。异位性皮炎患者皮肤微生物群中也有菌群失调,哮喘患者,上呼吸道和下呼吸道微生物群和食物过敏者胃肠道中也有菌群失调。甚至在临床体征和症状发作之前就可以检测到菌群失调,并且纵向研究表明,粘膜和皮肤表面微生物定植的干扰与慢性炎症反应的发展之间存在因果关系


病毒

人体病毒包括感染宿主的病毒(真核病毒),宿主染色体中可改变宿主基因表达、表达蛋白质甚至产生感染性病毒(原噬菌体、内源性逆转录病毒和感染病毒成分)的病毒来源的基因突变,以及感染细菌微生物群成员的病毒(最重要的噬菌体)。

此外,所有成年人都长期感染病毒,这些病毒可能是常见病原体,罕见病原体或未知病原性病毒。

在婴儿肠道中发现了多种噬菌体和偶发性真核病毒。几种致病性真核病毒(例如HIV,巨细胞病毒,人乳头瘤病毒,水痘带状疱疹病毒和风疹病毒)可能会在子宫内或阴道分娩时传播给后代。

此外,尽管子宫内病毒尚未完全鉴定,但在羊水中已检测到真核病毒[如呼吸道合胞病毒(RSV),爱泼斯坦-巴尔病毒和单纯疱疹病毒],没有明显的临床意义。饮食,生活条件,水质,卫生和社会经济状况等环境因素都可能影响肠道病毒的组成。双胞胎婴儿之间的密切接触也会影响病毒的共享。

与肠道细菌菌群相似,肠道病毒在婴儿期是动态的,在成年后是稳定的。

婴儿的噬菌体多样性较高,而成年人则较低,而一生之间个体间的病毒变异仍然很高。早期婴儿肠道病毒包括高度丰富和多样的噬菌体群落

从出生到2岁,真核生物的病毒和细菌的菌群都会扩展,但这伴随着噬菌体病毒的组成的收缩和向着以微病毒科为主的群落的转移。肠道真核病毒(如小RNA病毒科、腺病毒科和呼肠孤病毒科)在婴儿中偶尔被识别,而不是在早期发育过程中持续存在。


真菌

人类真菌群落的多样性和丰度都不如细菌群落。婴儿出生后不久通过护理人员和环境被真菌侵染,主要是枝孢菌属(Cladosporium)、隐球菌属(Cryptococcus)、酵母菌属(Saccharomyces)、念珠菌属(Candida)和马拉色菌属(Malassezia)。在健康成年人的大便中,后三种也是占优势的。

与环境相比,人类的真菌类群显示出更低的多样性,与特定解剖部位的关联显示出真菌的选择和适应性。

例如,皮肤真菌因年龄和性别而异,并且与成年人相比,儿童的真菌更多,多样性更高。这种变化可能与皮脂组成和皮脂腺活化的差异有关。马拉色菌占据大多数皮肤部位,并产生一种芳基烃受体配体,支持上皮细胞并提供紫外线保护。



影响微生物的因素

过敏风险始于子宫内,并在出生后持续,与分娩类型和抗生素使用等重要因素有关,这些因素会影响婴儿肠道和呼吸道的微生物定植。这些因素的影响可能是累积的和剂量依赖的,可能会长期影响免疫稳态和哮喘和过敏发展的风险。事实上,早期的微生物群对于适当的免疫发展和有益于整体健康状况至关重要。


剖腹产

在过去的几十年里,无论是发达国家还是发展中国家,剖腹产的婴儿数量都有了相当大的增长,这就提出了高剖产率是否导致了过敏的增加。

尽管许多关于分娩方式对儿童健康影响的研究已经发表,但证据仍在争论之中。据报道,与阴道分娩相比,剖腹产婴儿发生食物过敏的风险增加,其中最有力的证据表明牛奶过敏

一项相关研究的荟萃分析显示,剖腹产婴儿随后患哮喘的风险增加了约20%。

剖腹产和哮喘之间的联系得到了最近一些研究的支持,但没有其他研究支持。

剖腹产与特应性皮炎之间的关系尚不清楚。

剖腹产可能有几个潜在的机制作为过敏的危险因素。一种可能的机制是对新生儿早期微生物群发育的直接影响。然而,作为许多剖腹产婴儿接受围产期抗生素预防,这也可能是风险的一部分。

此外,与阴道分娩相关的围产期应激因素的缺乏(例如,早期深层免疫激活伴新生儿白细胞增多和其他变化)也可能起作用。分娩方式塑造了出生后的早期微生物模式(图1)。

图1 剖腹产是慢性免疫和代谢性疾病发生的重要危险因素

与非孕妇相比,正常孕妇的阴道微生物群特别是四种乳酸菌系统类型(Limosilactobacillus vaginalis, Lactobacillus jensenii, Lactobacillus crispatus,Lactobacillus gasseri)的丰度相对较高,其他22种菌的丰度较低。这一特征表明,在整个怀孕期间,特别是当雌激素浓度高达时,稳定性相对较高。

