2023年8月，北京大學(xué)姜長(zhǎng)濤教授、北京大學(xué)第三醫(yī)院?jiǎn)探茉菏?、北京大學(xué)雷曉光教授、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院Frank Gonzalez研究員以及首都醫(yī)科大學(xué)朝陽(yáng)醫(yī)院王廣教授共同通訊在國(guó)際權(quán)威期刊《Science》上在線(xiàn)發(fā)表了題為“Microbial-host-isozyme analyses reveal microbial DPP4 as a potential antidiabetic target”的研究論文^[1]，該論文的研究人員建立了一個(gè)包含110種在各種人類(lèi)疾病中起作用的酶活性篩選平臺(tái)，從人和小鼠（Conv.小鼠和無(wú)菌鼠）腸道微生物群中鑒定了同工酶，包括二肽基肽酶4 (DPP4)，這是治療2型糖尿?。═2D）的重要治療靶點(diǎn)。并通過(guò)使用SPF小鼠及無(wú)菌鼠（來(lái)源于集萃藥康）腸壁損傷模型證明了菌源DPP4（mDPP4）可以在腸屏障損傷條件下進(jìn)入腸組織，顯著降低活性GLP-1水平，誘導(dǎo)糖耐量異常。并通過(guò)高通量篩選和結(jié)構(gòu)修飾鑒定出Daurisoline的衍生物Daurisoline-d4（Dau-d4）可以抑制mDPP4的活性，在不干擾菌群整體功能的條件下，改善小鼠糖代謝紊亂。

圖1.論文信息

研究人員首先建立了一套基于酶活性檢測(cè)的菌源宿主同工酶探究體系（圖2A），并利用該系統(tǒng)檢測(cè)人和小鼠糞便中酶的活性，確定在110種已經(jīng)報(bào)道的宿主重要疾病靶點(diǎn)酶中有71種在腸道菌群中存在同工酶，其中宿主二肽基肽酶4（hDPP4）的菌源同工酶（mDPP4）活性在不同個(gè)體中表現(xiàn)出了最強(qiáng)的穩(wěn)定性和普遍性（圖2B）。DPP4是一種絲氨酸水解酶，hDPP4可以通過(guò)水解胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）等胃腸道多肽類(lèi)激素使其失活，從而調(diào)控胰島素分泌等多種生理功能，是2型糖尿病等代謝紊亂疾病的重要干預(yù)靶點(diǎn)。

圖2.酶活性篩選工作流程及結(jié)果

為了確定mDPP4是否可以發(fā)揮與hDPP4相似的生理功能，研究人員通過(guò)高脂飲食誘導(dǎo)、低濃度葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)、吲哚美辛誘導(dǎo)小鼠發(fā)生腸屏障受損，結(jié)果發(fā)現(xiàn)mDPP4可以進(jìn)入腸組織，顯著降低活性GLP-1水平、誘導(dǎo)糖耐量異常（圖3A）。通過(guò)人體腸道細(xì)菌分離和DPP4活性篩選，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)微生物DPP4主要由擬桿菌屬細(xì)菌（Bacteroides spp）產(chǎn)生（圖3B），其中btDPP4活性最*高（圖3C）。進(jìn)一步通過(guò)集萃藥康DPP4編碼基因敲除模型（DPP4-/-）、SPF和GF疾病小鼠模型證實(shí)多形擬桿菌可以以菌源mDPP4依賴(lài)的方式降低宿主活性GLP-1活力水平，誘導(dǎo)疾病小鼠模型糖耐量異常（圖3D）。

圖3.多形擬桿菌可以以菌源DPP4依賴(lài)的方式誘導(dǎo)高脂飲食小鼠糖耐量異常相關(guān)結(jié)果

研究者進(jìn)一步測(cè)試了臨床相關(guān)所有DPP4抑制劑與腸菌源DPP4同工酶之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)其抑制作用減弱，且并不影響多形擬桿菌生長(zhǎng)。以西格列汀為例，其抑制btDPP4的能力只有抑制hDPP4能力的1/78（圖4A）。這提示研究者，腸菌源DPP4可能也參與了2型糖尿病，因DPP4抑制劑無(wú)法對(duì)它們生效，從而導(dǎo)致了患者之間的療效差異。收集分析了對(duì)西格列汀敏感（SHR）和不敏感（SLR）患者的腸菌樣本，發(fā)現(xiàn)SLR患者腸菌中DPP4活性明顯高于SHR組（圖4B），且擬桿菌屬豐度差異很大（圖4C）。通過(guò)糞菌移植（FMT）將SLR患者腸菌移植到小鼠體內(nèi)，檢測(cè)到腸菌DPP4活性上升，西格列汀的療效下降（圖4D）。證實(shí)了研究者的猜想。

圖4.腸菌源DPP4對(duì)2型糖尿病差異化治療效果的影響

為了解決臨床相關(guān)DPP4抑制劑無(wú)法抑制腸菌源DPP4作用的問(wèn)題，研究者通過(guò)高通量篩選，從107000種小分子化合物庫(kù)中找到了特異性微生物DPP4抑制劑Dau-d4，與btDPP4結(jié)合的KD達(dá)到0.27μM，而西格列汀為12.6μM（圖5A）。在疾病小鼠模型中，Dau-d4能有效改善糖耐量，和西格列汀聯(lián)用則能進(jìn)一步增強(qiáng)治療效果（圖5B）。

圖5.Dau-d4能特異性抑制腸菌源DPP4改善糖耐量

腸道菌群與機(jī)體健康、疾病治療之間有著復(fù)雜多樣的關(guān)系，SPF小鼠、無(wú)菌鼠、基因編輯小鼠模型及FMT技術(shù)作為重要的研究工具和手段越來(lái)越多地出現(xiàn)在各大權(quán)威期刊上。江蘇集萃藥康擁有品系齊全的基因編輯小鼠模型，無(wú)菌鼠與菌群研究服務(wù)平臺(tái)擁有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的無(wú)菌鼠生產(chǎn)規(guī)模和FMT操作技術(shù)，可承接菌群與代謝、菌群與炎癥、抗腫瘤藥與菌株聯(lián)合評(píng)價(jià)、基因與菌群互作、疾病造模等多種類(lèi)型項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)菌株進(jìn)、數(shù)據(jù)出的一站式服務(wù)。歡迎咨詢(xún)合作。

參考文獻(xiàn)：[1] Kai Wang et al. ,Microbial-host-isozyme analyses reveal microbial DPP4 as a potential antidiabetic target.Science381,eadd5787(2023).