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)(2)D-3, 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 beta-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.

La hipótesis de la higiene postula que los niveles más altos de limpieza y la exposición inadecuada a los microorganismos al inicio de la niñez podrían alterar el microbioma intestinal dando como resultado respuestas inmunes anormales. Recientemente, se ha prestado más atención a cómo la falta de exposición al sol y, en consecuencia, la deficiencia de vitamina D, podría conducir a una menor tolerancia inmune y respuestas inmunes aberrantes. Además, la función del receptor de vitamina D (VDR) se ha posicionado como un aspecto crítico de la respuesta inmune y la homeostasis intestinal. Por lo tanto, esta revisión se centra en el papel que la interacción entre la vitamina D, la función VDR y el microbioma intestinal podría tener en las enfermedades autoinmunes en el contexto de la hipótesis de la higiene. La literatura muestra que existe una alta correlación entre la deficiencia de vitamina D, la disfunción de VDR, la composición de la microbiota intestinal y las enfermedades autoinmunes.

La hipòtesi de la higiene postula que els nivells més alts de neteja i l'exposició inadequada als microorganismes a l'inici de la infància podrien alterar el microbioma intestinal donant com a resultat respostes immunes abdominals. Recentment, s'ha prestat més atenció a com la falta d'exposició al sol i, en conseqüència, la deficiència de vitamina D, podria conduir a una menor tolerància immune i respostes immunes aberrants. A més, la funció del receptor de vitamina D (VDR) s'ha posicionat com un aspecte crític de la resposta immune i la homeòstasi intestinal. Per tant, aquesta revisió es centra en el paper que la interacció entre la vitamina D, la funció VDR i el microbioma intestinal podria tenir en les malalties autoimmunes en el context de la hipòtesi de la higiene. La literatura mostra que existeix una alta correlació entre la deficiència de vitamina D, la disfunció de VDR, la composició de la microbiota intestinal i les malalties autoinmunes.