农业微生态：过敏疾病的免疫调节和农业环境对儿童免疫发育的影响

工程3（2017）98微生态学研究综述从农业到工程：微生物群和过敏性疾病Dominique Angèle Vuittona，b，*，Jean-Charles Dévier ina，baUniversity Bourgogne Franche-Comté，Besancon 25030，FrancebFranche-Comté变态反应学网络，Besancon 25030，法国ARt i clEINf oA b s tRAC t文章历史记录：2017年1月18日收到2017年1月25日修订2017年2月1日接受2017年2月21日在线发布关键词：过敏养殖微生物生物多样性免疫调节微生物区系转化研究第二次世界大战后IgE依赖性过敏性疾病的持续增加是人类历史上的一个独特现象。大量的横断面研究、对生活在各种环境中的儿童进行的全面纵向队列研究以及机械实验研究都指出，与生活方式和环境的重大变化有关的“保护因素”消失了一个共同的统一概念是肠道微生物群的免疫调节作用。本文综述了农业环境和微生物多样性对过敏性疾病的保护作用。它还质疑微生物生物工程在未来是否以及如何能够恢复过去有益于儿童适当免疫发育的相互作用，这种相互作用因生活方式的改变而不可逆转地受到破坏。保护性的“农业环境”包括独立的和额外的影响：母亲在怀孕期间和儿童在幼年时与动物接触，呆在谷仓/马厩里，以及食用未加工的牛奶和奶制品。除了微生物的总体数量，农场微生物环境的生物多样性似乎对这种保护至关重要，它可能提供的肠道微生物群的生物多样性也是如此。常规益生菌的使用，特别是乳杆菌和双歧杆菌的各种物种或菌株，尚未实现过敏症专家和儿科医生预防过敏症的期望。在牛棚中存在的可用于预防的特定微生物中，不动杆菌（A。）lwoffii F78、乳球菌（Lactococcus（L. 乳酸葡萄球菌G121和葡萄球菌（S. 根据在小鼠过敏性呼吸道疾病模型中的实验研究，sciuriW620似乎是最有希望的。然而，基于对农业环境的富有成效的研究的新一代益生菌的开发面临着一些障碍，如果没有微生物学家，免疫学家和生物工程师以及儿科医生，过敏症专家，临床试验专家和伦理委员会之间的密切合作，这些障碍就无法克服。© 2017 The Bottoms.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版这是CC BY-NC-ND下的开放获取文章许可证（http：//creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 引言：生活方式的改变和过敏性/特应性疾病在20世纪下半叶，IgE依赖性过敏性疾病（也称为“特应性疾病”，包括哮喘、过敏性鼻炎、特应性皮炎/湿疹和食物过敏）的显著增加成为一个令人尴尬的谜。自20世纪80年代以来，流行病学家和免疫学家一直在解决这种意外增加所引起的问题，所有研究都指出生活方式和环境的重大变化是造成这种情况的第二次世界大战后所谓的“发达国家”[1-3]。并不是所有的答案都已经得到了，但是，许多研究（见参考文献。[4-8]为我们提供了一个概念和操作框架，以更好地理解人类历史上的这一独特现象。巧合的是，人们对微生物群重新产生了兴趣：构成微生物群的数十亿微生物，它们在哺乳动物的肠道中发挥共生功能。这些微生物肯定是人类体内平衡的重要参与者;它们的基因组，即微生物组，与* 通讯作者。电子邮件地址：dominique. univ-fcomte.frhttp://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2017.01.0192095-8099/© 2017 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。 这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：//creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/engD.A. Vuitton，J.C. 博士/工程3（2017）9899以不同的方式改变宿主环境影响与肠道微生物群在促进免疫耐受性方面的联系，结合微生物群工程的进展，使我们期待治疗和/或预防过敏性疾病的令人兴奋的未来。