Role of Vitamin D in the Hygiene Hypothesis: The Interplay between Vitamin D, Vitamin D Receptors, Gut Microbiota, and Immune Response

Abstract

The hygiene hypothesis postulates that higher levels of cleanliness and improper exposure to microorganisms early in childhood could disturb the intestinal microbiome resulting in abnormal immune responses. Recently, more attention has been put on how a lack of sun exposure and consequently vitamin D deficiency could lead to less immune tolerance and aberrant immune responses. Moreover, vitamin D receptor (VDR) function has been positioned to be a critical aspect of immune response and gut homeostasis. Therefore, this review focuses on the role that the interaction between vitamin D, VDR function, and gut microbiome might have on autoimmune diseases in the context of the hygiene hypothesis. Literature shows that there is a high correlation between vitamin D deficiency, VDR dysfunction, gut microbiota composition, and autoimmune diseases. The biologically active form of vitamin D, 1,25(OH)2D3, serves as the primary ligand for VDRs, which have been shown to play a fundamental role in reducing autoimmune disease symptoms. Although the biological functions of VDR, the effects of its genetic variants, and the effects of epigenetic profiles in its promoter region are largely unknown in humans, studies in murine models are increasingly demonstrating that VDRs play a crucial role in attenuating autoimmune disease symptoms by regulating autophagy and the production of antimicrobial peptides, such cathelicidin and β-defensin, which are responsible for modifying the intestinal microbiota to a healthier composition. Remarkably, evidence shows that hormonal compounds and byproducts of the microbiota such as secondary bile acids might also activate VDR. Therefore, understanding the interaction between VDR and gut microbiota is of the utmost importance toward understanding the rise in autoimmune diseases in Western countries. We have gained insights on how the VDR functions affects inflammation, autophagy, and microbiota composition that could lead to the development of pathogenesis of autoimmune diseases, while confirming the role vitamin D and VDRs have in the context of hygiene hypothesis.

The Role of Vitamin D in the Immune System as a Pro-survival Molecule

“…18,56 A consensus in considering vitamin D an anti-inflammatory molecule should raise the question of how and when this activity has a basilar role to warrant cell survival. The activity of vitamin D involves the whole brain-gut axis.…”

Ancient Nuclear Receptor VDR With New Functions: Microbiome and Inflammation

“…1 Epidemiological studies have demonstrated that vitamin D deficiency is associated with various human diseases. 2 Vitamin D absorbed from the diet or produced in the skin after exposure to sunlight is then converted to 25(OH) VD by the liver and to the active vitamin D metabolite 1α,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25(OH) 2 D 3 ) by the kidney. 3 The vitamin D receptor (VDR) regulates most of the biological actions of the active vitamin D metabolite, 1α,25-dihydroxyvitamin D 3 (1,25(OH) 2 D 3 ).…”

Influencia del estilo de vida, la dieta y la vitamina D en la atopia en niños colombianos afrodescendientes

“…Los niveles de la vitamina D son regulados principalmente mediante la exposición a la luz solar (en especial los rayos UVB, en 80 a 90 %) y la ingesta (10 a 20 %), lo que sugiere que ciertas conductas del estilo de vida occidental, como la poca exposición a la luz solar y el bajo consumo de alimentos ricos en vitamina D, predisponen a la deficiencia/insuficiencia en los niveles de esta vitamina y, en consecuencia, a la desaparición de los efectos inmunorreguladores de esta vitamina, incrementando el riesgo de sufrir enfermedades autoinmunes y alergias. 12 En nuestro estudio observamos una relación entre los altos niveles de vitamina D y los de IgE, lo que complementa la asociación no lineal entre las concentraciones de IgE y vitamina D identificada por Hyppönen et al 27 en una cohorte de adultos británicos con polimorfismos en la enzima CYP27B1 (1α hidroxilasa, enzima clave en la conversión de la vitamina D a su forma activa).…”

“…10 Se ha descrito a la vitamina D como una hormona inmunorreguladora cuya influencia sobre las distintas células del sistema inmunológico desempeña un papel importante en la prevalencia y la severidad de las enfermedades alérgicas y algunas otras condiciones inmunológicas como las enfermedades autoinmunes, y que incluso actúa desde antes del nacimiento. 11,12 Los objetivos de este estudio fueron establecer las diferencias entre los ambientes rural y urbano, los patrones dietarios, los niveles de vitamina D y la influencia de estos en el desarrollo de la sensibilización alérgica (atopia) y en los niveles de IgE en niños afrodescendientes colombianos que residen en San Basilio de Palenque y descendientes de palenqueros que viven en Cartagena de Indias.…”

“…Esta diferencia se acentuó en los niños del ámbito rural, probablemente por la mayor exposición solar y el mayor consumo de alimentos ricos en vitamina D y leche no procesada, que favorece el efecto de la microbiota sobre la activación del VDR a través de ácidos biliares secundarios, mencionado en la revisión efectuada por Clark et al 12 Al parecer, este efecto de la microbiota no solo se debe a la interacción con el VDR sino también al establecimiento de una diversidad bacteriana benéfica que estimula un ambiente antiinflamatorio sistémico, ayudado en parte por los altos niveles de vitamina D. Lo anterior probablemente explique las diferencias en la prevalencia de enfermedades alérgicas y sensibilización a alérgenos entre los 2 grupos analizados.…”