《Tropical Diseases, Travel Medicine and Vaccines》：Travel microbiota: a novel frontier in travel medicine exploring microbial shifts across transportation modes
编辑推荐：
这篇综述创新性地提出“旅行微生物群”概念，系统阐述了公路、航空、航海等不同交通方式如何作为动态界面，通过环境暴露、生理应激等方式影响旅行者的肠道、皮肤、口腔等部位微生物群落，导致菌群失调（Dysbiosis）并可能伴随抗生素耐药基因（ARGs）传播，从而增加感染、代谢及免疫相关疾病风险，为理解旅行健康与微生物生态的相互作用建立了新框架。
随着全球连通性增强，国际旅行在2010至2019年间增长了约52.2%。旅行在促进交流的同时，也带来了疾病传播的公共卫生风险，COVID-19和寨卡病毒的全球快速传播便是明证。当人们旅行时，会暴露于多样化的微生物环境，这可能影响其健康的微生物组。为此，研究者们提出了“旅行微生物群”这一全新概念，用以概括因跨越不同交通方式的旅行所引发的人体微生物群落的动态变化。这种扰乱可能影响代谢和免疫功能，并潜在促进疾病传播。理解不同交通方式如何影响人体微生物群，对于制定保护与恢复人体微生物组的预防性策略至关重要。
引言：旅行与微生物组的新交叉领域
旅行流行病学是分析疾病模式、原因及健康状况的基石。旅行者面临健康风险的程度取决于目的地、交通方式、停留时间和旅行行为（如饮食选择、卫生习惯）。旅行已知会扰乱全球旅行者的微生物组，常常为传染病的全球传播铺平道路。除了传染病风险，通过陆路、海路或航空旅行还会带来由细菌、病毒和真菌（包括ESKAPE病原体）引起的重大健康风险。通勤者在拥挤的交通工具中因空气微生物群而面临更高的呼吸道感染风险，而海上和航空旅行则增加对诺如病毒、缺氧相关并发症以及SARS、流感和结核病等感染的易感性。
近年来，越来越多注意力投向乘客体验和与微生物组相关的数据。基于对现有文献的详尽回顾，本文提出了一个新颖且未被充分探索的科学探究领域：“旅行微生物群”领域。这一框架整合了交通方式特定的环境因素、微生物生态动力学以及宿主生理应激源（如昼夜节律紊乱、饮食限制和密闭空间），成为一个统一模型。重要的是，它强调这些暴露由每种交通方式固有的独特环境、生理和生态应激源所塑造，使其成为健康结果的一个关键但被忽视的决定因素。
人体微生物组概述
人体微生物组，这个“隐藏的器官”，包含数万亿微生物，栖息在肠道、口腔、皮肤、呼吸道和阴道等不同身体部位。微生物群落高度个性化且功能特异，取决于其在体内的位置。宿主相关、环境和生活方式等多种因素影响其多样性。肠道微生物组对于维持宿主生理至关重要，协助营养代谢、免疫调节、抵抗病原体定植、外源物和药物代谢、维持肠道屏障及大脑健康。例如，它们发酵不可消化的碳水化合物产生短链脂肪酸（SCFAs），提供能量，调节脂质和葡萄糖代谢，并具有抗炎和抗癌特性。此外，肠道微生物还能生物合成维生素K和B族成分。皮肤和口腔微生物组也在维持人体健康方面发挥独特功能。
旅行微生物组导论
健康微生物组从平衡状态转变为失衡状态通常被称为“菌群失调”。它特指健康微生物群多样性和功能的耗竭，导致病原体定植，并最终将生理状态转变为病理状态。在旅行医学背景下，跨时区和长途旅行与一系列身体变化和状况相关，包括时差反应、睡眠质量差、睡眠时间缩短、心血管疾病、激素改变和胃肠道问题。此外，旅行可显著影响人体微生物组，导致菌群失调状态并具有潜在的长期影响。这种旅行诱导的微生物组扰动为将“旅行微生物组”定义为一个独特现象提供了依据。