这个问题至关重要：尽管变态反应流行病现在似乎在大多数具有“西方化”生活方式的国家中已经达到了一个平台期，但在新兴市场经济国家以及低资源国家的持续增长的城市中，它已经成为一个全球公共卫生问题[11]。在总结了导致我们目前对过敏和微生物群之间联系的理解的基本历史步骤之后，本文将重点关注20世纪90年代出现的一个特别令人困惑的问题：是由农业环境提供的。它还将质疑微生物工程是否以及如何能够恢复一种相互作用，这种相互作用在过去有利于儿童的适当免疫发育，但这种相互作用因变化而不可逆转地受到破坏在生活方式上。大多数结果来自欧洲进行的关键横断面研究-特别是过敏和内毒素（ALEX）研究[12]、预防过敏-与农业和人类生活方式相关的儿童致敏风险因素（PARSIFAL）研究[13]和确定欧洲共同体哮喘遗传和环境原因的多学科研究（GABRIEL）[14]-以及专门设计用于阐明农业和过敏之间关系的欧洲五国病例对照出生队列- 过敏防护：农村环境研究（PASTURE），我们在过去13年中一直参与其中[7]。在世界各地进行的其他研究[15-尽管在过去的几年里，上呼吸道、皮肤和肺部的微生物组也变得越来越清楚，由于长期以来被认为是无菌的母乳中的微生物与过敏性疾病的发生和/或表现有关[22-2. 过敏性疾病发生的危险因素：基因与环境2.1. 遗传因素1923年，Coca和Cooke[28]首次提出了一系列疾病的家族/遗传性质，包括哮喘、花粉热和其他类型的过敏性鼻炎、特应性皮炎、荨麻疹和食物过敏，他们提出了“特应性疾病”的共同命名现在公认的是，多因素决定因素结合了遗传和环境因素。常见的遗传决定因素作用于与对环境抗原的过度或不适当的IgE抗体应答相关的所有疾病，特定的遗传决定因素作用于各种临床病症[29，30]。在过敏儿童中，如果考虑祖父母，则50%有过敏家族史[31];单卵双胞胎倾向于相同类型的临床表现也提供了特应性遗传性质的证据[32]。最近的全基因组关联研究发现了几种新的哮喘相关基因，包括IL 18 R1、IL 33、SMAD 3、ORMDL 3（对应于染色体17 q21上的变体，对儿童期发病具有特异性）、HLA-DQ和IL 2 RB基因座中的单核苷酸多态性[33]。由于这些基因的流行病学差异，大多数哮喘/特应性基因在人群中不可复制，这可能在中国受试者和其他种族受试者之间观察到[34]。基因多态性研究ORMDL3在染色体17q21的多态性在不同的中国人群中产生了不一致的结果，尽管最近的研究表明这些多态性实际上与中国东北汉族人群中的儿童期发作的哮喘相关，如在高加索儿童中发现的那样[35]。已经发现控制IgE水平的基因与介导哮喘易感性的基因几乎没有重叠;前者更直接地涉及特应性或IgE依赖性免疫谱的免疫学特征是2型T辅助细胞（Th 2）免疫应答占优势，包括白细胞介素（IL）-4、IL-5和IL- 13的分泌，这一谱也在蠕虫感染和胎儿中观察到。这与1型辅助性T细胞（Th 1）特征相反，后者主要分泌促炎细胞因子肿瘤坏死因子（TNF）-α和干扰素（IFN）-γ，并适于对抗细菌和细胞内感染因子[38]。然而，应该记住，23%没有任何家庭倾向的儿童也会患上哮喘和/或过敏[19]，而且这一比例可能会随着时间的推移而增加在那些变态反应发病率仍在上升的国家。2.2. 个人历史和环境因素现在已经确定，环境因素起着重要的作用-在过敏性致敏的发展和疾病的临床表现中均起重要作用。作为家庭/个人环境风险因素的一个例子，母亲吸烟得到了很好的认可[39]，最近发现的哮喘相关基因已被证明与子宫内和生命早期的烟草烟雾暴露相互作用[40]。西欧/北欧和美国过敏发生率的增加以及在“发展中国家”观察到的差异最初归因于更好的诊断，以及与过去没有或很少遇到的过敏物质的新接触。然而，很快就发现，在医疗保健管理水平相似的“发达”地区/国家之间、城市与农村环境之间和/或富裕地区/国家与不富裕地区/国家之间，过敏性疾病的发病率也可能存在显著差异。一位18世纪的英国家庭医生已经做出了类似的观察，他强调说，尽管他们经常接触干草，但农民比较中国不同发展水平地区的过敏患病率（例如， 香港、广州和北京;或香港、北京和乌鲁木齐）以及从发展中国家到发达国家的第一代与第二代移民人群中过敏性疾病的发病率之间的差异，充分支持了生活方式改变的作用，而与人群的遗传学无关[1520世纪80年代和90年代的流行病学研究在全球范围内排除了空气污染对过敏发生率增加的责任，并证实了其对呼吸道临床症状严重程度的责任[46]。关于母乳喂养和/或出生后第一年食物多样化的研究提供了相当不确定的结果，这些结果在综述和荟萃分析中进行了总结[47，48]。