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《Scienc》子刊:在大自然环境下生长的孩子更茁壮

 智汇基因 2021-02-18

大自然教给孩子的知识远远比课本上的要生动与形象。德国Iconkids&youth公司曾经调查出这么一项数据:10年前,有70%的孩子会定期到户外玩耍,而现在,只有21%;在自然资源极为丰富的生活的西澳人,也由73%下降到13%;而中国,只有5%的母亲说自己的孩子常常在大自然中探索……

10月24日中国自然教育网络就发起了“自然日活动”,让大家更多走出家门,重返自然。

最近,《Science Advances》杂志上刊登了第一个人类干预性试验的试验结果,对比在标准城市环境的日托中心和更加偏向自然环境的日托中心中的儿童皮肤和肠道微生物以及血液免疫标志物的不同。

他们发现,多接触花草树木、自然环境的小朋友,皮肤和肠道菌群多样性高,抗炎细胞因子与促炎细胞因子比值增加,免疫调节通路得到刺激,免疫增强

幼儿与成年人肠道菌群之不同

论文提到,和工业化前的人相比,免疫相关的疾病在现代城市生活的人中发生得更加频繁。环境可能是最核心的原因。因为现代城市生活环境导致了生物多样性的丧失,减少了对各种微生物的接触,但在人口密集区增加了对病原菌的接触,再加上城市的污染物水平高。综合起来,可能会导致人体微生物生态失调,这正和免疫介导的疾病具有相关性。

肠道菌群的早期生命决定因素包括出生方式,遗传学,抗生素的使用,饮食和其他环境因素。

相比成年人,幼儿肠道菌群和皮肤菌群的多样性相差很多的,彼此的优势菌也不大相同。随着儿童发年龄增加,饮食和生活环境会逐渐丰富和塑造他们的菌群。皮肤微生物群随年龄变化的核心原因与人类生理以及外部因素(如宠物和生活环境)的影响增加有关。菌群会训练免疫系统,建立对共生菌的免疫耐受,识别外来的潜在病原体。因此,如果菌群发育不好,比如生活在一个病原菌丰富的环境,就可能会导致免疫系统功能障碍。

首个人类干预性试验,75名小朋友,三组日托环境对比

课题组招募了75名3-5岁的城市小朋友,分为三组,一组是标准城市化的日托中心,二组是自然化的日托中心,三组是改造的城市化日托中心,研究人员将富含植被的天然林地移植进日托中心,模仿自然化的日托中心的生态,日托中心的护士指导儿童接触带入院子的绿色材料。指导活动包括,例如,在种植箱中种植植物,制作天然材料和玩游戏。小朋友们平均每天会花1.5个小时在林地中进行种植,手工制作天然材料以及玩游戏。

在所有日托小组中,小朋友们的早餐、午餐和下午茶点心都在日托中心吃,由两个城市的中心厨房提供,根据芬兰食品管理局国家营养委员会的详细的儿童指南来准备。新鲜植物的私人消费,动物接触的数量,在户外或自然中度过的时间以及兄弟姐妹的数量都相似。该干预措施于2016年5月至2016年6月持续了28天。

为了测量改良和未改良日托院之间环境微生物群落的差异,并估计分类学变化是否与皮肤细菌群落的相似,研究组还比较了表层土壤样品中细菌群落的组成,相对丰度,丰富度和多样性。

不同日托环境下小朋友菌群的变化

在试验开始前,标准城市化日托中心和自然化日托中心的小朋友皮肤菌群组成明显不同,自然化日托中心的小朋友细菌种类最丰富,标准城市化日托中心和改造前的日托中心差别不大。

经过28天的试验,改造的日托中心的小朋友拥有了更丰富的变形杆菌门和γ-变形杆菌纲细菌,α-变形杆菌纲多样性也有所增加,这就很明显地向自然化日托中心的小朋友靠拢了。

不仅是皮肤菌群,小朋友们的肠道菌群也发生了变化,他们的梭状芽胞杆菌丰度降低,而能产生丁酸这种有益的短链脂肪酸的瘤胃球菌科细菌多样性增加。

儿童暴露于微生物多样性环境,会改变微生物组并调节儿童免疫系统的功能。

结合血液样本进行分析,研究人员发现,改造的日托中心的小朋友抗炎细胞因子白介素-10和促炎细胞因子白介素-17A的比值增加。皮肤γ-变形杆菌纲细菌的多样性增加与血液中TGF-β1的增加、白介素-17A的减少,以及调节性T细胞比例的增加有关。

皮肤γ-变形杆菌多样性变化与TGF-β1(A)和白介素-17A(B)的关系

让城市儿童在微生物多样化的污垢和植被中玩耍,会改变皮肤和肠道菌群,并在相对较短的1个月内伴随着免疫系统的平行变化。在自然化日托中心的小朋友中,γ-变形杆菌纲细菌的高多样性与高白介素-10水平有关,而标准城市化日托中心小朋友的低γ-变形杆菌纲细菌多样性和低TGF-β1水平有关。

和皮肤细菌类似的,肠道中粪杆菌属细菌也和血液中白介素-17A的水平相关。在自然化日托中心的小朋友中,孩子们每天都要去附近的森林,高水平的粪杆菌属细菌,尤其是Faecalibacterium prausnitzii,与低白介素-17A水平有关,而过去的研究曾指出,Faecalibacterium prausnitzii丰度的降低与免疫失调有关。

这项干预性试验表明,更加自然化的环境可以丰富儿童的皮肤和肠道菌群,进而有利于免疫系统的发育。

作者表示,这种方法(生物多样性干预)使儿童接触到广泛的环境微生物,包括无脊椎动物,原生动物,真菌,古细菌和病毒。这种暴露也通过多种途径实现,包括皮肤和粘膜途径。因此,与口服益生菌相比,这种生物多样性干预激活了更广泛的模式识别受体(PRR)范围

未来,对儿童生活环境的改善,或许可以帮助降低城市居住人群免疫相关疾病的风险。其实,孩子走近大自然,通过眼睛观察大自然四季的变化,用耳朵聆听流水、虫鸟的私语,用鼻子嗅到一朵玫瑰的花香,建立孩子们与自然的联结,让孩子在真实的世界里学习,也有利于茁壮成长。

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