“旅行微生物组”一词指的是旅行中或旅行后，受公路、航空、航海和太空飞行等不同交通方式影响，人体微生物群落的多样性和平衡发生的动态变化。这些变化使个体易于出现菌群失调，并可能改变人体健康。环境暴露、生理应激源、生活方式改变以及与新旅行者和环境互动引发的免疫适应性等因素，可能是其主要诱因。旅行引起的人体微生物组变化可导致一系列健康后果，从轻微的消化不适到危及生命的严重状况。
旅行期间的微生物群落动态
交通方式对微生物群落的组成有着深远影响，这是由于地理位置变迁、饮食改变和环境应激源造成的。因此，最常受影响的区域之一是肠道微生物组，其功能和分类学发生了显著变化。研究表明，中国志愿者在特立尼达和多巴哥停留六个月期间，其肠道微生物组与当地肠型明显相似。另一项研究发现，国际中国旅行者，特别是在访问中低收入国家后，其肠道微生物组中抗生素耐药细菌（ARGs）数量大幅增加。还有研究指出，45.6%的参与者在旅行前携带产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）的肠杆菌科细菌。肠道低短链脂肪酸和放线菌丰富度增加了获得ESBL肠杆菌的风险。
对不同交通方式的微生物组分析揭示了微生物变化的共享模式和特定模式。在各种交通方式中，旅行与肠道和手部微生物组的可测量变化相关，表明在不同环境中移动会扰乱人体微生物群落。在公共交通使用者中，旅行后手部微生物多样性增加，乘客之间的微生物组谱更为接近，这表明在人口密集环境中存在快速的微生物交换。此外，飞机旅行者表现出肠道微生物组组成的显著变化，特别是厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门的相对丰度。此外，β多样性存在显著差异，反映了高海拔和密闭机舱条件对肠道微生物生态系统的影响。除了肠道，旅行还影响口腔、呼吸道、皮肤和泌尿生殖道微生物组。温度、湿度以及在此过渡期间接触各种病原体等因素可显著影响皮肤微生物组。肠道、皮肤、口腔和呼吸道微生物组共享共同的环境暴露、免疫相互作用和微生物传播途径。这些因素共同影响微生物群落，突显了环境、生活方式和微生物组健康之间的相互作用。
公共交通系统的微生物动态
与其他交通方式相比，公共交通的微生物组是研究最广泛的领域之一。它受到地理位置、人际互动、环境暴露、季节变化以及交通系统内表面的显著影响。对地铁系统的研究引起了浓厚兴趣。它使人体微生物组暴露于各种表面和空气，导致其微生物群发生明显变化。例如，在墨西哥城进行的一项研究发现，乘客主要通过手与地铁表面互动，导致其微生物组成发生显著交换。另一项在香港地铁系统的研究也证明了接触不同扶手30分钟后微生物组的变化。该研究强调了日内取样的重要性，因为临床重要的ARGs在特定的跨境线路上显著增加。
对公共交通系统对人体微生物组影响研究的全面分析表明，交通表面的微生物群落通过接触被广泛交换。地铁环境尤其显示出显著的微生物多样性，并作为微生物传播的主要媒介。在曼谷一个地铁站进行的研究发现，空气、扶手和地板普遍存在携带ARGs和异物降解基因的细菌。值得注意的是，奥斯陆莫拉菌在所有点位均占主导。此外，地板样本含有对MLS（大环内酯类、林可酰胺类和链阳霉素类）具有耐药性的ARGs细菌，而空气则含有糖肽类和氟喹诺酮类ARGs。ARGs的主要贡献者在地板和扶手是产气克雷伯菌，而空气中则是葡萄球菌和芽孢杆菌属。ARGs的存在和微生物的多样性很可能与高密度的乘客流量、密切接触以及与地铁表面的频繁互动有关，这可能助长多重耐药细菌的出现。
