引言
委内瑞拉有超过45个土著民族，其中许多居住在南部亚马逊州和玻利瓦尔州人烟稀少的偏远丛林中。丛林村民利用其祖先知识和技术维持依赖捕鱼、狩猎、采集和园艺的自给经济；他们种植木薯、大蕉、香蕉和菠萝。他们利用自然资源维持生计，制作工具和独木舟，并用天然材料建造房屋。由于地处偏远，只能通过空中或河流到达。较易到达的村庄，包括那些有简易机场的村庄，越来越频繁地受到医生、科学家、探险家和摄影师的访问。这些较易到达的村庄通常设有医疗站和小型学校，一些居民可能讲西班牙语或葡萄牙语。在较难到达的村庄，传统生活方式基本保持不变。
盘尾丝虫病（河盲症）是一种由盘尾丝虫引起的皮肤和眼睛疾病，该寄生虫通过在流速较快的河流中繁殖的黑蝇（Simulium属）传播。该疾病在撒哈拉以南非洲31个国家、拉丁美洲3个国家和也门流行。除其他被忽视的热带疾病（如血吸虫病、蠕虫病、利什曼病、锥虫病和沙眼）外，该疾病在美洲和非洲部分地区构成重大健康负担。委内瑞拉-巴西边境是盘尾丝虫的流行区域，也是美洲仅存的少数疾病焦点之一。虽然过去实施了结节切除术和媒介控制，但目前的干预策略基于伊维菌素的大规模药物管理，伊维菌素是一种常见的驱虫药，也对某些肠道致病和共生原生动物有效。在非洲，社区主导的伊维菌素年度治疗是大多数地区的主干预手段，而在少数焦点地区则实施半年治疗。在美洲，以85%以上的最低覆盖率进行半年伊维菌素治疗是主要干预手段；最近，一些焦点地区已实施季度治疗。
控制疟疾、结核病和被忽视的热带疾病（如盘尾丝虫病）的项目在世界非城市地区取得了显著成效。具体来说，卡特中心的美洲盘尾丝虫病消除计划（OEPA）已成功消除了2013年至2016年间哥伦比亚、厄瓜多尔、墨西哥和危地马拉的盘尾丝虫病，而委内瑞拉的努力仍在继续。该计划首先于2014年开始关注玻利瓦尔州委内瑞拉和巴西边境地区的社区，首先到达可通过飞机到达的村庄。到2015年5月和10月，该计划使用直升机将其努力扩展到更偏远的村庄，该地区是Yek'wana和Yanomami-Sanema土著民族的家园。OEPA的季度医疗访问为4岁以上所有人提供伊维菌素治疗，并根据需要提供其他医疗服务。自1995年以来，Caura河流域的Yek'wana社区——Yanomami-Sanema社区程度较低——已间断接触西方医学，但现在OEPA计划甚至为偏远人群提供季度访问（至少到2025年初），向他们介绍定期医疗治疗，并可能促进与文化适应相关的其他影响。
以强效抗菌措施为特征的城市生活方式做法会破坏微生物组内与人类共同进化的微生物的传播和定植。这种干扰会影响发育编程，进而影响宿主基因表达，并促成免疫、代谢和神经发育疾病。虽然工业化已导致对许多传染病的控制得到改善，但它与肠道微生物多样性降低、抗菌素耐药性增加和水平基因转移、以及慢性免疫-代谢疾病风险增加密切相关。
在玻利瓦尔州针对上Caura河流域偏远土著社区启动OEPA计划，为研究与城市化相关更广泛过程中早期医疗接触相关的微生物组变化提供了一个独特机会。
我们假设人类微生物组的快速变化与医疗访问次数增加相关，儿童发育中的微生物组变化更为明显。为检验这一假设，我们对最偏远的美洲原住民村民在接受OEPA医疗访问时的微生物群进行了纵向分析。该分析包括对丛林深处偏远和较易到达社区的儿童和成人微生物群的比较。
美洲原住民Yek'wana和Yanomami-Sanema村庄散布在委内瑞拉玻利瓦尔州南部45,000平方公里的地区。我们研究了其中七个小型偏远村庄，它们在2015年被纳入OEPA医疗计划（在计划开始前和前两次访问期间），以及一个盘尾丝虫病非流行村庄，该村庄长期接触西方访客和医学。委内瑞拉研究团队与本研究涉及的社区有着长期相互尊重和合作的历史，社区成员通过组织后勤并担任向导和翻译积极参与实地工作。