20世纪80年代和90年代进行的横断面研究强调，一系列环境状况可以解释过敏症的“后工业革命流行病”。例如，大量兄弟姐妹的100D.A. Vuitton，J.C. 博士/工程3（2017）98从那时起，该范式不断被重新审视，并从单纯的“卫生”和“缺乏感染因子的免疫刺激”转变最后，寄生虫（特别是蠕虫）感染的矛盾保护作用-然而，与过敏性疾病共享相似的Th 2免疫学特征-通过将注意力集中在可能建立或恢复免疫耐受的情况上，而不是那些只建立抗微生物Th 1应答的情况上，完成了这一图景[60，61]（图 ①的人）。3. 养殖环境与过敏3.1. 流行病学观察大多数欧洲对农业环境的研究都是从苏联解体后和德国统一的最初几年（即，1990年代初）。与西部相比，生活在德国东部的儿童中观察到过敏性疾病的患病率较低（特应性致敏为18.2% vs 36.7%;哮喘和花粉热为3.9% vs 5.9%）[62]，这一差异在几年后德国统一后得到与芬兰卡累利阿相比，俄罗斯儿童的特应性发病率较低，与瑞典相比，爱沙尼亚和波兰儿童的特应性发病率也较低[7，64对巴伐利亚州南部农村社区供暖模式影响的补充研究[68]导致德国慕尼黑的一个研究小组提出，使用家用木材或燃煤炉灶，发现与较少的过敏性疾病有关，可能是更传统的生活方式和作为父母职业的农业的替代品[68]。农业和非农业家庭之间的比较充分证实了这一建议[69]。根据这些结果，以及20世纪90年代末在奥地利、瑞士、芬兰和加拿大进行的研究结果（在参考文献中综述），[4，70在欠发达的农村环境中工作[1]。ALEX研究的结果证实，当传统农业和生活方式得到保留时，保护作用更为明显[12]。更多的近期研究[76，77]，以及专门的PARSIFAL和GABRIEL横断面研究和牧场队列[7，13，66，67]，完全证实了农业环境的独特作用。在von Mutius和Vercelli [70]的优秀综述中，列出了2010年之前进行的关于农业和过敏风险的研究。农民和非农民之间可能存在的生活方式差异，如母亲吸烟、母乳喂养持续时间和其他饮食习惯、日托、宠物饲养、家庭规模、父母教育水平和过敏家族史，并不能解释保护性“农场效应”;所有混淆因素都被统计分析仔细排除[70]。各种研究一致确定的儿童发生过敏的独立保护因素包括：①呆在谷仓和马厩里，和动物接触;②食用未经巴氏消毒的生牛奶。 母亲在怀孕期间和儿童在其早期生活中的暴露是保护的原因（图1）。 ①的人）。3.2. 畜棚/马厩环境和动物暴露的作用致力于解开农场提供的抗过敏保护的各种因素的最全面的研究，如ALEX、GABRIEL Advanced Surveys和Pasture，已在乳制品生产集中的欧洲地区进行。 主要活动和农业没有工业化的地方;也就是说，在阿尔卑斯山和汝拉的中山海拔奶酪生产区[78，79]。仔细记录养殖活动的所有方面以及农场及其环境的特征，并在马厩、谷仓和家庭住宅中收集特定环境样本（内毒素、还进行了特定的巢式研究，以根据农场的建筑和地理特征以及农业活动更好地识别农场的微生物环境，并确定Fig. 1. 微生物群相关因素可能增加或减少儿童过敏性疾病的风险。免疫平衡的要素被自愿简化。T细胞调节机制包括：先天免疫对获得性免疫的形成，特别是Toll样受体（TLRs）、树突状细胞和相关细胞因子（IL-12、TNF-α等）的干预Th 2细胞和细胞因子（IL-4、IL-5、IL-13）的抑制;以及各种调节性T细胞群和调节性细胞因子（IL-10、肿瘤生长因子（TGF）-β等）的诱导D.A. Vuitton，J.C. 博士/工程3（2017）98101收集的农场牛奶的微生物和化学成分[7，14，80]。与农业生活方式相关的暴露包括在谷仓和/或马厩的停留时间以及与农场动物的接触，主要是牛，猪和家禽（偶尔接触猫和狗）[54]。根据ALEX研究，与1-5岁的儿童相比，1岁以下的儿童接触马厩与哮喘的发生率较11%），花粉热（3% vs.13%）和特应性致敏（12% vs.29%）;对哮喘的保护与对特应性致敏的保护无关[12]。在同一项研究中，目前的狗接触，哮喘和过敏之间的反比关系被解释为同时暴露于稳定的动物，或仅限于农场儿童[81]。母亲在怀孕期间接触谷仓和马厩和/或农场动物也被证明是至关重要的[82]。在德国的另一项研究中，与从事兼职农业活动的家庭相比，全职经营农场的家庭的儿童的风险降低程度更高[69]。