总之，公共交通系统充当了微生物交换的动态枢纽，导致旅行者微生物组的显著改变，并促进了抗菌素耐药基因的传播。尽管基础设施和地理存在差异，地铁环境表现出高度的微生物多样性和ARGs的富集，这些都直接影响乘客的微生物组。这些发现将公共交通系统定位为动态的微生物枢纽，不仅重塑旅行者微生物组，还作为ARGs的储存库和传播渠道。
海上运输的微生物动态
长时间的海上航行使海员暴露于各种环境和职业应激源。这些包括高湿度、强烈的紫外线辐射、高盐度、密闭空间、狂风巨浪、不同的气候带、生物危害、化学暴露、睡眠剥夺和昼夜节律紊乱。如此恶劣的条件可能导致船员出现许多医疗问题，包括胃肠道疾病、口腔疾病、肌肉骨骼疾病、心理健康问题和心血管疾病。总的来说，这些状况会严重影响身心健康。此外，这些应激源的累积效应已被证明会影响人体微生物组，有证据表明长期暴露会导致微生物组成的显著变化。
一项研究调查了6个月海上航行对30名健康男性参与者肠道微生物组的影响。虽然α多样性基本保持不变，但在粪便样本中观察到β多样性的显著变化。航行开始时，一些物种如柯里杆菌科UCG-002、嗜胆菌属和粪球菌属占主导，而航行结束时，霍尔德曼菌属、邻单胞菌属、魏斯氏菌属和泰泽氏菌属3成为高丰度物种。霍尔德曼菌属的存在通常与焦虑、抑郁和强迫症的风险增加相关，而观察到与2-羟基肉桂酸呈负相关，这可能有助于神经精神疾病的发生。同样，病原体邻单胞菌属与乙酰胆碱呈正相关，提示了诱导细菌性胃肠炎的潜在病理机制。该研究还强调了霍尔德曼菌、拟杆菌和瘤胃球菌科UCG-008多样性下降对各种人类代谢途径的潜在负面影响，暗示了海上航行后肠道环境的菌群失调。
此外，海员报告航行归来后排便模式发生显著变化，排便异常频率较基线增加近50%。旅行后样本显示肠道微生物组受到干扰，表明肠道菌群失调是海员综合征发展的关键因素。对整个航行期间变化的分析揭示了高达89.5%的变异，突显了微生物、海员综合征和慢性病发展之间的强关联。另一项研究报告了微生物功能多样性降低、病原体定植以及碳水化合物、氨基酸和脂质代谢改变，表明海员存在口腔和皮肤菌群失调状态。总之，在恶劣条件下进行的长期海上航行会严重扰乱海员的肠道和口腔微生物组，导致返航时观察到的与菌群失调相关的健康问题，如海员综合征。
飞机客舱的微生物动态
飞机客舱的微生物组在不同航班间存在显著差异，高度个性化且以独特的微生物群落为特征。客舱微生物组的组成包含了其过去微生物生命的残留，即机上乘客。虽然已发现大多数微生物无害，但一些研究报告了毒力因子和化学物质的存在，这可能增加感染性和炎症性疾病的可能性。多种因素，如环境条件、饮食变化、飞行持续时间和其他混杂因素，可能在诱导菌群失调状态中起作用。例如，轻度缺氧、低湿度以及有利于病原微生物定植的环境都可能促成菌群失调。此外，食用加工或高脂肪食物以及昼夜节律、睡眠模式和时差反应的紊乱也可能导致菌群失调。然而，这些关系背后的确切机制尚未明确，需要进一步研究。
一项研究发现，航空旅行对犬类的肠道微生物组有显著的负面影响。飞行后，旅行组的细菌群落与对照组相比发生了显著变化，细菌群落丰度也存在显著差异。具体来说，旅行组中梭菌纲和拟杆菌科的相对丰度显著高于对照组。此外，从第0天到第3天，双歧杆菌科的相对丰度有所增加。另一项分析飞行员肠道微生物组的研究显示，有益健康的细菌显著减少。此外，对爱尔兰板球运动员前往印度旅行后肠道微生物组的分析揭示了肠道微生物组的紊乱。而且，旅行者腹泻的发生也与航空旅行相关的菌群失调有关。这些发现表明航空旅行与菌群失调存在直接关联。然而，需要进一步深入调查以充分理解航空旅行对肠道微生物组的影响。总之，航空旅行的独特条件——密闭机舱、低湿度、轻度缺氧和昼夜节律紊乱——可以急性扰乱肠道微生物组，尽管这些变化的可逆性和临床意义仍有待完全确定。