根据先前建立的指标对每个村庄进行城市接触分类；村庄接触水平考虑了历史上对非土著、城市访客和药物的接触情况。中等接触村庄比低接触村庄大；它有一个简易机场，自1970年代以来接待过传教士、医生、人类学家、摄影师和其他访客。该村庄还有一所小型学校，四名会说西班牙语的认证卫生工作者，以及一个接收抗生素、抗寄生虫药物、止痛药和疫苗间歇供应的医疗站。虽然该村庄不属于盘尾丝虫病流行区，也不属于OEPA计划的一部分，但它作为该地区OEPA计划的运营中心。每季度，一架飞机在那里降落，装载物资，然后通过直升机运送到七个流行偏远村庄，这是Noya-Alarcon博士协调的后勤行动。该计划为流行区4岁以上所有人提供伊维菌素治疗，按世卫组织推荐剂量（150微克/千克体重）。通过这些医疗访问，所有村庄都获得医疗护理和基本药物，最常见的是疫苗、阿莫西林、止痛药、抗真菌药、非甾体抗炎药和维生素。该研究设计允许区分长期城市接触与OEPA计划访问相关的短期接触。
结果
粪便微生物组
这项研究沿着两个部分独立的轴检查微生物组变异：(1) 根据城市接触的长期水平（低 vs. 中等接触）不同村庄之间的差异；(2) 与反复OEPA计划访问相关的低接触村庄内部的纵向变化，这些访问引入了医疗团队和药物。
宏基因组粪便分析显示，根据2015年首次访问期间的城市接触水平，美洲原住民村民的粪便β多样性存在明显差异。这里的"城市接触"反映了历史上与非土著访客的基础设施接触，包括简易机场、学校和医疗站的存在，而不是参与OEPA计划。这些差异在2016年第二次访问时不再显著，与低接触村庄在反复计划访问后随时间推移的微生物组快速重构一致。与美国受试者相比，美洲原住民的粪便微生物群尚未收敛到典型的西方配置，与正在进行的过渡状态一致。城市接触相关变化通过网络分析得到进一步支持，显示美国受试者相对于美洲原住民村民的连通性较低和节点度较高。
随接触减少的分类群
尽管宏基因组分析显示接触水平之间的α多样性无显著差异，但分类组成沿着城市接触梯度明显变化。表征低接触、传统微生物组的细菌分类群沿着城市接触梯度持续减少，特别是属于拟杆菌门（Bacteroidota）的普雷沃特菌属（Prevotella）和螺旋体门（Spirochaetota）的密螺旋体属（Treponema），以及厚壁菌门（Bacillota）的瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）和毛螺菌科（Lachnospiraceae），这些包括标志性的纤维降解和短链脂肪酸（SCFA）生产细菌。2015年中等接触儿童表现出Anaerovibrio、Roseburia、Ruminococcus、Anaerostipes和多种普雷沃特菌物种的相对丰度降低，2016年进一步减少，包括Collinsella和Treponema。与土著参与者相比，美国参考样本显示出更广泛的多个谱系耗竭，包括普雷沃特菌、Brachyspira、Succinivibrio、Treponema peruenese和Mycoplasma。从低到中等再到美国参考人群的广泛接触极端情况中，一组粪便细菌分类群显示随着城市接触增加而一致的方向性下降，包括多种螺旋体门（Brachyspira spp.和Treponema spp.）；厌氧和发酵谱系，如Anaerovibrio slackiae、Roseburia porci、Enterocloster citroniae和Oribacterium sp.；以及几种肠内或粘膜相关细菌，包括幽门螺杆菌和志贺氏菌。