在GABRIEL高级调查II期的8419名儿童的分层随机子样本中，与非农场儿童相比，生活在农场的儿童患哮喘、花粉热、特应性皮炎和特应性致敏的风险显著降低;总体怀孕和一岁通常被认为是代表一个机会之窗;然而，持续长期暴露于马厩直到5岁与哮喘、花粉热和特应性致敏的最低频率相关[11]。其他研究表明，长期接触也是有益的：在一项超过2500个家庭的横断面研究中，当前和儿童期暴露的组合与呼吸短促、喘息、哮喘药物使用和哮喘的负相关性比单独的儿童期暴露或当前暴露更强。此外，儿童期和成年期在农场接触的年数总和与症状患病率呈剂量依赖性负相关[84]。美国最近的一项研究表明，在儿童早期，母亲耕作和暴露于耕作的影响仍然可以在成年人中观察到[85]。PASTURE和相关研究的结果提供了与暴露于畜棚、马厩和动物之间的新的和有趣的免疫学相关性，特别是关于妊娠期间母亲环境的特定影响新生儿脐血中IgE抗体和季节性过敏原水平与母亲暴露水平呈负相关[66]，而脐带血中的Th1细胞因子（代表不易发生过敏的免疫学特征）与母亲与各种动物的接触之间存在直接关系[67]。妊娠期间的农场养殖增加了与Th 2细胞因子分泌和淋巴细胞增殖降低相关的脐带血T细胞的数量和功能;非特异性细胞刺激后，在脐带血中发现的Th 17谱系标志物和FOXP 3 mRNA（T细胞亚群的标志物）之间的正相关性也受到母体养殖的影响[87]。刺激前后Treg百分比和离体FOXP 3 mRNA表达以及Th 1/Th 2/Th 17相关细胞标志物的mRNA表达从4.5岁开始下降 至6;动物/稳定暴露也与低水平的在6岁时，LPS刺激的Treg百分比[88]。首次提出内毒素（LPS）的环境暴露水平是在ALEX中，研究发现，马厩中的浓度最高，厨房地板和儿童床垫上的灰尘在室内的浓度更高 农业家庭的收入比非农业家庭的收入高。在儿童经常接触农场动物的家庭中，床垫和厨房地板灰尘中的内毒素水平也明显较高[5，80，90]。然而，根据不同的研究，现在看来，暴露的多样性，包括几种类型的细菌，放线菌，霉菌和其他类型的真菌，比单一的细菌成分甚至比农场中的总微生物负荷更重要[70，89]。与干草、稻草、饲料和青贮饲料的接触也被强调为保护因素。在PARSIFAL研究中，帮助干草是与农业环境相关的唯一PASTURE项目中的一项嵌套研究表明，冬季谷仓和马厩中的室内花粉显著高于夏季，并且远远超过花粉季节的典型室外水平[78]，因此表明在免疫系统成熟期间，儿童吸入大量花粉可能有助于建立免疫耐受性。不能排除真菌和放线菌作为干草/饲料暴露的一部分，以及青贮饲料的细菌，所有这些都可能参与生物体从动物棚和谷仓被运送到农场住所，从而增加了对谷仓和马厩的直接暴露[79]。暴露于农场环境的保护性影响并不局限于奶牛场和欧洲农场;一些研究也表明，在一岁内生活在农作物种植家庭与预防哮喘之间存在正相关。在中国广东省进行了一项此类研究，其中哮喘保护也与室内灰尘中的内毒素水平相关[93]。然而，在这种情况下，支持“农场效应”的可能微生物和非微生物候选物的3.3. 原料奶消费在欧洲大陆，以及英国、希腊克里特岛和新西兰，流行病学研究提供了证据，证明在母亲怀孕期间和婴儿出生后第一年内，过敏保护与饮用生的未经巴氏消毒的牛奶之间存在意想不到但无可争议的联系[72，94，95]。在ALEX中，在怀孕期间和出生后第一年饮用未经巴氏 消 毒 的 牛 奶 导 致 哮 喘 （ 0.8% 对 11.8% ） ， 花 粉 热 （ 0.8% 对11.8%），16.0%）和特应性致敏（8.2%vs.32.9%）。 该效应独立于暴露于谷仓和/或马厩和农场动物，并与暴露于谷仓和/或马厩和农场 动 物 具有协同作用， 在 调 整 潜在 混 杂 因 素 后 仍 具有 显 著 性 。PARSIFAL和GABRIEL对环境和饮食进行了更详细的分析，为生奶消费在预防过敏方面的特定和独立影响提供了证据[96，97]。饮用生奶的影响与家族过敏史无关，并且生奶消费的影响对于非农场儿童也是如此[96]，这一观察结果已经在以前的研究中进行了[98，99]。在PASTURE中，上述脐带血中Th 1细胞因子的升高也与孕妇的生奶消耗量独立相关，生奶-黄油消耗量具有累加效应[67]。在脐带血中也发现了与母亲在怀孕期间食用生奶有关的TcR;在饮用农场牛奶的母亲的后代中，FOXP 3去甲基化增加，表明表观遗传变化通过调节Treg导致免疫耐受[100]。此外，在年龄4.5年，生奶暴露与以下因素独立相关：102D.A. Vuitton，J.C. 博士/工程3（2017）98刺激后Treg细胞数量增加，FOXP3去甲基化程度更高[87]。