雌激素有利于阴道上皮细胞的成熟,这导致糖原的积累,而糖原被乳酸菌代谢成乳酸,这表明阴道上皮细胞和驻留的微生物群之间存在重要的功能关系。

阴道分娩的婴儿获得的细菌群落(皮肤、口腔和鼻咽表面)与母亲的阴道微生物群(主要是乳酸杆菌、普雷沃特菌和/或鼻咽分泌物)非常相似,而剖腹产婴儿体内的细菌群落更像母亲的皮肤表面,以葡萄球菌和丙酸杆菌为主。

在接下来的几个月里,口腔微生物群经历了显著的重组:分娩时,主要由丙酸杆菌或乳酸杆菌组成新生儿口腔微生物群,而在6周大时,大多数口腔样本中以链球菌为主。

过敏和哮喘的另一个微生物危险因素是1个月时艰难梭状芽胞杆菌定植,这与以后的哮喘和特应性皮炎有关。艰难梭菌定植与剖腹产和分娩地点(家庭阴道分娩与医院阴道分娩)有关。

在母亲和/或父亲患有特应性和过敏的儿童中,剖腹产与生命后期出现各种过敏表型的风险相关性最高。该观察结果是基因-环境相互作用与个体过敏风险状况有关的重要例子。 

特应性母亲的2型炎症水平高,对胎儿的免疫程序有很大影响。剖腹产衍生信号可能会进一步加速和加重受干扰的新生儿程序。这在韩国人群的特应性皮炎中得到了证实,其中遗传风险因素(某种母体IL13多态性)和环境因素(分娩方式)共同影响了疾病的发展。

剖腹产对新生儿免疫程序有很大影响,这表现在TLR1或TLR2刺激后促炎性细胞因子反应减少,出生时肿瘤坏死因子(TNF)和IL-6水平降低,随后鼻咽间隙的细菌定植丰度更高,并与儿童哮喘有关。这些数据和其他数据为分娩方式,微生物定植和新生儿免疫程序之间的强有力的调节循环的一个例子,这些循环对过敏风险具有协同作用。

最近进行了一项初步研究,其中将剖腹产出生的婴儿暴露于分娩前1小时收集的母体阴道液。新生儿微生物群发育的后续分析表明,肠道,口腔和皮肤表面富含阴道细菌,而剖宫产分娩的婴儿中阴道细菌的代表性不足(例如放线菌,拟杆菌和双歧杆菌)。 尽管仍然需要研究对新生儿免疫代谢功能和对生命后期健康状况的长期影响,但这些数据表明,早期定植模式易于操作。


抗生素的使用

由于在怀孕期间(图2a)和生命的最初几年(图2b),抗生素的使用已大大增加,因此越来越有兴趣研究在此关键时期使用抗生素与生命后期对健康结果的影响之间的潜在关系。 

图2 过敏和哮喘发生的产前和产后危险因素

据报道,儿童肥胖症型糖尿病,哮喘和(儿童)炎性肠病之间,抗生素的使用与疾病的发展呈正相关。 在生命的头6个月头2年使用抗生素分别与3岁7.5岁哮喘的发生有关。婴儿牛奶过敏的发生也获得了类似的结果。在孕前和孕期中,母亲的抗生素暴露量也发现了这种关联。

随着抗生素循环次数的增加,哮喘发展的风险增加。 据报道,广谱抗生素(头孢菌素)的相关性最强,近几十年来其特殊用途有所增加。

抗生素治疗以定性和定量的方式影响微生物的多样性和组成。低剂量抗生素治疗已用于破坏幼鼠中的微生物群。这不仅导致微生物群组成的改变,而且导致脂肪量增加,代谢激素和肝代谢的改变。

出生时给小鼠的小剂量青霉素可引起代谢变化和免疫相关基因回肠表达的变化,并且对代谢具有长期影响,并增强了对高脂饮食诱发的肥胖症的易感性。将停药后恢复的微生物群落转移到无菌小鼠体内,使生长促进表型转移。

但是,不能排除抗生素使用与哮喘之间的关联可能是由各种形式的偏见引起的,例如咨询行为,分类错误,回忆偏倚和适应症混淆。例如,一个混杂因素可能是在患哮喘或罹患哮喘的高风险儿童中观察到的呼吸道感染数量增加。 

抗生素不仅会减少重要的致肠菌肠道细菌的数量,包括乳杆菌和分段丝状菌(segmented filamentous)细菌以及某些梭状芽孢杆菌,它们还以直接或间接的方式增加胃肠道真菌的丰度并损害抗病毒免疫,这在人类身上也得到证实。


