The Development of Immune Responses and Allergy in Children from Farming and Non-farming Environments

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1401-3
Title: The Development of Immune Responses and Allergy in Children from Farming and Non-farming Environments
Author: Orivuori, Laura
Contributor organization: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Clinical Medicine, Clinicum
National Institute for Health and Welfare
Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, kliininen laitos
Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, institutionen för klinisk medicin
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015-09-18
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1401-3
http://hdl.handle.net/10138/156058
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: ABSTRACT Allergies have become a major public health problem in recent decades. Approximately 60 million people in Europe, and one billion worldwide, are affected by allergies. In Europe, approximately 30% of the population suffers from allergic rhinoconjunctivitis, approximately 20% from asthma, and 15% from allergic skin conditions. The farming environment has been shown to protect against allergies. In the present thesis, we studied the development of Immunoglobulin E (IgE) sensitization, allergic diseases, gut permeability and inflammation in children from farming and non-farming environments who participated in the PASTURE project (Protection against allergy: study in rural environments). Our results showed that early-age inflammation, measured with serum high-sensitivity C- reactive protein (hs-CRP) at the age of 1 year, was associated with decreased risk of IgE-sensitization at the age of 4.5 years. Our findings suggest that poor inflammatory response at infancy may predispose to IgE-sensitization. The allergy-protective effect of breastfeeding is debated. Our findings illustrated that increased breast milk soluble immunoglobulin A (sIgA) levels were associated with decreased risk of atopic dermatitis (AD) up to the age of 2 years. When the ingested dose of sIgA during the first year of life was considered, it was associated with decreased risk of AD up to ages of 2 and 4 years. Elevated sIgA levels in breast milk were associated with environmental factors indicating increased environmental microbial load. Serum immunoglobulin A (IgA) and immunoglobulin G (IgG) against cow s milk β- lactoglobulin (BLG) and wheat gliadin are induced by the antigen exposure, but the antibody levels are also affected by the gut permeability and inflammation. Elevated serum IgA or IgG antibody levels against BLG at the age of 1 year increased the risk of sensitization to at least one of the measured allergens or food allergens at the age of 6 years. Elevated levels of IgG against gliadin at the age of 1 year increased the risk of sensitization to any, at least one inhalant, or at least one food allergen at the age of 6 years. Our findings suggest that an enhanced antibody response to food antigens reflects alterations in mucosal tolerance, such as altered increased gut permeability and/or microbiota, which is later seen as sensitization to allergens. Fecal calprotectin is a marker of intestinal inflammation. We studied the association of early-infancy fecal calprotectin levels to the later development of allergic diseases in children from farming and non-farming environments, and further evaluated the effect of gut microbes on the levels of fecal calprotectin. Infants from a farming environment had higher levels of fecal calprotectin at the age of 2 months when compared to the infants from a non-farming environment. However, farming did not explain the very high levels of calprotectin, i.e. the levels above the 90th percentile. The infants with remarkably high fecal calprotectin levels at the age of 2 months, i.e. levels above the 90th percentile, had an increased risk of developing AD and asthma/asthmatic bronchitis by the age of 6 years. Infants who had high fecal calprotectin concentrations had less Escherichia in their feces. Our findings suggest that strong intestinal inflammation at early infancy represents a risk of allergic diseases, and the colonization with Escherichia coli is an important regulator of the inflammation implicating long-term health effects mediated by early intestinal colonization. In conclusion, the findings in this thesis show that the environmental microbial load plays an important role in the development of the immune system in infants and ultimately may affect the risk of developing allergic diseases. In addition to the direct effects on the infant, the effects of the environmental microbial load are also mediated indirectly through alterations in maternal milk composition. Interestingly, we found that an early intestinal inflammation is associated