与商店牛奶相比，以前食用未加工的农场牛奶可降低6岁时的哮喘风险，这表明了临床相关性[101]。如上所述，来自革兰氏阴性菌的内毒素是第一个保护候选物;然而，从牧场/铝能发育早期保护性暴露机制（EFRAIM）研究中收集的来自农业家庭的原料奶中含有的内毒素并不比从非农业家庭收集的牛奶中含有的内毒素多[102]。在后来的研究中，来自霉菌和革兰氏阳性菌的β -（1 → 3）-葡聚糖、细胞外多糖和胞壁酸与农村和城市人群中过敏风险降低和哮喘风险降低相关[94]。实验研究还证实，稳定粉尘提取物的抗过敏生物活性并不完全由内毒素介导[103]。更一般地说，微生物暴露的多样性，包括真菌和细菌，与农民儿童过敏风险的降低有关[104]。生物多样性实际上是原料奶和原料奶产品中存在的微生物群的特殊性[105]。候选真菌，包括犁头霉属，散囊菌属，枝孢属，青霉属，以及嗜温放线菌，可以从动物棚和谷仓进入住宅，但也可能存在于牛奶中[79，92]。 尽管在GABRIEL高级调查中研究的原料奶中发现了多种微生物，包括微球菌和葡萄球菌、乳酸杆菌、杆菌、其他细菌内生孢子和嗜冷菌，但农场奶中的总活菌计数或细菌亚群与哮喘或哮喘无显著相关性[97]。这一发现表明，非活菌可能参与免疫调节作用，和/或非细菌生物体也发挥作用;这也表明可能涉及非微生物组分这些非微生物成分在巴氏消毒奶中的表达与生奶中的表达不同，因此可以以天然的在PASTURE中观察到的6岁儿童哮喘风险降低的部分原因是生奶的脂肪含量，其中ω-3多不饱和脂肪酸水平较高[101]。然而，当给小鼠喂食富含牛奶共轭亚油酸（CLA）的饮食时，该饮食既没有减少致敏和卵清蛋白激发小鼠中过敏性气道炎症的标志，也没有改变这些动物支气管肺泡灌洗液中的类花生酸模式，即使血浆和红细胞膜中的CLA水平升高[106]。另一方面，乳清蛋白（牛血清白蛋白、α-乳白蛋白和β-乳球蛋白）水平升高与哮喘呈负相关，但与特应性无关[97]。也可能涉及其他成分，如维生素D，因为在PASTURE中显示，妊娠期间母体维生素D补充与免疫球蛋白样转录物（ILT）3和ILT 4（抗原耐受性呈递的两种标志物）的基因表达增加相关[107]。这些发现是否可以外推到生奶奶酪还没有得到证实;然而，生奶奶酪中微生物菌群的高度多样性，以及成熟过程中其他成分的变化，可能导致这些奶酪在维持良好平衡的免疫力方面也发挥作用[105]。无论原料奶的成分是什么，都可能与原料奶产品的保护作用有关，它们的作用方式还有待阐明。4. 微生物群和过敏4.1. 肠道菌群与耐受诱导早在20世纪70年代，无菌模型的发展和gnotobiotic小鼠-即用特定肠道微生物菌群重建的小鼠[108，109]-以及对肠粘膜和Peyer集合淋巴结的胎儿移植物的淋巴重建的研究，使免疫学家了解肠道微生物菌群在肠道相关淋巴组织（GALT）的发育以及对微生物和外源蛋白的平衡免疫应答中起关键作用[110-113]。经过30多年的几乎被遗忘，并且由于自21世纪初以来微生物区系/微生物群/微生物组研究的基因组革命，微生物组作为哺乳动物的“宏基因组”的核心作用已经被揭示;不仅在免疫反应的各个方面，它的第一个公认的游乐场，而且在旨在建立和维持体内平衡的各种代谢和相互作用中也是如此。高通量方法与16S核糖体RNA基因分析的结合使研究人员能够避免微生物培养的限制和偏见，以充分表征和分类来自四个主要门的100万亿种微生物，拟杆菌门，厚壁菌门，放线菌门和变形菌门，由于共生关系和进化，它们塑造了我们的免疫系统。许多综述涵盖了微生物群对健康和疾病的多种形式和不断增长的干扰[10，58，59，114]。微生物区系在肠梗阻免疫系统早已为人所知，其对免疫耐受的干预也一直受到怀疑[111，113]。微生物信号负责肠道中孤立淋巴滤泡的诱导和发育，还负责通过上皮细胞成熟和血管生成构建肠内屏障;这些过程涉及能够检测微生物相关分子模式（MAMP）的各种模式识别受体（PRR），包括Toll样受体（TLR）、核苷酸结合寡聚化结构域（NOD）样受体（NLR）和视黄酸诱导基因（RIG）-I样受体（RLR）[115]。控制与病原体的初次接触还涉及粘膜层和抗微生物肽，它们都处于微生物群的严格控制之下; PRR与微生物群衍生产物的结合诱导了多种抗微生物肽的表达，这些肽对于防止细菌移位通过宿主组织的其余部分至关重要这些肽包括RegIIIγ凝集素，其在出生后或无菌小鼠定植后不久表达，对革兰氏阳性菌具有杀微生物作用，或α-防御素和cryptdin，其由Paneth细胞在PRR NOD 2控制下产生[116，117]。