与这些发现一致，16S rRNA基因分析证实了城市接触类别之间的显著β多样性差异。本研究中低接触和中等接触村庄的粪便微生物群结构与坦桑尼亚的哈扎狩猎采集者最为相似，与墨西哥、北美和英国的城市人群聚类分开，形成传统生活方式人群的共享簇。在此簇内，坦桑尼亚和低城市接触玻利瓦尔村庄之间的粪便β多样性存在显著差异。
OEPA访问次数在低城市接触村庄内的直接比较显示β多样性存在显著组成差异。这些转变伴随着访问1和2之间的粪便α多样性降低（p = 0.01），以及涵盖厚壁菌门（Ruminococcaceae和Erysipelotrichaceae）、放线菌门（Collinsella）、柔膜菌门（Mollicutes RF39）和甲烷杆菌门（Methanobrevibacter）的分类群下降。
随接触增加的分类群
补充材料表S7确定了一组补充的粪便分类群，其相对丰度随着城市接触增加而增加（即在中等接触村庄中富集和/或在美国参考样本中进一步富集）。这些"城市富集"谱系主要由在工业化程度较高环境中人们肠道配置中常见的分类群组成，包括多种拟杆菌门（例如Alistipes spp.、Bacteroides spp.、Parabacteroides distasonis和Phocaeicola spp.）、疣微菌门（Akkermansia muciniphila）和其他显示出沿着低→中等→美国梯度一致方向富集的额外分类群。
肠道寄生虫
最后，各种接触水平下肠道寄生虫的患病率都很高。Blastocystis定植模式随长期城市接触和地理显著变化。多亚型定植（三重或四重物种亚型）主要在城市接触非常低和低的村民中出现，而中等接触个体和加拉加斯的参考人群显示出较少的混合感染。相比之下，单亚型定植在爱尔兰和美国高度城市化参考人群中占主导地位，与工业化环境中肠道微生物和原生动物多样性降低一致。其他寄生虫的负担在各村庄间大致相当，尽管2016年中等接触村民的鞭虫显著减少（p = 0.025）。Entamoeba coli囊和Chilomastix mesnili囊也显示出不同患病率（p = 0.049和p < 0.001，分别），表明随着医疗接触和卫生条件增加，肠道寄生虫生态学发生部分转变。
按城市接触划分的粪便功能差异
粪便基因含量的宏基因组分析揭示了沿着城市化梯度的微生物代谢潜力显著重构，与美洲原住民村庄之间接触水平不同的比较一致。当将所有美洲原住民组的数据与美国人群数据进行比较时，相同的功能途径显示出更大的差异，强调了城市化对微生物代谢功能的深远影响。
在43条随接触变化的途径中，27条随城市接触增加而增加，包括淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸互变、氨基糖和核苷糖代谢以及糖胺聚糖降解——反映了碳水化合物利用途径的转变。与抗菌素耐药性相关的基因，包括β-内酰胺和阳离子抗菌肽耐药性，在中等接触和美国受试者中也富集。
剩余的16条随城市接触增加而下降的途径主要与核心生物合成、能量和修复过程相关。糖酵解/糖异生、丙酮酸和碳代谢以及氨基酸（缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸）降解基因的减少表明中央碳流改变并增加对更简单底物的依赖。与这些功能模式一致，中等接触村庄成人的粪便乙酸浓度低于低接触村庄成人。也观察到甲烷和牛磺酸代谢相关基因的减少，qPCR分析证实中等接触村庄儿童的产甲烷菌丰度低于低接触村庄。
多个身体部位微生物多样性
与低接触村庄中随访问累积的医疗接触一致，粪便和口腔β多样性差异在低接触村民的访问之间显著（PERMANOVA，p adj = 0.002）。16S rRNA基因分析确认了宏基因组发现，除低接触村民的α多样性显著较高外。两个美洲原住民组的多样性都高于美国受试者，低接触儿童观察到的丰富度最高。
