更多證據支持：多“吃土”，更健康！

文/Jef Akst

編者按：

數十年來，科學家和衛生保健人員已經認識到，暴露于綠色空間（如公園或森林）有助于降低發達國家普遍存在的各種疾病（包括過敏、心血管疾病、肥胖、糖尿病和精神疾病）的風險，甚至能夠降低死亡率。

過去的研究已經發現人們在自然環境中度過時會發生無數的生理反應：血壓下降、心率下降、免疫功能提高等等。

然而隨著城市化進程的加速，人們在城市化地區居住得越來越久，在自然環境中花費的時間越來越少，這一改變可能會損害我們的健康。那么，自然環境究竟是如何對人體健康產生益處的呢？背后的機制是什么？

今天我們特別編譯了發表在TheScientist雜志上的關于土壤微生物通過改變人體微生物組作用于免疫的文章，希望該文能夠為各位讀者帶來一些啟發與思考。

芬蘭的“兩面性”

生活在芬蘭和俄羅斯邊境的人們為我們提供了寶貴的數據，這些數據可以揭示人類與自然的關系，特別是人體免疫健康與暴露組之間的關系。

第二次世界大戰期間，芬蘭將大片領土割讓給蘇聯，因此，在 20世紀下半葉，芬蘭的一側已經實現了現代化，而屬于蘇聯一側的人依然保持著傳統的生活方式。

到了 21世紀，赫爾辛基大學的研究人員對該地區做了一項調查 1，發現卡雷利亞（芬蘭與俄羅斯的交界處）靠芬蘭一側的過敏癥患病率明顯高于俄羅斯一側。

免疫學家 Nanna Fyhrquist在 2011年加入了赫爾辛基大學的研究團隊，并參與了上述這項研究，她想知道為什么會出現上述這種現象。該團隊懷疑，芬蘭和俄羅斯邊界兩側過敏癥患病率的差異可能與環境微生物有關。

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

他們認為，全球生物多樣性的喪失是人類免疫系統失調的罪魁禍首，導致全世界的發達國家中過敏性和炎癥性疾病的增多。

這個假說是幾十年前的“衛生假說”的延伸，“衛生假說”發展于 20世紀 80年代末和 90年代，當時研究人員逐漸意識到，生活在一個只能接觸到有限細菌的現代化世界，與花粉熱和其他以免疫功能障礙為特征的疾病有關。

后來，倫敦大學學院的微生物學家和免疫學家 Graham Rook的“老朋友假說”也持類似觀點，他的假說認為人類，特別是他們的免疫系統，在數萬年或更久的時間里都依賴于他們共同進化的微生物。

“免疫系統是一個學習系統，除非將數據輸入（讓免疫系統接觸微生物），否則它無法正常工作（產生正常的免疫反應）。”Rook說。

大自然與皮膚微生物組

芬蘭的研究團隊一直在探索環境微生物影響人體免疫系統的可能機制。一種與過敏發展有關的機制可能是：環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。

這個想法已經得到了卡雷利亞研究數據的支持。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村兒童比生活在城市環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。”Fyhrquist說。

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

研究人員進一步發現，皮膚上Acinetobacter較多的兒童血液中的白細胞較多，并且這些白細胞比城市兒童的白細胞，產生抗炎細胞因子 IL-10的能力更強。

Fyhrquist說：“這讓我們認為，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的訓練（識別病原體）或校準（對相應的病原體產生適當的免疫反應）。”

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

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致了與俄羅斯地區相對較低的過敏率相關的微生物組差異，研究團隊仍需要做一個實驗。

現在在瑞典卡羅林斯卡學院工作的Fyhrquist去年和她的合作者使用了一種哮喘小鼠模型。哮喘這種反應與過敏很相關，因為它是由引起過敏的 2型輔助性 T細胞（Th2）免疫反應引發的。

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，并將它們養在一個馬廄里，馬廄里還養著綿羊等其它動物。

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的過敏癥而發生肺部炎癥。

研究團隊還發現，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菌多于厚壁菌門的細菌。無論是在小鼠還是人類身上，腸道中擬桿菌門的細菌少于厚壁菌門的細菌，而這種微生物特征通常與哮喘和炎癥有關。

暴露于土壤中的動物體內還含有更高水平的抗炎蛋白（可以控制免疫系統），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作用。

“在小鼠身上看到如此多不同程度的修飾和誘導免疫耐受，真是太神奇了。”Fyhrquist說。

芬蘭研究團隊的小鼠與充滿微生物的土壤進行了長時間的身體接觸，但其他研究表明，即使是空氣中微量的土壤（類似于一個人在自然界呆上一段時間可能會經歷的情況），也會對小鼠的健康產生影響。

在近期發表的另一項研究中，澳大利亞弗林德斯大學的修復生態學家 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，每天用風扇在上面扇動兩個小時，以產生“非常少的懸浮物”飄向這些動物。他說，與其他研究相比，土壤的劑量要低 100到 1000倍。

盡管如此，經過 7周的這種高微生物多樣性的土壤暴露，這些動物的微生物組出現了變化，在標準壓力測試中得分較低（即接觸土壤可能對小鼠產生抗焦慮作用）。

“與實驗剛開始時相比，在實驗結束時，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。我被這樣一個事實驚呆了，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

該領域正利用這些結果努力證明，接觸大自然對健康產生廣泛益處背后的一個機制是暴露于環境中的各種細菌。

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

但這一結論帶來了一個問題：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道說，隨著環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：“人們并沒有意識到土壤中蘊藏著巨大的生物多樣性，但實際上，土壤是地球上最多樣化的棲息地。”