微生物群可以控制宿主对摄入的微生物/抗原的耐受性的另一种方式与微生物群在控制来自下层原纤层隔室的树突细胞对腔内容物的抗原取样中的作用有关。最近的报告表明，肠道微生物群可以直接促进固有层驻留的CX 3CR 1巨噬细胞的扩增，这些巨噬细胞与TcB的局部扩增相关;然而，微生物群对抗原转移和粘膜抗原呈递细胞功能的微折叠细胞的影响显然值得进一步研究[118]。微生物群对于分泌型IgA（sIgA）的发育和表位识别也是至关重要的，分泌型IgA是由GALT的B细胞产生的主要类型的免疫球蛋白，并且分泌在肠腔中穿过粘膜上皮。sIgA参与捕获粘膜层中的细菌和不需要的蛋白质，从而防止过敏原的系统吸收和过敏原致敏。IgA在与肠上皮细胞基底膜上的多聚Ig受体结合之前，也可能通过阻止过敏原接触结合在粘膜肥大细胞上的特异性IgE而参与预防食物过敏[119]。肠道粘膜是哺乳动物以及环境中的微生物和非微生物威胁生命的成分[120]。为了防止有害反应，D.A. Vuitton，J.C. 博士/工程3（2017）98103在其他无害的外来成分，如饮食和其他环境蛋白质，微生物群控制炎症和调节反应之间的微妙平衡，这是由T细胞精心策划，通过严格调节细胞因子的产生。无菌小鼠在基础细胞因子产生方面表现出广泛的缺陷，并且在没有微生物群的情况下，分化簇（CD）4+ T细胞群减少，不成比例地影响Thl和Thl7细胞。具有复杂微生物群的无菌小鼠的定殖恢复了广谱的Th1、Th17和Treg应答[121，122]。已知口服耐受性的存在已有数十年;然而，其机制和对肠道微生物群的依赖性仅在最近通过利用对T细胞因子和细胞因子的更好了解而得到部分阐明[123]。事实上，耐受诱导是肠道中默认的免疫途径诱导的耐受性类型与高剂量的补料/缺失或低剂量的Treg诱导用细菌LPS喂养无菌小鼠足以恢复口服耐受过程[109];此外，微生物群的存在与抗原喂养后IgE和Th 2应答的抑制有关[22]。然而，解释内毒素作用的精确分子机制及其与TLR4在口服耐受现象中的相互作用以及微生物源性信号的靶点仍不完全清楚[110]。内毒素实验中的一些无法解释的差异与内毒素在儿童早期过敏发生中的模糊作用相似[89]。肠道上皮细胞和肠道微生物群对肠道树突状细胞的调节诱导CD 103+视黄酸依赖性树突状细胞，其继而诱导粘膜表面的TcR及其各种细胞因子分泌Th3-型 Tcl 3 是在口服耐受的背景下发现的 ; 它们是肿瘤生长因子（TGF）-β依赖性的，并且在其表面上表达潜伏相关肽（Tcl 3）1型凝血酶（Tr 1）由鼻抗原诱导，具有IL-10依赖性;此外，FOXP 3+诱导型凝血酶由口服抗原和口服芳烃受体配体诱导[123]。视黄酸现在似乎是Treg系统的主要调节剂然而，对于控制参与视黄酸代谢的酶的活化的精确因素，以及微生物群或病原体生物改变维生素A代谢与微生物产品的相互作用，TLR 2可促进维生素A代谢;相互调节是-微生物群和维生素A代谢之间的关系得到了维生素A缺乏导致微生物群显著变化的观察结果的进一步支持[124，125]。4.2. 肠道微生物群和过敏的出现/预防目前认为肠道微生物群的主要免疫作用、与过敏性/特应性疾病相关的免疫应答类型以及先天免疫（尤其是TLR）、TGFAP和尼古丁相关调节机制在预防过敏性致敏和反应中的作用强烈表明，出生前和出生后即刻的环境影响可能由肠道微生物群的改变介导。存在于过敏性疾病临床表现靶点的其他部位（如上呼吸道、肺或皮肤微生物菌群）的微生物菌群也可能发挥作用[24，126]。如上所述，流行病学研究非常小心地排除了偏差和混杂因素;然而，一些研究强调了农场环境和/或这些因素包括农场特定暴露于农场动物和生奶和/或生奶制品与以下因素的结合：分娩方式;兄弟姐妹数量;母婴感染史;抗生素治疗;接触宠物和室内过敏原，包括住宅中的尘螨和谷仓中的花粉;以及饮食成分，如母乳喂养，早期食物多样化和经常食用发酵食品（图1）。[54，81，127，128]。很明显，这些因素，单独或一起，可能会干扰肠道微生物群的组成[129，130]。阴道分娩代表了第一次遇到微生物菌群，这些菌群将在新生儿肠道定植由于抗生素可显著减少任何部位的总微生物群数量，并可持久改变微生物群组分的比例从婴儿期到成年期，微生物群的组成发生了显著变化，并依赖于环境中吸入和摄入的微生物成分以及非微生物饮食成分，这可能永远不会影响基因类别[58，59，114，118]。除了生奶消费的影响外，在PASTURE中观察到，出生后第一年早期补充食物的多样性与出生后第一年发生特应性皮炎的风险降低相关，出生后第一年引入酸奶也降低了特应性皮炎的风险。