腸道菌群可以透過產生與宿主酶的功能相似的酶來調節宿主的生理和病理生理學。然而，透過基於測序的研究很難確定這些微生物-宿主同工酶（microbial-host isozyme），因為在不同物種中具有相似功能的酶可能缺乏序列保守性。基於活性的功能蛋白篩選框架對於發現和鑑定這類微生物-宿主同工酶更為可靠，有助於深入瞭解腸道菌群-宿主之間的交談。
為了確定潛在的微生物-宿主同工酶，來自中國北京大學、首都醫科大學、四川大學和美國國家癌症研究所的研究人員在一項新的研究中建立了一種酶活性篩選平臺，包括對 110 種在多種人類疾病中起作用的酶進行活性測定。這些酶的活性是在源自糞便的體外細菌群落中測定的。二肽基肽酶 4（dipeptidyl peptidase 4, DPP4）是他們篩選出的一種重要的微生物-宿主同工酶，但人們對它對宿主的病理生理影響知之甚少。他們試圖確定源自腸道菌群的 DPP4 是否會像宿主 DPP4（host DPP4, hDPP4）一樣降低活性 GLP-1，從而影響血糖穩態。相關研究結果發表在2023年8月4日的Science期刊上，論文標題為“Microbial-host-isozyme analyses reveal microbial DPP4 as a potential antidiabetic target”。
透過這種酶活性篩選平臺，這些作者在人類腸道菌群中發現了 71 種具有陽性活性的酶，其中大部分的酶在無菌小鼠和無特定病原體小鼠糞便的蛋白提取物中得到了驗證。在這些已確定的酶中，DPP4 活性在 10 個人類樣本中具有最高的統計效應大小（Z 因子）。透過人體腸道細菌分離和 DPP4 活性篩選，他們發現微生物 DPP4 主要由擬桿菌（Bacteroides spp.）產生，腸道微生物 DPP4（microbial DPP4, mDPP4）可在體外降解活性 GLP-1（7-37）。然而，mDPP4不能影響飼料餵養小鼠體內的活性GLP-1水平，但能降低高脂飲食（HFD）餵養小鼠或用右旋糖酐硫酸鈉/吲哚美辛處理的小鼠體內的活性GLP-1活性並損害葡萄糖穩態，這表明腸道屏障受損是mDPP4影響宿主GLP-1活性所需的。
這些作者發現，臨床 DPP4 抑制劑西他列汀（sitagliptin）未能有效抑制 mDPP4。透過在 1.97 埃的解析度下解析 mDPP4 與西他列汀的共晶體，他們發現這種藥物與 mDPP4 之間的結合性質與它與 hDPP4 之間的結合性質不同，這可能是抑制作用不同的原因。一項針對 2 型糖尿病 (T2D) 患者（n=57）的西他列汀臨床試驗（NCT04495881）和一項將這項新研究中高應答者和低應答者的糞便移植到高脂飲食餵養的小鼠體內的相關糞便微生物群研究表明，mDPP4 可限制西他列汀對 T2D 患者和葡萄糖耐受不良小鼠的療效。
為了確定 mDPP4 的選擇性抑制劑，這些作者篩選了大約107000 種化合物，並透過結構修飾確定了相比於 hDPP4 相比，Dau-d4作為蝙蝠葛蘇林鹼（daurisoline）的一種衍生物，能選擇性地抑制 mDPP4 的活性。Dau-d4 能提高糖尿病小鼠體內 GLP-1 的活性水平並改善它們的葡萄糖代謝，而且Dau-d4 與西他列汀組合使用能進一步改善血糖穩態。
調節宿主代謝的腸道菌群-宿主同工酶的發現和抑制。圖片來自Science, 2023, doi:10.1126/science.add5787。
此外，蝙蝠葛蘇林鹼是一種從傳統中草藥蝙蝠葛（Menispermum dauricum）中提取的化合物，其中蝙蝠葛是一種天然形式的劇毒植物。透過羥基甲氧基化合成了一系列蝙蝠葛蘇林鹼衍生物，比如Dau-d4，並對Dau-d4進行了初步研究，它的抑制活性優於天然的蝙蝠葛蘇林鹼。作為一種西藥，西他列汀是一種新型抗2型糖尿病藥物，也是第一個用於治療2型糖尿病的二肽基肽酶-Ⅳ (DPP-Ⅳ)抑制劑類藥物，常以磷酸鹽形式入藥。
綜上所述，這些作者開發出一種基於活性的策略來鑑定未表徵的腸道微生物-宿主同工酶，從而加深了對腸道微生物-宿主相互作用的理解。腸道微生物 DPP4 同工酶可損害宿主的葡萄糖穩態，微生物 DPP4 活性的變化可能是導致 T2D 患者對西他列汀產生不同反應的原因。這些研究結果凸顯了開發同時靶向宿主酶和腸道微生物酶的療法以獲得更大臨床療效的前景。
參考資料：
Kai Wang et al. Microbial-host-isozyme analyses reveal microbial DPP4 as a potential antidiabetic target. Science, 2023, doi:10.1126/science.add5787.
來自： 生物谷