哺乳

母乳喂养时间的延长与儿童哮喘,特应性皮炎和鼻炎的风险降低相关。纯母乳喂养婴儿的肠道菌群具有更大的微生物多样性,尽管结果好坏参半,这会影响免疫系统的成熟并可能免受过敏。

在最近的一项大型多中心研究中,母乳喂养是与生命早期微生物群组成和多样性相关的最重要因素。 母乳喂养直接通过人乳微生物群(包括乳酸杆菌和双歧杆菌)的转移,并通过暴露于诸如人乳寡糖(HMO),分泌型IgA,糖巨肽,色氨酸代谢物,脂质, 先天免疫系统(例如可溶性TLR2,可溶性TLR4及其共受体)以及抗菌蛋白和多肽,它们共同影响并指导微生物的生长和代谢。

新生儿和幼儿的微生物组富含降解HMOs92所需的微生物基因。

HMO是复杂的短链糖,迄今已鉴定出200多种不同的寡糖,其组成和多样性在母亲之间有所不同。这种个体间的异质性归因于来自不同母亲的母乳在肠道粘膜免疫系统成熟方面的不同作用。  

HMO还通过充当可溶性诱饵受体来影响上皮屏障功能,该受体会阻止细菌和其他微生物附着在上皮细胞表面糖上。已经提出,这有助于预防肠道以及呼吸道和泌尿道的传染病。低浓度的HMO乳酸-N-岩藻糖糖III与婴儿发生牛奶过敏的可能性增加相关。

母乳喂养还负责在母婴之间传播真核病毒(例如Herpesviridae,Poxviridae,Mimiviridae和 Iridoviridae)以及噬菌体(例如母婴之间的肌病毒科,Siphoviridae和Podoviridae)。 噬菌体占人乳中病毒的大部分(95%)。

人乳中的真核病毒可能直接影响婴儿的健康,而噬菌体则有助于塑造婴儿肠道菌群。此外,母乳喂养后婴儿的反流也可能使上呼吸道感染微生物。然而,可用的病毒学数据大多是横断面的,包括少量的个体,并且没有考虑母婴配对。

Rekima等证明,母亲哺育的小鼠暴露于屋尘螨Der p过敏原(与磷酸盐缓冲盐水接触)表现出增加的通透性,IL-33水平,第2组先天淋巴样细胞(ILC2s)的活化和分化。肠粘膜中的T辅助2(TH2)细胞。 这导致通过卵母蛋白暴露于母乳中而抑制了抗原特异性Treg细胞的诱导并防止了食物过敏

这强调了母乳中呼吸道过敏原的存在作为因干扰口服诱导而引起食物过敏的危险因素的重要性。在人类环境中进行验证对于控制Der p的水平(和/或其蛋白酶活性)具有重要意义,可以作为食品过敏保护的一种手段。

注:Der p 1是在屋尘螨(Dermatophagoides pteronyssinus, Der p)中发现的第一组过敏原,也是最主要过敏原之一。1980年Chapman和Platts-Mills第一次分离出Derp 1,人们对这种过敏原的了解才逐渐增多。75%以上屋尘螨过敏的患者,Derp 1特异性IgE均呈阳性,但Der p 1绝不是仅仅产生特异性IgE那么简单。


病毒性感染

病毒感染也与哮喘的发生密切相关。生命早期下呼吸道感染,特别是RSV或鼻病毒感染,可能在生命后期诱发喘息和哮喘的发生。变应原致敏作用似乎先于鼻病毒引起的喘息。 

最近的研究表明,宿主对发热感染的反应以及炎性体的相关活化可能对哮喘的发作至关重要。实际上,基于炎症小体激活,IL-1β和IL-18产生,T辅助17(TH17)细胞激活以及IL-8和IL-6过度产生的轴,某些哮喘内型与嗜中性气道炎症相关。

与RSV相关的细支气管炎儿童的气道中渗透的细胞中有80%是嗜中性粒细胞。在早期肺部发育过程中,中性粒细胞可能导致气道损伤,对肺部结构产生长期影响,并可能诱发哮喘的发展。

实际上,过度的嗜中性粒细胞反应导致通过IL-9募集肥大细胞。肺内肥大细胞继而引起气道高反应性,因此易患哮喘。

此外,过多的中性粒细胞可能通过释放蛋白酶,活性氧和中性粒细胞胞外陷阱而导致肺损伤,最终导致慢性肺损伤,这一过程可由实验性鼻病毒感染触发。 这个概念带来了新的临床意义,需要进一步研究。

过敏原和病毒性呼吸道感染可能以多种方式相互作用,包括通过有缺陷的上皮屏障功能。病毒性呼吸道感染与紧密连接破坏,先天免疫力受损和抗氧化特性降低有关,这可能导致对感染和过敏原的敏感性过高。

