来自俄罗斯卡累利阿和芬兰卡累利阿的儿童及年轻成年人的血清代谢物揭示了其免疫系统与微生物群之间的相互作用，这两地区的居民生活方式和环境存在显著差异

《Environment International》：Serum metabolites link immune-microbiota interaction in children and young adults from Russian Karelia and Finnish Karelia with contrasting lifestyle and environment

代谢组学、微生物组、免疫调节、环境暴露、卡累利阿研究、血清代谢物、皮肤菌群、多组学整合

　　### 解读：环境暴露、代谢物与免疫基因表达的关联分析

这项研究聚焦于两个地理位置相近但生活方式存在显著差异的地区——俄罗斯卡累利亞（RUS）和芬兰卡累利亞（FIN）的儿童及年轻成年人。通过整合血清代谢组、皮肤微生物群和外周血单个核细胞（PBMC）的转录组数据，研究团队试图揭示环境因素如何影响个体的代谢状态和免疫反应。研究结果显示，这些地区在代谢物组成和免疫基因表达方面存在显著差异，表明环境暴露和生活方式对健康具有深远影响。

#### 环境差异对免疫和代谢的影响

在芬兰卡累利亞，儿童和年轻成年人的代谢物组成显示出一些特征性的变化。例如，L-半胱氨酸、L-酪氨酸、L-蛋氨酸和黄嘌呤酸的水平显著升高。这些代谢物与炎症相关，可能与该地区较高的过敏性疾病发生率和免疫系统过度激活有关。此外，研究还发现，芬兰卡累利亞的个体在某些免疫基因表达方面表现出增强的炎症反应，包括干扰素信号通路和中性粒细胞反应等。这可能与该地区的生活方式有关，例如城市化程度较高、饮食更偏向加工食品，以及较低的微生物接触频率。

相比之下，俄罗斯卡累利亞的个体在血清代谢物中表现出更高的精氨酸和甜菜碱（Betaine）水平。这些代谢物与抗炎反应相关，可能在调节免疫系统方面发挥重要作用。此外，俄罗斯卡累利亞的个体在某些基因表达模块中显示出更强的表观遗传调控特征，特别是长链非编码RNA（lncRNA）的表达。这些lncRNA与线粒体功能、tRNA处理等密切相关，可能在维持免疫稳态和减少炎症反应方面具有保护作用。

#### 代谢物与免疫基因表达的关联

研究团队通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）和多组学相关网络分析，揭示了代谢物与免疫基因表达之间的复杂关系。在俄罗斯卡累利亞的个体中，与抗炎反应相关的代谢物如短链脂肪酸（SCFAs）和甜菜碱表现出与某些基因模块的正向关联。这些模块富含lncRNA，可能通过表观遗传调控机制影响免疫细胞的功能和代谢状态。而在芬兰卡累利亞的个体中，一些促炎代谢物如黄嘌呤酸和L-半胱氨酸与免疫基因模块显示出正向关联，这些模块主要涉及I型、II型和先天免疫反应，尤其是中性粒细胞脱颗粒和抗原呈递功能。

此外，研究还发现，某些代谢物如甘氨酸及其衍生物N-乙酰甘氨酸在俄罗斯卡累利亞的个体中具有较高的丰度，并与多种微生物种类表现出负向关联。这表明这些代谢物可能在抑制有害微生物生长和维持肠道屏障功能方面发挥重要作用。相反，黄嘌呤酸在芬兰卡累利亞的个体中表现出与这些微生物的正向关联，可能促进了某些与免疫激活相关的代谢途径。

#### 微生物群与代谢物的相互作用

皮肤微生物群的组成在两个地区之间也存在显著差异。俄罗斯卡累利亞的个体中，某些微生物如不动杆菌（Acinetobacter）、假单胞菌（Pseudomonas）和乳杆菌（Kocuria）的丰度较高，而芬兰卡累利亞的个体则更倾向于某些其他菌群，如葡萄球菌（Staphylococcus）和棒状杆菌（Corynebacterium）。这些微生物群的差异可能与两地区不同的环境暴露和生活方式有关。

研究还发现，某些代谢物与特定微生物种类之间存在显著的正负相关性。例如，黄嘌呤酸与假单胞菌（Micrococcus）之间表现出正向关联，而甘氨酸则与假单胞菌、葡萄球菌等表现出负向关联。这表明代谢物和微生物群之间可能存在复杂的相互作用，影响个体的免疫反应和健康状态。

#### 多组学整合的系统视角

通过多组学整合分析，研究团队构建了一个系统性的网络模型，揭示了代谢物、微生物群和免疫基因表达之间的关联。该模型显示，俄罗斯卡累利亞的个体在某些代谢物和微生物种类之间表现出更强的协同作用，这种协同可能有助于维持免疫系统的平衡和功能。而在芬兰卡累利亞，代谢物和微生物之间的关联较为松散，这可能反映了该地区更偏向于城市化和西方生活方式，导致免疫系统出现一定程度的失调。

研究还发现，俄罗斯卡累利亞的个体在某些基因模块中表现出更强的网络整合性，这可能意味着其免疫系统在面对环境变化时具有更高的适应能力。相比之下，芬兰卡累利亞的个体在代谢物和基因表达之间表现出较弱的关联，这可能与该地区较高的慢性炎症风险和过敏性疾病发生率有关。

#### 环境暴露与健康风险

研究团队指出，环境暴露和生活方式对健康风险具有重要影响。例如，俄罗斯卡累利亞的个体由于更频繁地接触自然环境和微生物，可能具有更低的过敏性疾病发生率和更稳定的免疫系统。这种现象可能与“卫生假说”和“老朋友假说”相关，即在高度清洁的环境中，免疫系统的发育可能受到抑制，导致免疫耐受的缺失和过度反应的发生。

此外，研究还发现，芬兰卡累利亞的个体由于生活方式和环境因素的影响，可能更容易出现慢性炎症和代谢失衡。例如，黄嘌呤酸的升高可能与该地区的慢性炎症状态有关，而精氨酸和甜菜碱的减少则可能影响免疫系统的调节功能。这些发现进一步支持了环境暴露在免疫系统发育和疾病风险中的作用。

#### 未来研究方向

尽管本研究提供了重要的见解，但仍有一些限制需要克服。例如，由于无法收集粪便样本，研究团队未能全面分析肠道微生物群与免疫系统之间的关系。未来的研究可以整合肠道和皮肤微生物组数据，以更全面地理解微生物群在免疫调节中的作用。此外，研究团队还建议进一步探讨不同环境暴露如何影响代谢物和基因表达之间的网络结构，以及这些变化如何影响个体的健康和疾病风险。

总之，这项研究通过多组学整合分析，揭示了环境暴露和生活方式对儿童和年轻成年人的免疫系统和代谢状态的深远影响。这些发现不仅有助于理解免疫系统与代谢物之间的复杂关系，还为制定针对性的健康干预措施提供了科学依据。