Science重磅！北京大学乔杰院士、科学探索奖姜长涛教授等联合国外团队发文

8月4日，北京大学医学部基础医学院/北京大学第三医院医学创新研究院姜长涛教授团队、北京大学第三医院乔杰院士团队、北京大学化学学院雷晓光教授团队与合作者美国国立卫生研究院Frank Gonzalez及首都医科大学王广共同在《Science》发表题为“Microbial-host-isozyme analyses reveal microbial DPP4 as a potential antidiabetic target”的研究论文，该研究开发了一个酶活性筛选平台，以研究肠道微生物群衍生的酶如何影响宿主生理学，并发现二肽基肽酶4 (DPP4)在微生物群的特定细菌分类群中表达。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add5787#con24

研究背景

肠道微生物作为连接人体内外环境的桥梁，已被证明在多种人类代谢性疾病发生发展中发挥重要作用。然而，目前大多数的肠道微生物研究集中于其产生的小分子代谢物对机体的影响，缺乏其他功能分子如蛋白质的研究。肠道共生菌的各种酶在代谢产物的生成及代谢过程中发挥重要作用。此外，菌源酶还具有多种非代谢产物依赖的功能，但它们在宿主代谢性疾病中的作用尚不清晰。

肠道菌群可以通过产生功能与宿主相似的酶来调节宿主的生理和病理生理学。然而，很难通过基于测序的研究来鉴定这些微生物 - 宿主同工酶，因为在不同物种中具有相似功能的酶可能缺乏序列保守性。基于活性的功能蛋白筛选框架对于发现和表征这种微生物-宿主同工酶更可靠，这将有助于更深入地了解肠道微生物群-宿主串扰。

为了鉴定潜在的微生物宿主同工酶，我们建立了一个酶活性筛选平台，包括对在各种人类疾病中起作用的110种酶的活性测定。这些酶活性是在粪便来源的离体细菌群落中测量的。二肽基肽酶4（DPP4）是在我们的筛选中鉴定出的一种突出的微生物—宿主同工酶，但对其对宿主的病理生理作用知之甚少。我们试图确定肠道微生物衍生的DPP4，如宿主DPP4（hDPP4），是否可以降低活性GLP-1，从而影响血糖稳态。

研究结果

我们通过酶活性筛选平台鉴定了71种在人类肠道细菌群落中具有积极活性的酶，其中大部分在从无菌和特异性无病原体小鼠粪便中获得的蛋白质提取物中得到了验证。在这些已鉴定的酶中，DPP4活性在10个人类样本中具有最高的统计效应量（Z因子）。通过人体肠道细菌分离和DPP4活性筛选，我们发现微生物DPP4主要由拟杆菌属产生。肠道微生物DPP4（mDPP4）可在体外降解活性GLP-1（7-37）。然而，mDPP4不能影响食物喂养小鼠的活性GLP-1水平，但可以降低高脂肪饮食（HFD）喂养的小鼠或右旋糖酐硫酸钠/吲哚美辛处理小鼠的活性GLP-1活性并损害葡萄糖稳态，这表明mDPP4需要受损的肠道屏障才能影响宿主GLP-1的活性。

我们发现临床DPP4抑制剂西他列汀未能有效抑制mDPP4。通过以4.1安斯特罗分辨率解析mDPP97与西他列汀的共晶体，我们发现药物与mDPP4之间的结合性质与其与hDPP4的结合存在差异，这可能解释了抑制作用的这种差异。在04495881型糖尿病（T2D）（n = 2）患者中进行的西他列汀临床试验（www.clinicaltrials.gov 识别者NCT57）以及本研究中从高反应者和低应答者向HFD喂养小鼠移植粪便的相关粪便微生物群表明，mDPP4可能会限制西他列汀在T2D个体和葡萄糖不耐受小鼠中的疗效。

为了鉴定mDPP4的选择性抑制剂，我们筛选了~107，000种化合物，并使用结构修饰鉴定了Dau-d4，这是达脯索林的衍生物，与hDPP4相比，它可以选择性地抑制mDPP4活性。Dau-d4可以增加糖尿病小鼠的活性GLP-1水平并改善葡萄糖代谢，Dau-d4与西他列汀的共同给药进一步改善了血糖稳态。

研究结果

发现和抑制肠道微生物-宿主同工酶以调节宿主代谢。肠道微生物群的差异可以解释为什么有些人对抗糖尿病DPP4抑制剂有反应，而另一些人则没有。基于活性的酶活性筛选系统鉴定了肠道微生物DPP4同工酶，这些同工酶可以降低活性GLP-1，但不能被西格列汀抑制。高通量筛选确定Dau-d4是微生物DPP4的选择性抑制剂，以增加GLP-1活性并改善葡萄糖耐量。

在这项研究中，我们开发了一种基于活动的策略来鉴定未表征的肠道微生物 - 宿主同工酶，从而更深入地了解肠道微生物群—宿主相互作用。肠道微生物DPP4同工酶可损害宿主葡萄糖稳态，微生物DPP4活性的变化可能导致T2D患者对西格列汀的异质反应。我们的研究结果强调了开发针对宿主和肠道微生物酶的疗法以实现更高临床疗效的前景。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add5787#con24

https://www.bjmu.edu.cn/yjcg/3eea79d025fb4808aa4b83eceb3f2722.htm#:

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。