此外,小鼠的早期RSV暴露抑制了Treg细胞的发育并增强了对过敏的敏感性。特别关注以下事实:在干扰素产生方面,患有哮喘的个体的细胞或组织对病毒感染的反应最佳。 哮喘中干扰素应答不足已归因于单个或多个基因缺陷,microRNA或表观遗传决定因素。 

图3 哮喘患者中I型和III型干扰素与TH2型反应的相互负调节

另外,TH2细胞反应(例如IgE交联和2型细胞因子的产生)抑制了支气管上皮细胞产生干扰素,进而浆细胞样树突状细胞(pDC)衍生的I型和III型干扰素抑制了TH2细胞和ILC2s中的2型途径(图3)。如果这是真的,目前的抗TH2生物制剂(抗IgE、IL-5和IL-13的抗体、IL-5受体拮抗剂、IL-4受体拮抗剂和小分子如TH2细胞上表达的趋化剂受体同源分子(CRTH2)和DNAzymes)不仅可以减轻TH2型炎症,还可以恢复抗病毒反应。

的确,在存在IgE交联的情况下,用鼻病毒或流感病毒进行离体刺激后,奥马珠单抗(抗IgE)对市中心哮喘儿童的治疗导致pDC衍生的I型干扰素应答增强,pDC FcεRIα表达减弱。 这些发现与预后期间哮喘急性发作率降低有关。

注:奥马珠单抗是一种重组的人源化单克隆抗体,为抗IgE靶向生物制剂,是全球首个批准治疗中至重度哮喘的靶向治疗药物,该产品于2003年首次在全球上市。



过敏机制

与微生物群的改变有关

现在有越来越多的证据表明,菌群失调先于过敏表现的发展。 对出生队列的研究表明,婴儿的肠道菌群在1至3个月大时某些细菌属的缺失,与生命后期特应性,反复喘息或哮喘发展的风险增加相关。这种改变与消炎性多不饱和脂肪酸水平的降低或不存在相关。

怀孕母亲的健康状况影响宝宝早期菌群发育

此外,来自高危新生儿的无菌粪便水促进了产生IL-4的CD4 + T细胞的扩增,但以FOXP3 + Treg细胞损失为代价。 根据最近的发现,由于高危婴儿的胎粪表现出肠道微生物多样化的延迟微生物源性代谢组的改变(主要以消炎性粪便脂质的消耗为特征),因此菌群失调可能更早时候就开始了。这种菌群失调与父母疾病密切相关,表明怀孕期间的母亲健康状况可能会影响生命早期微生物群发育的微生物的垂直传播。

这不仅限于哮喘,因为肠道微生物群组成的变化还可以通过微生物反应性RORγt+ FOXP3 + Treg细胞亚群提高对食物过敏的敏感性或抵抗力,已知这对于维持食物耐受性至关重要。 

过敏发展与微生物群之间联系的实验证据来自无菌小鼠模型。对无菌小鼠的适应性免疫反应进行了重新编程。特别是,它们显示出对TH2细胞发育的默认偏差。 可以用确定的微生物菌株重建无菌小鼠。并且已经表明,梭状芽胞杆菌属物种和其他与过敏保护作用有关的物种通过诱导Treg细胞,IgA产生和其他免疫学作用而触发了过敏保护的发展。

最近,研究表明,以健康婴儿的菌群定植到无菌小鼠,可以免受牛奶过敏原的过敏反应。在该模型中,进一步的鉴定表明,梭状芽胞杆菌Anaerostipes caccae可以防止对食物的过敏反应。在另一种食物过敏模型中研究表明,用梭状芽孢杆菌成员或由七种细菌组成的拟杆菌属菌落定居,可在小鼠模型中抑制食物过敏。

进一步的功能性实验确定了通过共生导致Treg细胞发育的MyD88–RORγt途径的激活。这些重要的实验填补了在了解食物过敏患者中观察到的菌群失调的功能相关性方面的空白。然而需要更多的实验来牢固地建立微生物群与其他变态反应和哮喘临床表型之间的因果关系。

饮食,微生物群以及随后的代谢和免疫功能密切相关

一个重要的例子是微生物代谢产生的SCFA在免疫功能中的作用。 最近的研究表明,在“哮喘保护”环境下成长的孩子(称为PASTURE队列)在生命早期开始控制饮食,粪便中的丁酸盐含量很高。

对这些儿童进行了6年的随访,结果显示与对照组相比,特应性过敏症,哮喘和食物过敏的发生率明显降低。 在患有过敏症的儿童中观察到了丁酸盐的保护作用,并且据报道,对牛奶过敏的患病速度更快的儿童中,丁酸盐产生的类群(Clostridia和Firmicutes)的含量增加了。