with the later risk of allergic diseases and gut colonization indicating a crucial role of gut colonization in the development of allergy. Keywords: Allergy, antibody, asthma, atopic dermatitis, farming environment, fecal calprotectin, IgE-sensitization, inflammation.TIIVISTELMÄ Viimeisten vuosikymmenten aikana allergioista on muodostunut huomattava terveysongelma. Arviolta 60 miljoonaa ihmistä Euroopassa ja miljardi ihmistä koko maailmassa kärsii allergioista. Jopa 30% eurooppalaisista kärsii allergisesta nuhasta ja siihen liittyvästä silmän sidekalvotulehduksesta, 20% astmasta ja 15% allergisista iho-oireista. Maatilaympäristöllä on havaittu olevan suojaava vaikutus allergioiden kehittymisessä. Tässä väitöskirjassa tutkittiin IgE- herkistymisen, allergisten sairauksien, suolen läpäisevyyden ja tulehduksen kehittymistä maatilaympäristöstä kotoisin olevilla lapsilla ja lapsilla, jotka eivät asuneet maatilaympäristössä. Lapset osallistuivat PASTURE- projektiin (Allergiasuoja: tutkimus maatilaympäristöissä). Tuloksemme osoittivat, että varhaisen iän tulehdusvaste, joka määritettiin seerumista herkkä C-reaktiivisen proteiinin (hs-CRP) - mittauksella yhden vuoden iässä, liittyi lapsen alentuneeseen riskiin olla IgE- herkistynyt 4.5 vuoden iässä. Tuloksemme viittaavat siihen, että heikko tulehdusvaste imeväisiässä voi altistaa IgE- herkistymiselle. Rintaruokinnan allergioilta suojaava vaikutus on herättänyt paljon keskustelua. Tuloksemme osoittavat äidinmaidon kohonneiden liukoisen immunoglobuliini A (sIgA)- pitoisuuksien laskevan atooppisen ihottuman riskiä 2 vuoden ikään mennessä, kun taas lapsen ensimmäisenä elinvuotena rintamaidon sIgA:n kohonnut kokonaismäärä vähensi atooppisen ihottuman riskiä sekä 2 ja 4 vuoden ikään mennessä. Kohonneet sIgA- pitoisuudet äidinmaidossa liittyivät ympäristötekijöihin, jotka viittaavat korkeisiin mikrobimääriin. Seerumin immunoglobuliini A (IgA) ja immunoglobuliini G (IgG) lehmänmaidon β- laktoglobuliinia (BLG) ja vehnän gliadiinia vastaan muodostuvat lapsen altistuessa näille ruoka-aineille. Vasta-aineiden pitoisuuteen vaikuttavaa myös suolen läpäisevyys ja tulehdus. Lapsilla, joilla seerumin IgA- tai IgG- vasta-ainepitoisuudet BLG:tä vastaan olivat kohonneet 1 vuoden iässä, oli kohonnut riski olla herkistynyt vähintään yhdelle mitatulle allergeenille tai ruoka-allergeenille kuuden vuoden iässä. Kohonneet IgG- pitoisuudet gliadiinia vastaan 1 vuoden iässä lisäsivät herkistymisriskiä vähintään yhdelle allergeenille, vähintään yhdelle hengitysvälitteiselle ja vähintään yhdelle ruoka-allergeenille 6 vuoden iässä. Löydöksemme viittaavat siihen, että voimistunut vasta-aineiden tuotto ruoan antigeenejä vastaan liittyy limakalvon sietokyvyn muutoksiin, kuten suolen läpäisevyyden muutoksiin ja/tai muutoksiin mikrobipopulaatiossa, mikä havaitaan myöhempänä herkistymisenä allergeeneille. Ulosteesta mitattu kalprotektiini on suolitulehduksen merkkiaine. Tutkimme varhaisen iän ulosteen kalprotektiinin yhteyttä myöhempään allergioiden kehittymiseen lapsilla, jotka asuivat maatilaympäristöissä ja lapsilla, jotka eivät asuneet maatilaympäristössä. Tutkimme myös suoliston mikrobien vaikutusta ulosteen kalprotektiinipitoisuuksiin. Maatilaympäristössä asuvilla lapsilla oli korkeammat kalprotektiiniipitoisuudet verrattuna lapsiin, jotka eivät asuneet maatilaympäristössä. Maatilaympäristö ei kuitenkaan selittänyt erittäin korkeita kalprotektiinipitoisuuksia, eli 90 prosenttipisteen ylittäviä tasoja. Niillä lapsilla, joilla oli korkeat ulosteen kalprotektiinipitoisuudet 2kk iässä, eli pitoisuus yli 90 prosenttipisteen, oli kohonnut riski sairastua atooppiseen ihottumaan ja astmaan/ahtauttavaan keuhkoputkitulehdukseen 6 vuoden ikään mennessä. Korkea ulosteen kalprotektiinipitoisuus oli yhteydessä ulosteen Escherichia- bakteerien alhaiseen määrään. Tuloksemme viittaavat siihen, että varhaislapsuuden korkea suolitulehdus aiheuttaa kohonneen allergisten sairauksien riskin ja että varhaisella suoliston mikrobikolonisaatiolla on pitkäaikaisia terveysvaikutuksia. Johtopäätös tämän väitöskirjan tuloksista on, että mikrobikuorma varhaislapsuudessa muokkaa lapsen immuunivasteita ja allergisten sairauksien kehittymistä. Mikrobialtistus vaikuttaa suoraan lapsen immuunijärjestelmän kehittymiseen, mutta myös epäsuorasti äidinmaidon koostumusta, kuten liukoista IgA-pitoisuutta, muuttaen. Mielenkiintoista oli havaita, että varhainen suolitulehdus imeväisiässä näyttää liittyvän allergisiin sairauksiin ja suolen kolonisaatiolla voi olla olennainen vaikutus allergioiden kehittymiseen. Avainsanat: Allergia, astma, atooppinen ihottuma, IgE- herkistyminen, maatilaympäristö, tulehdus, ulosteen kalprotektiini, vasta-aine.
Subject: lääketiede
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
developm.pdf 842.5Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record