对于其他身体部位，口腔微生物群在儿童和成人中都显示出跨接触水平的显著β多样性分离，鼻腔微生物群在儿童中也是如此，皮肤群落也显示出类似情况。随着访问次数增加，α多样性通常下降，但在鼻子中，两次访问后增加。在中等接触村庄中，α多样性没有显示显著差异，除口腔微生物群外。
口腔微生物群在OEPA首次访问后α多样性显著下降（p < 0.001），第二次访问后持续但不显著的下降趋势。消失的口腔分类群跨越多个门，包括Fusobacterium（梭杆菌门）、Alloprevotella（拟杆菌门）和几种变形菌门（Aggregatibacter、Campylobacter和Moraxella），表明在厌氧和兼性谱系中广泛耗竭。
鼻腔微生物群表现出相反趋势，在第一次和第二次访问之间α多样性显著增加（p = 0.03）。在组成上，鼻腔群落显示出放线菌门的减少，包括Nesterenkonia、Ornithinicoccus、Dietzia、Aeromicrobium和Brevibacterium。
皮肤微生物群α多样性在OEPA首次访问后趋于下降（p = 0.013），右臂上的分类群损失包括放线菌门（Nesterenkonia、Glutamicibacter和Aeromicrobium）、厚壁菌门（Exiguobacterium和Pediococcus）和拟杆菌门（Porphyromonas）。
讨论
本研究利用来自偏远亚马逊土著社区的罕见纵向数据集，考察了人类微生物组如何在接触外部机构的最早阶段发生变化，而在主要饮食或生活方式城市化之前。通过在社区纳入大规模公共卫生计划前后取样，并对比低接触和中等接触村庄，我们捕捉到与初始有限的外部互动相关的微生物组重构，而不是更广泛城市化过程的结果。取样发生在2015年10月初至2016年2月中旬，对应旱季，此时在这种热带环境中食物的季节性变化可能减少；植物食物主要来自家庭园艺，许多水果和动物食物全年可用。据我们所知，在取样点之间没有其他有组织的团体访问这些偏远社区，与访客的互动短暂且集中在医疗活动上，没有食物分发。
解释这些发现需要考虑与反复计划访问相关的非医疗接触。虽然OEPA访问涉及外部人员的到来，但互动短暂、偶发且集中在医疗筛查和治疗上，没有长时间的社会互动或环境干扰。医疗活动中没有带入或分发非本地食物来源，基于狩猎、捕鱼、采集和家庭园艺的自给实践保持不变。取样发生在2015年10月初至2016年2月中旬，处于旱季，但季节性饮食变化不能排除是观察到的肠道微生物组变化的贡献者。据我们所知，在取样点之间没有其他有组织的团体访问偏远村庄。虽然无法完全排除未测量的因素，如短暂感染或短期行为变化，但观察到的微生物组转变在时间、身体部位和接触梯度上的一致性表明，观察到的重构反映了与早期计划接触相关的累积外部暴露，而不是饮食、气候或村庄社会结构的突然变化。
虽然多种因素可能导致微生物组的时间变化——包括短期饮食波动、年际气候变化、并发医疗接触和未测量的感染——但观察到的转变在时间、身体部位和接触梯度上的一致性与微生物组"西方化"可以快速开始的解释一致，即使在没有明显生活方式变化的情况下。因此，这个自然实验为通常被工业化许多混淆因素掩盖的微生物组转变提供了独特而早期的视角。
在身体各个部位，微生物组组成和多样性根据接触水平和访问次数一致不同，在儿童中观察到特别明显的影响。在肠道中，减少的谱系——普雷沃特菌、密螺旋体、甲烷短杆菌、瘤胃球菌科和毛螺菌科——构成了维持发酵、氢气周转和短链脂肪酸生产的微生物群落的一部分。这些谱系已被反复与非工业化人群中的高纤维饮食和复杂碳水化合物发酵相关联，其在此上下文中的损失反映了传统和城市化人群全球比较中报道的模式。