SCFA已显示可减少DC分泌IL-12和IL-6,并促进Treg细胞的发育。丁酸酯还可能通过抑制组蛋白脱乙酰基酶来影响ILC2的增殖和功能,该途径已被认为是哮喘的潜在治疗靶点。 的确,用产生丁酸的梭状芽孢杆菌属物种对无菌小鼠的体内重构减弱了依赖ILC2的气道高反应性。 重要的分子机制包括在DNA甲基化和组蛋白乙酰化水平上对表观遗传细胞程序的影响。 这些作用是通过G蛋白偶联受体43介导的,该受体已被确定为重要的SCFA受体。


与环境微生物有关

关于过敏和哮喘保护,有几种独特的生活条件已被用于研究微生物生物多样性与免疫程序在细胞和分子水平上的因果关系。这些生活条件包括传统的农业和耕作方法(例如,在欧洲中部的高山地区),拟人化的生活方式(与未加工食品的消费,低抗生素用量和较高的户外活动水平相关),宠物的存在,尤其是狗和猫,居住环境,出生顺序和日托设施的早期使用。

传统农业环境中,已很好地证明了微生物暴露与哮喘发生概率之间的反比关系。 这项研究表明了微生物多样性在促进这种有益效果方面的重要性,并且进一步的研究已经确定了所涉及的细菌种类。

通过使用实验性哮喘和过敏性致敏的常规小鼠模型或细胞培养实验,已显示过敏保护细菌可通过多种方式促进抵抗TH2型免疫和炎症的免疫反应的发展。 其中包括松鼠葡萄球菌(Staphylococcus sciuri),鲁氏不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)和乳酸乳球菌(Lactococcus lactis1)。 这些菌株中的一些在产生或不产生IL-12的情况下诱导DC活化,其他一些菌株不仅产生TH2型炎症,而且产生TH1型和TH17型炎症,均具有更广泛的抗炎活性,其他在预防实验性哮喘方面更具选择性。 为了发挥这些过敏和哮喘保护作用,需要通过模式识别受体进行识别并通过其进行信号传递。

革兰氏阴性菌A. lwoffii可以作为模型微生物来研究过敏和哮喘保护,并且是在芬兰和俄罗斯的卡累利阿族人群中进行的一项研究的主题。 俄罗斯卡累利阿人的人口是独特的,因为它的遗传同质人口生活在两个不同的国家。

俄罗斯的卡累利阿人人口生活在传统的农村条件下,而芬兰的卡累利阿人人口生活在西化的农村条件下,对过敏性疾病的敏感性增加,不动杆菌属(Acinetobacter genus)的丰度和多样性降低。 该细菌也可能与皮肤微生物群,环境暴露以及特应性或特应性皮炎的发展有关。 通过向怀孕的小鼠反复鼻内施用A. lwoffii,模仿了传统耕作环境的反复和连续的微生物暴露,从而防止了后代实验性哮喘的发展,从而影响了后代。

具体而言,A. lwoffii可诱导母亲的肺和血清促炎细胞因子以及肺TLR mRNA表达。 然而,令人惊讶的是,胎盘组织中的TLR表达被广泛抑制。

在许多促炎性细胞因子中,尽管长期处于较低水平,但只有IL-6长期处于升高的水平。与其他促炎性细胞因子相反,即使连续施用十多个农杆菌,IL-6反应也没有适应性。这与在长期和连续的脂多糖刺激后发生的脂多糖耐受期间观察到的结果相反,这导致减少的促炎细胞因子产生,特别是先天免疫细胞的促炎细胞因子产生。这些选定变化的分子基础涉及表观遗传修饰和染色质重塑,从而导致基因转录改变。A. lwoffii对CD4+T细胞(但不是CD8+T细胞或自然杀伤T细胞)的表观遗传程序具有高度特异性的作用,修饰Ifng启动子以增加干扰素-γ132的转录和翻译。

这些抗过敏微生物中的许多是生物多样性环境的组成部分。 生物多样性假说指出,与自然环境的接触丰富了人类微生物群,促进了免疫平衡,并防止了病理性慢性炎症,包括变态反应和自身免疫

我们认为这种炎症恢复力是由于源自微生物接触的这些激活信号的重复性质。正如许多观察性纵向和横断面研究表明的那样,当免疫耐受性增强时,生命早期就会出现特别脆弱的机会窗口。

这种机会之窗与微生物群的发展之窗重叠,并从子宫发育早期到儿童早期。 重要的结果是,如果已经发展出适当水平的弹性的免疫系统遇到环境变应原,食物抗原或自身抗原,则对该系统进行预编程以防止病理性慢性炎性疾病的发展。

相反,在没有这种源自生物多样性暴露体的反复微生物暴露的情况下,不会发生炎症弹性,并且在这种情况下,过敏原或自身抗原会触发不良的免疫反应,从而导致慢性炎症,过敏,哮喘和/或自身免疫。