结论与展望
我们的全面评估强调了旅行对人体微生物组的深远影响，为了解不同交通方式如何导致微生物多样性变化提供了关键见解。虽然这些发现增强了我们对旅行引起的微生物组改变的理解，但其长期后果在很大程度上仍是未知领域。值得注意的是，一些证据表明，许多旅行引起的微生物组变化可能是暂时的，一旦旅行结束，微生物组会逐渐恢复到旅行前的状态。填补这一空白需要严格的、多学科的研究，以阐明微生物组扰动的持久影响及其对人类健康的潜在影响。此外，目前尚不清楚旅行中观察到的微生物组扰动是旅行后疾病的致病驱动因素，还是仅仅是旅行相关应激源的伴随现象，这凸显了需要进行纵向研究以确立因果关系。
未来研究的一个关键优先事项是开发有针对性的干预措施，以减轻潜在的不利影响并促进微生物组的稳定性。在精心设计的临床试验中，进一步研究有前景的策略，如结肠益生菌灌注、定制化益生菌补充和饮食调整，是值得的。此外，将微生物组恢复技术整合到个性化的旅行健康策略中，可以为维持肠道微生物平衡提供一种积极的方法。
当前证据基础的一个关键限制是，许多研究旅行相关微生物组变化的研究涉及小样本量、动物模型和高度特定的人群。虽然这些研究提供了有价值的概念验证和机制见解，但其发现可能不完全适用于更广泛的旅行人群，后者涵盖了不同的年龄、健康状况、旅行目的和暴露情况。此外，受控和职业环境可能放大了应激源，如饮食限制、密闭或环境暴露，与日常的平民旅行相比，可能夸大了对微生物组的影响。另外，关键旅行相关因素（如交通方式、目的地特定的环境暴露、卫生习惯、应激源、昼夜节律紊乱和抗生素使用）的影响存在高度混杂。由于这些变量在旅行期间经常同时发生，在大多数观察性研究中，分离任何单一因素的贡献仍然具有挑战性。因此，本综述中描述的关联应谨慎解释，因为它们反映的是复合暴露效应，而非离散的因果机制。
未来研究应侧重于描绘饮食和益生菌策略，以减轻旅行期间微生物组的紊乱，特别是在饮食多样性有限的情况下，如长途航班、海上航行和太空任务。虽然高纤维饮食通过改变代谢能力显示出重塑微生物组的潜力，但需要更长的干预时间和综合方法来确认益处。发酵食品对微生物多样性和炎症显示出更强的影响，值得在旅行相关应激条件下进行对照试验。益生菌，特别是布拉氏酵母菌和鼠李糖乳杆菌GG，在减少旅行者腹泻和维持微生物组稳态方面显示出前景，尽管菌株特异性疗效需要明确。益生菌富集编码碳水化合物活性酶的类群，进一步支持了它们在维持代谢弹性中的作用。旅行医学从业者在给旅行者提供建议时应考虑保护微生物组的干预措施，例如推荐适当的益生菌/益生元补充剂，并劝阻不必要的抗生素使用，以帮助维持旅行者在旅行期间和旅行后的肠道健康。未来的研究应借鉴最新的生物技术进步，整合饮食、益生菌和环境变量，以建立个性化的微生物组调节策略，最终在受限或极端环境中增强旅行者健康和表现。
此外，利用先进的方法论，如生物工程、功能宏基因组学筛选、生物信息学流程、宏基因组学、宏组学、机器学习和人工智能驱动的预测分析，可以革新实时微生物组评估。这些创新将有助于更深入地了解微生物组的改变，并促进开发针对旅行者独特微生物组需求的精准干预措施。通过弥合现有的知识差距并整合尖端科学进步，未来的研究可以为在旅行期间保护微生物组完整性的新策略铺平道路。同样关键的是一个强大的公共卫生框架，它将旅行微生物组监测纳入全球疾病监测，以便及早发现和减轻抗菌素耐药性或新病原体通过旅行者的国际传播。最终，这些努力不仅将增强旅行者健康，还将有助于更广泛地理解流动人群中的微生物相互作用，从而加强全球公共卫生倡议。