基于宏基因组基因含量的功能分析揭示了与接触相关的代谢潜力的协调转变，包括与简单碳水化合物利用和抗菌素耐药性相关的途径富集，以及与核心生物合成和能量代谢相关的途径减少。虽然只有乙酸浓度在接触组之间显示出显著差异，但分类学、网络、功能基因和代谢物模式的汇合与发酵能力的部分侵蚀一致。这些发现呼应了先前的工作，表明纤维降解分类群的损失先于城市化微生物组中更广泛的功能侵蚀，同时也强调功能冗余可能在转变早期阶段缓冲某些代谢输出。
儿童在访问之间表现出最显著的微生物组变化，与发育中微生物组对生态扰动的敏感性增加一致。生命早期微生物群落在免疫、代谢和神经发育编程中起着关键作用，即使在此期间的轻微干扰也可能产生不成比例的下游后果。虽然我们的研究并非旨在评估临床结果，但观察到的模式引发了关于在经历社会转变的人群中，儿童早期反复医疗访问如何与长期健康轨迹相交的重要问题。
除了肠道外，口腔、鼻腔和皮肤微生物群也显示出与接触相关的重构，但具有特定部位的模式。口腔微生物群多样性随接触下降，伴随着厌氧菌的损失和包括已知口腔病原体在内的几种属的损失，表明医疗接触可能同时减少微生物多样性和改变与病原体相关的生态位。值得注意的是，一些在口腔微生物群中减少的分类群，包括Campylobacter和Aggregatibacter，通常与口腔病原体相关，表明并非所有观察到的微生物损失都必然代表不利的生态变化。相比之下，鼻腔微生物群多样性在访问之间增加，而皮肤群落显示出下降的多样性和多种放线菌门和厚壁菌门分类群的损失。总的来说，这些发现突显了微生物组对早期医疗接触的反应在身体各部位并不一致，而是反映了由局部选择压力塑造的独特生态动态。
包括一个不参与盘尾丝虫病消除计划的中等接触村庄对于解释这些模式至关重要。这个村庄作为持续医疗和城市接触的参考，独立于OEPA干预。因此，跨村庄的比较允许部分分离与计划访问相关的短期接触与与基础设施和持续接触相关的长期接触，加强推断，同时保持在观察设计的限制内。
从更广泛的角度来看，这些发现有助于理解微生物组"西方化"是一个早期开始并逐步进展的过程。虽然传染病控制的益处是无可置疑的，但我们的数据表明，即使是必要的医疗干预也可能与人类微生物组的意外生态后果相关，特别是在历史上保持高肠道微生物多样性的群体中。这突显了制定公共卫生策略的重要性，这些策略既要保留医学的拯救生命的好处，又要关注人类-微生物关系的长期生态维度。
分类学、网络、功能基因和代谢物分析模式的汇合支持早期接触医疗团队和药物与微生物组快速重构密切相关。对于正在转变的土著社区而言，这代表了一个深刻的权衡：获得现代医疗服务减少了传染病负担，但也可能伴随着与传统生活方式共同进化的微生物多样性的减少，以及慢性疾病风险的增加。理解和驾驭这种平衡不仅对微生物组科学至关重要，而且对于尊重福祉的生物和社会维度的伦理、文化知情方法也至关重要。
研究局限性
这项观察性研究提供了一个罕见的机会，来研究偏远土著村庄中早期医疗接触相关的微生物组重构。应承认几个局限性。(1) 该研究是观察性的，与反复医疗访问和大规模药物管理相关的未测量因素——包括短暂感染动态、环境变化或饮食波动——可能促成了观察到的变化。(2) 仅包括一个中等接触村庄作为OEPA计划外的参考。(3) 由于许可限制，无法收集免疫标志物、生长和炎症等临床终点。(4) 虽然微生物组谱在多个身体部位随接触一致转变，但无法评估长期恢复或弹性。(5) 该研究缺乏纵向和综合方法，需要理解医疗干预与社会转变早期阶段人类微生物组生态之间的复杂相互作用。
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