免疫反应可能显示出对环境微生物的相对较快的适应性或对其他微生物的适应性不足。 这种适应的特征是低度的炎症反应起源于局部粘膜进入部位(例如气道),并在全身扩散,因此可作为一种额外的策略来增强抵抗不良病理性炎症反应的能力。 炎症弹性的概念与建立耐受性免疫系统密切相关。

支持细菌物种在变态反应中作用的另一个相关实例是古老的幽门螺杆菌,在过去的几十年中,其在胃肠道中的存在已大大减少。 实验数据表明,经母体暴露于幽门螺杆菌可减少F1和F2后代的过敏性气道炎症。 这种对过敏的保护作用需要Treg细胞,并与胃肠道菌群的强劲转变有关。 这与较早的数据相反,后者显示幽门螺杆菌增加了人胃活检样品中食物抗原的上皮通透性


与病毒相关

通过长期感染,病毒可能有助于宿主表型,并且某些病毒的存在可能通过免疫调节而受益。病毒介导的免疫调节会影响抗病毒防御能力以及对各种疾病的敏感性,包括过敏和继发感染,继而可能影响过敏的发展。一方面,病毒的存在可以增强免疫反应的强度或降低免疫激活的阈值。 另一方面,病毒可能会抑制免疫反应或降低其大小,或者可能改变对后续抗原暴露的反应性质,从而有利于更有效的TH1-type136或TH2-type137反应和/或持续性I型 干扰素水平。

在这种情况下,I型干扰素对鼻病毒的应答减弱与哮喘的发作有关,而鼻内感染γ疱疹病毒的小鼠可通过改变肺泡巨噬细胞亚群保护它们免受过敏性哮喘的侵袭,有利于调节性单核细胞浸润肺。

这些单核细胞衍生的巨噬细胞抑制了DC介导的对屋尘螨抗原的TH2型反应,因此抑制了过敏性哮喘。 此外,病毒免疫调节在空间和时间上是动态的,并影响T细胞和B细胞受体的组成。

Anelloviruses是病毒的代表成员,并与嗜酸性粒细胞活化有关。在患有哮喘的个体中。 在血液以及大多数组织和器官中,Anellovirus病毒占病毒总数的70%。 脊髓灰质炎病毒扭矩腱糖病毒(TTV)可以通过多种方式调节宿主防御:首先,TTV通过CpG介导的TLR9激活和促炎性介质(如呼出的一氧化氮和分泌的嗜酸性粒细胞阳离子蛋白)的诱导来刺激免疫防御。 第二,TTV通过干扰素信号传导和T细胞耗竭来抑制宿主的免疫反应。 高TTV负荷与循环CD4 + T细胞减少,B细胞增加和嗜酸性粒细胞活性增加相关。 

此外,据报道,在肺活量指数中度至严重受损的哮喘患儿中,鼻TTV负荷与嗜酸性粒细胞阳离子蛋白水平高呈正相关。 这表明TTV(单独或与其他病毒协同作用)在肺损伤中起作用,可能是通过全身或局部诱导炎症介导的。 反过来,炎症的增强可能是由血液中TTV复制上的免疫复合物形成或致敏个体中的过敏原暴露引起的。


与真菌相关

对真菌的免疫反应涉及先天性免疫途径以及调节耐受性和免疫监视的细胞免疫。过度的免疫反应可能导致真菌过敏,这可能是由于免疫调节机制的扰动所致。 肠道菌群的变化与过敏性气道疾病有关。例如,肠道中白色念珠菌的存在会影响TH17型通路,进而可能影响慢性气道疾病中与曲霉菌相关的病理学。

在皮肤中,马拉色菌属较高或针对它们的免疫反应减弱与特应性皮炎有关。 尽管在此背景下还描述了非马拉色菌,但共生马拉色菌,马拉色假丝酵母和皮肤马拉色菌一直与特应性皮炎及其恶化相关。 患有这种疾病的患者会向马拉色菌种产生IgE,并且来自马拉色菌的囊泡已与定义明确的一致RNA序列集相关联,而这些序列不受pH升高的影响,这是特应性皮炎患者的标志性特征。 此外,在特应性皮炎患者中,马拉色菌可能会诱导皮肤TH17细胞诱导的炎症,并增强马拉色菌特有的CCR6 +记忆性TH17细胞。

在健康的肺结核菌组和在慢性炎症性呼吸系统疾病(如哮喘和慢性阻塞性肺疾病)中观察到的结核菌之间也存在差异。 在这些疾病中,由于真菌过度生长或丧失多样性,肺表现出较低的真菌多样性和较差的肺功能。 特别是在哮喘中,某些真菌(例如,Psathyrella,Malassezia,Termitomyces和Grifola)的负载量已有报道。

