《科学》：人生病，肠菌吃药！北大/首医团队在肠菌中发现抗糖尿病靶点，虽同为DPP4但作用与人体不同，或可解释治疗差异

中美合作科学团队在《科学》杂志发文，他们开发了一个依据酶活性的蛋白筛选平台，对110种在人类疾病中起作用的酶进行了筛选，并成功鉴定到了肠菌来源的二肽基肽酶4（DPP4），且肠菌源DPP4同工酶同样可损害宿主葡萄糖稳态。

有趣的是，研究者们发现，肠菌源DPP4与DPP4抑制剂西格列汀的结合与人体DPP4并不相同，或许这可以解释抗糖尿病药物西格列汀在患者中的疗效差异。北京大学医学部教授、北京大学第三医院特聘教授姜长涛，北京大学第三医院乔杰院士，北京大学化学学院雷晓光教授，美国国立卫生研究院Frank Gonzalez研究员，首都医科大学附属朝阳医院王广教授为共同通讯作者。

论文题图

肠道微生物通过产生多种代谢产物来参与宿主的生理和病理活动。这些衍生物并未完全阐明，但已有一些研究发现，肠菌能够产生与宿主功能相似的酶，也就是微生物-宿主同工酶。

这些酶发现起来并不容易，因为虽然功能类似，但是在物种之间序列可能并不保守，因此基于测序的方法无法对其进行有效筛选。

因此，研究者们建立了一个基于酶活性的蛋白筛选平台，并对110种在各种人类疾病中起作用的酶进行了筛选，包括FDA批准的药物靶点和SuperTarget数据库中列举的疾病靶标酶。

肠菌样本来自3名健康志愿者的新鲜粪便样本，尝试了10种常见的肠菌培养基后，研究者选择了其中最能保证肠菌组成的，并进行了筛选。研究者也同时筛选了小鼠的肠菌。

筛选流程

在所有的10个人类样本中，效应因子（Z因子）最高的是DPP4。DPP4是一个常用的2型糖尿病治疗靶点，已经有几种DPP4抑制剂用于糖尿病的治疗，不过它们的疗效在患者之间有很高的异质性。

DPP4会降解GLP-1并调节葡萄糖耐量。但是研究者在小鼠中进行了实验，发现经过抗生素治疗后，小鼠肠外组织和血浆的GLP-1活性和总水平却没有变化。

而当研究者给小鼠喂食高脂饮食，并因此导致肠菌失调和肠道屏障受损后，又或是通过低浓度葡聚糖硫酸钠（DSS）/吲哚美辛增加肠通透性后，可见DPP4活性增加和GLP-1活性降低。

也就是说，在肠道屏障受损的情况下，肠菌DPP4也能够像宿主DPP4那样降低GLP-1活性。

DPP4缺失小鼠抗生素治疗后DPP4活性会进一步降低，说明肠菌中的DPP4同工酶也在体内起效

经鉴定，拟杆菌门的多种细菌具有DPP4活性，其中多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）活性最强。研究者共筛选出了14种候选酶，其中btDPP4对GLP-1活性最强，甚至高于人类DPP4（hDPP4）。

有趣的是，研究者们测试了肠菌源DPP4同工酶与DPP4抑制剂西格列汀之间的相互作用，发现西格列汀抑制btDPP4的能力比抑制hDPP4要弱得多，约只有1/78。研究者测试的所有临床相关DPP4抑制剂作用都有减弱，而且并不影响多形拟杆菌生长。

西格列汀抑制btDPP4能力大幅度减弱

冷冻电镜测定btDPP4结构

这不由得让人猜测，肠菌源DPP4也参与了2型糖尿病，而且DPP4抑制剂无法对它们生效，也是因此才导致了患者之间的疗效异质性。

研究者们分别收集了对西格列汀反应不同的患者的肠菌样本进行分析，发现反应不佳的患者肠菌中DPP4活性明显高于反应良好者，二者的拟杆菌属差异也很大。

当给小鼠移植了反应不佳患者的肠菌，它们的肠菌DPP4活性上升，西格列汀的疗效也下降了。

不过，也不用担心我们对肠菌源DPP4毫无办法。研究者们针对btDPP4进行了药物高通量筛选，从10700种小分子化合物文库中找到了特异性微生物DPP4抑制剂Dau-d4。

Dau是一种天然生物碱，表现出了对btDPP4的高抑制活性和高选择性，几乎不抑制hDPP4。它的衍生物Dau-d4活性更优，与btDPP4结合的KD达到0.27mM，而西格列汀是12.6mM。

在小鼠中，Dau-d4能有效改善糖耐量，和西格列汀联用则能进一步增强效果。

Dau-d4+西格列汀效果更好

由此可见，肠菌对疾病的参与程度还真是很深，说不清还有其他的疾病中存在DPP4类似的情况，找到这些同工酶并开发出相应的抑制剂，或许是肠菌移植之外的一种新破局方法。