不幸的是，这些儿童的肠道微生物群组成没有报道[135]。在高通量DNA测序技术出现之前，使用粪便培养和/或检测特定微生物代谢物的研究表明，生活在过敏患病率有显著差异的国家的儿童的肠道微生物群存在差异[136]。据报道，过敏儿童与非过敏儿童之间的差异[137这种差异归因于儿童的不同饮食，尤其是消费更传统的食物（包括生牛奶和发酵牛奶、奶酪和其他发酵食品）、暴露于内毒素、生活在大家庭中、非过敏儿童较少使用抗生素和/或来自低风险国家的这些开创性研究已经强调了微生物群落组成多样性及其随时间变化的重要性，并且在最近的研究中使用条形码16 S rDNA 454-焦磷酸测序法对20名IgE相关湿疹婴儿和20名2岁以下无过敏表现的婴儿的1周龄、1月龄和12月龄粪便样本进行了确认[145]。对哮喘也进行了类似的观察;然而，在有或没有过敏的儿童之间细菌门和属的相对丰度[146]。在同一研究小组的另一项研究中，婴儿期肠道微生物群多样性的减少与过敏性致敏、过敏性鼻炎和外周血嗜酸性粒细胞增多症的风险增加有关，但与生命前6年的哮喘或特应性皮炎无关[147]。在一项国际合作研究中，就读于斯坦纳学校（在人智学生活方式下运作）的儿童粪便中微生物的多样性明显高于农场儿童，而农场儿童的多样性又高于对照组[148]。在采样组中发现乳酸菌（LAB）亚群存在很大差异;在一些儿童中，LAB亚群由尚未培养的菌种主导。暴露的多样性，超过吸入或摄入的微生物总量，对于正确塑造微生物群至关重要，在这方面，农业环境代表了生物多样性的模式[22，104，149]。104D.A. Vuitton，J.C. 博士/工程3（2017）984.3. 了解微生物群和过敏免疫决定因素之间相互尽管所有的理论论点都将农业环境和微生物群联系起来，并且精心设计的流行病学和免疫学研究得出了令人信服的结果，但很明显，目前各种研究中使用的不同技术和研究设计阻止了我们描绘出“好”的此外，过敏倾向和微生物群之间的联系往往依赖于关联，而不是因果关系的直接证明，并且关于可能指导暴露事件顺序的分子机制，微生物群组成的变化及其免疫后果知之甚少。第一组论点来自于经常观察到TLR和先天免疫的相关受体的定性或定量变化参与农业对儿童的保护，以及微生物群和先天免疫之间已被认识到的密切联系。ALEX研究首先指出了农业与先天免疫受体（尤其是TLR2、TLR4和CD14）之间的关系，包括定量（表达水平）和定性（多态性）[150，151]。 关于半胱天冬酶激活和募集结构域4（CARD 4）/NOD 1的最新结果表明，农场环境对过敏的强烈保护作用仅见于CARD 4/-21596中T等位基因纯合子的儿童，而不是携带次要等位基因（C）的儿童。在前者中，农民的孩子对花粉过敏，花粉热和特应性哮喘症状的频率明显低于非农民的孩子。农场[152]相反， 在CARD 4/-21596中携带C等位基因的儿童中发现了这些表型的农业状况。特应性致敏和TLR2，TLR4和CD14的基因表达强烈地决定了母亲在怀孕期间暴露于马厩，而目前的曝光有弱得多或没有影响。在这些基因的上调程度与PARSIFAL招募的母亲在怀孕期间遇到的不同农场动物物种的数量之间发现了剂量反应关系[153]。在CD 14/-1721中携带A等位基因的儿童中，食用农场牛奶对过敏性疾病的保护作用也强于G等位基因纯合子的儿童[154]。在PASTURE中，脐带血中天然免疫受体的基因表达较高在农民的新生儿中，TLR7和TLR8显著如此，并且在生命的第一年期间未煮沸的农场牛奶消费与TLR4、TLR5和TLR6 mRNA表达在第一年中表现出最强的关联。然而，未发现先前描述的通过单核苷酸多态性CD 14/C-1721 T对农场牛奶消耗量和CD 14基因表达之间的关联的修饰[155]。在母亲在怀孕期间与三种或三种以上农场动物接触的儿童中，特应性皮炎的风险降低了一半以上，并且脐带血中TLR5和TLR9的表达升高与特应性皮炎的医生诊断减少有关。此外，在特应性皮炎中观察到TLR2多态性与产前猫暴露之间的显著相互作用[135，156]。最后，参加PASTURE队列的母亲母乳中的sIgA水平与微生物负荷相关的环境因素相关;例如，它们与怀孕期间接触农场动物或猫有关，但与生奶消费无关。此外，sIgA水平与2岁以下的特应性皮炎呈负相关[157]。综上所述，这些结果强烈表明，在农业暴露（包括暴露于动物和生奶消费）和生命早期先天性和sIgA免疫应答的个体特征之间存在微妙的相互作用，微生物群是已知的发挥重要作用[158，159]。