与没有哮喘的儿童相比,患有严重哮喘的儿童的红景天孢子菌,肺孢子虫,白孢菌等的丰度更高。

支气管扩张与不利的过敏性致敏和对曲霉的免疫反应有关。在哮喘和囊性纤维化中,都可能诱发对曲霉的过敏反应,例如在过敏性支气管肺曲霉病中。

预防过敏的微生物处理

对影响过敏风险的早期事件的详细了解对于建立一级预防策略(即阻止过敏原致敏)和二级预防策略(即阻止致敏后临床症状的发展)特别重要。

如上所述,有大量的临床和实验证据表明,微生物群在训练针对耐受的早期免疫反应中起着关键作用。

然而,尚不清楚细菌治疗后是否可以永久改变微生物群。 目前,一些针对花生过敏的小型I期临床试验正在进行中,以探索胎儿微生物转移的可能性,正如其他人最近总结的。 这些研究和其他研究的结果将提供进一步的认识,即微生物群的操纵是否将是预防和/或治疗(食物)过敏的现实选择。

育儿习惯,包括清洁母亲口中的安抚奶嘴,食用发酵食品以及用手洗碗代替使用洗碗机。 但是,需要通过对婴儿和儿童进行的其他随机对照研究来证实其积极作用。 此外,作为防过敏措施,正在探索旨在增加绿色空间,增加年轻的母亲和儿童在富含微生物的土壤中工作以及使年轻人从城市进入农村地区的机会的社区干预措施。 但是,在将成人研究的结果翻译为婴儿时必须谨慎。


益生菌的使用

益生菌可以直接或间接(例如,通过肠道微生物群的校正)提供帮助,从而随着临床和免疫耐受的发展而使正常的免疫成熟。当然支持这一点的临床证据有限。关于食物过敏,即使在高风险家庭或未选择或混合风险人群中,也没有发现使用益生菌的积极结果。 同样,哮喘也获得了阴性结果。

相比之下,调查益生菌对孕妇,母乳喂养的母亲或婴儿的影响的随机试验提供了证据,表明益生菌可以降低婴儿特应性皮炎的风险。 这些结果也反映在国际准则中。

混合结果的原因可能有以下几点:第一,不同的微生物用于不同的研究;第二,不同的微生物菌株可能有不同的效果;第三,时间和剂量与给药时间表一起也起着重要作用。

益生菌的免疫调节作用

大量的体外和动物体内研究表明,一些益生菌菌株具有免疫调节作用。最广泛使用的益生菌菌株是乳杆菌科和双歧杆菌科菌株。对于鼠李糖乳杆菌GG(LGG)、干酪乳杆菌、reuteri石灰乳杆菌、副干酪乳杆菌、植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌,FOXP3+Treg细胞在产生IL-10的同时,无论是否产生TGFβ,其数量和/或功能均有不同程度的增加。一些菌株促进单核细胞来源的树突状细胞成熟和启动。

在实验性哮喘小鼠模型中,给予LGG抑制气道高反应性并降低TH2型细胞因子的产生。据报道,在哮喘儿童中,服用LGG可以降低呼出的一氧化氮浓度,但这些结果不能被其他人复制

动物双歧杆菌亚种,乳双歧杆菌、双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌和其他双歧杆菌,也得到了类似的结果。已有报道诱导FOXP3+Treg细胞,诱导巨噬细胞和树突状细胞产生IL-10,以及对TNF水平和IL-6产生的抑制作用。益生菌介导的免疫调节的进一步机制包括稳定肠道黏膜紧密连接、增加粘液分泌增强肠道动力和产生氨基酸副产物,包括精氨酸和谷氨酰胺,以及可能导致某些原发性硬化的短链脂肪酸。


益生元的使用

益生元被定义为对宿主而言不易消化,但可作为选定微生物的营养物质的糖,进而对宿主产生有益于健康的作用。实例包括短链低聚半乳糖,长链低聚果糖和果胶。在这方面,HMOs还可以作为婴儿微生物群的益生元。 

在动物模型和人体研究中,分别显示了益生元对高危婴儿的粘膜免疫功能和特应性皮炎发展的积极影响。 但是,需要进行更大的研究,才能证明补充婴儿配方奶粉中的HMO是否对过敏和哮喘预防具有有益作用。 现在,仅大规模合成了有限数量的HMO(2'-岩藻糖半乳糖和乳酸-N-四糖),因此它们可用作婴儿配方食品的补充剂。


预防呼吸道感染

大量证据表明病毒在从头诱发哮喘中起着核心作用,这使得预防呼吸道感染成为防止过敏和哮喘的有吸引力的潜在措施。

用抗RSV单克隆抗体帕利珠单抗预防RSV诱发的细支气管炎可降低RSV相关疾病,反复喘息和潜在的非特应性哮喘的风险。 在临床试验中针对鼻病毒和RSV的当前和候选抗病毒药和疫苗已在其他地方进行了审查。 口服免疫调节剂可能会影响迁徙的T细胞和B细胞种群,这些种群在与肠道相关的淋巴组织中成熟并形成归巢受体,这些受体优先移动至粘膜(包括呼吸)部位。 由于局部肺抗病毒反应,此类细胞亚群可通过控制旁观者炎症起作用。 也可能涉及其他保护机制,例如启动肺中的内源性炎症小体功能,从而增强了局部适应性抗病毒免疫力。