第二组论点来自免疫调节机制的早期安装，包括树突状细胞、Tcl4和调节细胞因子，以及暴露于农业环境的儿童的Th1应答[8]。这些免疫学观察结果中的大多数已经在上文中报道[56，86进一步的确认来自于芬兰合作伙伴在牧场的研究，该研究表明，农场儿童未受刺激的单核细胞比非农场儿童产生更多的IL-10、IL-12和IFN-γ，特定的农场暴露与细胞因子的自发产生量较高相关[160]。特定农场暴露次数往往与IFN-γ的自发产生较高和LPS诱导的TNF产生较低呈从同一个儿童亚组中进行的观察表明，通过表征农场与非农场儿童的树突状细胞，先天性免疫和适应性免疫之间存在联系：在4.5岁时，哮喘与骨髓树突状细胞（mDC）体外表达CD 86呈正相关，与LPS刺激后mDC中IL-6的产生呈负相关。LPS刺激导致农场儿童细胞培养物中mDC的百分比较低，这表明农场暴露可能通过降低mDC的百分比而具有免疫调节作用[161]。在同样的6岁儿童中，BDCA 3+高2型mDC（mDC 2s）的百分比在农场儿童中较低;在mDC 2百分比-年龄与产前和终生暴露于农场牛奶和马厩之间也发现了类似的关联，尽管这些关联并非独立于农业[162]。从《牧场》中获得的结果也表明了饮食的互补和独立效应：在出生后第一年引入的补充食物的多样性增加与哮喘呈剂量-反应效应负相关，在食物过敏和食物致敏中观察到类似的效应此外，食物多样性增加与FOXP3表达增加和Cε生殖系转录物表达减少显著相关，C ε生殖系转录物编码IgE重链[163]。产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens，C.产气荚膜杆菌）、金黄色葡萄球菌（S.aureus）、鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）、大肠杆菌（Escherichia coli）（E. coli）和脆弱拟杆菌干扰新生儿脐带血单核细胞或树突状细胞的体外试验。革兰氏阳性菌C. 产气荚膜杆菌和S. 金黄色葡萄球菌可诱导单核细胞释放可溶性CD 14（sCD 14），而革兰氏阴性菌则无此作用。然而，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均反过来，sCD 14和sCD 83通过抑制IL-13的产生来抑制桦树花粉变应原诱导的Th 2分化[159]。另一个体外实验使用双歧杆菌、粪肠球菌、植物乳杆菌（L. plantarum）、缓症链球菌（Streptococcus mitis）、微小棒状杆菌（Corynebacterium minutissimum）、产气荚膜梭菌（Clostridiumperfringens）、普通拟杆菌（Bacteroides vulgatus）、E. 大肠杆菌、假单胞菌铜绿假单胞菌、小韦荣球菌和干燥奈瑟氏球菌强烈表明，不同的细菌菌株对婴儿免疫系统的成熟具有不同的影响[158]：革兰氏阳性菌在脐带和成人细胞中诱导的IL-12和TNF-α水平高于革兰氏阴性菌，但革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌在脐带细胞中诱导的IL-6和IL-10水平相似L. plan-tarum通过CD 14、TLR 2和TLR 4信号转导，而E. 大肠杆菌主要通过CD14和TLR4起作用[158]。已知受肠道微生物群影响很大的调节机制的早期诱导和持续维持强烈表明后者在农场环境的促进作用中的干预5. 微生物工程预防/治疗过敏性疾病5.1. 寻找到目前为止，益生菌，也就是说，活的微生物，D.A. Vuitton，J.C. 博士/工程3（2017）98105摄入足够量的益生菌可对宿主产生有益影响，代表了用于在怀孕期间和出生后最初几个月调节肠道微生物群以预防过敏性疾病发生的预防策略的主线。2001年，Kalliomäki等人[164]在芬兰发现过敏性儿童与非过敏性儿童的微生物不同后，在过敏性高风险的孕妇和婴儿中开展了第一项使用乳酸杆菌GG的前瞻性双盲随机试验[140]。本综述的目的不是分析益生菌的40多个临床试验，因为最近有优秀的综述和荟萃分析。Forsberg等人[20]的综述、Zuccotti等人[165]的荟萃分析、Cuello-Garcia等人[166]的荟萃分析和Zhang等人[167]的荟萃分析提供了选定试验的详细信息。益生菌，主要是各种菌种的乳杆菌，或乳杆菌和双歧杆菌，对过敏性呼吸道疾病没有显