免疫调节可以由活的益生菌或细菌提取物提供,也可以通过与病原菌的抑制作用来实现,这些病原菌可以与病毒协同作用,并通过例如抗菌疫苗或靶向抗菌疗法增加疾病的严重性。 在后一种情况下,收益必须与对共生细菌的潜在有害影响和选择抗微生物有机体相平衡。


早期食物选择

英国和美国的较旧建议建议在怀孕期间避免食用花生和坚果,以防止后代对坚果过敏。但是,没有发现任何好处,因此建议被撤销。确实,来自丹麦国家出生队列的数据显示,母亲食用花生和坚果与18个月大的儿童哮喘成反比。早期学习有关花生过敏(LEAP)的研究彻底改变了当前的规则,因为该研究显示,在1岁之前接受花生喂养的高危婴儿中,花生过敏的发生率较低(5岁时相对减少81%)(4– 11个月)。考虑到花生过敏症目前影响西方国家的1-3%的儿童,因此该首次随机对照试验的结果对研究饮食蛋白的引入或避免有很高的相关性。

但是,很难将一项涉及高危婴儿的试验的结果归纳起来,该试验在将花生普遍引入普通人群之前,对患者进行了花生过敏性筛查。大规模的筛查计划在逻辑上要求很高,而引入的剂量和时间也仍然是未解决的问题。 在有限的时间窗口内引入花生,以及随着引入年龄的变化而研究免疫调节的机制研究是必要的。 

后续LEAP-On研究的结果表明,在早期引入花生的儿童中,避免食用花生12个月与短暂的脱敏无关,而与对花生的持续无反应有关。在最初的食用花生的人群中,在回避1年后的6岁时评估了其花生特异性IgE水平的显着下降(LEAP-On)。这些发现为过敏预防和相关的未来研究提供了重要的见识。他们证明,食物特异性IgE的产生在婴儿早期就开始了,可能需要很长时间才能停止,这可能是由于长期存在的产生IgE的记忆B细胞和浆细胞(又称效应B细胞)。

在生命的第一年,食物的多样性增加似乎对过敏性疾病有保护作用  诱导免疫耐受。饮食多样性可以通过增强微生物群多样性来减少过敏性疾病,进而改善肠壁的完整性和免疫系统的调节,尽管这一点尚待证实。同样,科学界也讨论了食品生产和烹调方法以及先前所描述的“健康饮食”(例如地中海式饮食),但迄今为止有关任何过敏保护作用的证据都是有限的,而且常常存在争议。


使用水解配方

已开发出水解牛乳配方,其中通过多种物理和化学过程对蛋白质进行修饰,包括过热和胰蛋白酶和化学胰蛋白酶的酶促裂解。 蛋白质的修饰程度在各配方之间不同,被称为部分或广泛水解。

这样的配方源自乳清蛋白或酪蛋白。 迄今为止,尚未就这种广泛或部分水解的配方的定义达成普遍共识。 这种方法背后的概念是变应原性和抗原性之间的平衡。

部分和广泛水解的食品配方包含明显减少的过敏原表位。

但是,在这些条件下,抗原性以及保持免疫耐受的能力仍然得以保持。 这一概念得到动物模型系统的支持,但临床试验显示出矛盾的结果。 荟萃分析和其他研究提示,临床观察和效果是水解产物特异性的。 为了预防食物过敏,两项系统评价和若干随机试验发现,广泛水解的乳清或酪蛋白配方有有益的作用。 但是,关于过敏性疾病的发展也有不同的发现,最近的发现并不支持使用水解配方食品预防高危婴儿的过敏性疾病。 在一些指导方针中,建议在危险的婴儿中预防部分牛奶水解物,证明其功效已得到证实,以预防婴儿的牛奶过敏和过敏性疾病,因此可以被认为是婴儿配方奶粉中的蛋白质来源。



结 语

根据目前对健康免疫发展和过敏危险因素的了解,在生命中似乎有一个脆弱的时期,在产前和产后早期这一时期,过敏预防可能是最有效的。

最近的证据,仅仅调节单一的危险因素不足以显著改善幼儿的健康状况。哮喘发病危险因素的数学模型表明,相当大比例的(儿童期)哮喘可归因于一系列可改变的环境危险因素。 反过来,这也促进了我我们预防控制过敏的措施。


参考文献:

Renz Harald., Skevaki Chrysanthi.(2020). Early life microbial exposures and allergy risks: opportunities for prevention. Nat. Rev. Immunol., undefined(undefined), undefined. doi:10.1038/s41577-020-00420-y


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