近日，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部姜長濤教授聯(lián)合北京大學(xué)第三醫(yī)院喬杰院士、化學(xué)學(xué)院雷曉光教授等多研究團(tuán)隊在Science雜志發(fā)表了研究成果^[1]，首次提出了腸道菌源宿主同工酶新概念，發(fā)現(xiàn)：菌源宿主同工酶在腸道中廣泛存在，能夠模擬宿主酶的功能，參與疾病的發(fā)生發(fā)展；此外，還發(fā)現(xiàn)了首個對菌源DPP4具有高活性和強(qiáng)選擇性的小分子抑制劑Dau-d4，可通過特異性抑制菌源DPP4，改善糖耐量異常，為靶向腸道菌群的代謝性疾病的精準(zhǔn)化治療帶來新突破。

一、研究內(nèi)容與思路
1、微生物-宿主同工酶的功能篩選
研究者建立了一個篩選平臺來鑒定可能影響宿主功能的微生物-宿主同工酶，收集了3名健康志愿者的新鮮糞便樣本以及小鼠的新鮮糞便樣本，對110種在各種人類疾病中起作用的酶進(jìn)行了篩選。利用該系統(tǒng)，研究者發(fā)現(xiàn)71種酶在腸道菌群中存在同工酶，而這些酶種類多樣、功能全面，提示菌源宿主同工酶在腸道中廣泛存在，可能有效模擬宿主酶的功能。
在所有的人類樣本中，菌源宿主同工酶活性最高的是DPP4。此外，飼養(yǎng)在普通環(huán)境的小鼠糞便中，DPP4活性顯著高于無菌小鼠。DPP4是一個常用的2型糖尿病治療靶點，腸道DPP4是降解GLP-1調(diào)節(jié)葡萄糖耐量所必需的。
基于上述理論基礎(chǔ)，研究者給予無菌小鼠廣譜抗生素灌胃處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠腸外組織和血漿的GLP-1活性和總水平卻沒有變化。但當(dāng)給小鼠喂食HFD且增加了腸道屏障通透性或給予低濃度葡聚糖硫酸鈉（DSS）或吲哚美辛增加腸通透性后，發(fā)現(xiàn)可見DPP4活性增加和GLP-1活性降低，糖耐量異常。

研究思路：研究者構(gòu)建了一個新的篩選平臺，在人類以及小鼠新鮮糞便樣本發(fā)現(xiàn)了菌源宿主同工酶的存在，并以最活躍的DPP4為研究對象開展后續(xù)研究。首先，研究者探索了“在什么情況下會影響腸道DPP4以及GLP-1”，以便開展后續(xù)實驗。

2、產(chǎn)生DPP4的細(xì)菌的鑒定
進(jìn)一步，研究者鑒定了DPP4的微生物生產(chǎn)者。通過腸道共生菌株的分離培養(yǎng)、DPP4活性檢測，發(fā)現(xiàn)了多形擬桿菌、普通擬桿菌等多種擬桿菌屬細(xì)菌均具有菌源DPP4活性。同時，研究者還發(fā)現(xiàn)菌源DPP4（btDPP4）對GLP-1活性最強(qiáng)，甚至高于人類DPP4（hDPP4）。

研究思路：明確了“在腸道屏障受損時DPP4會發(fā)生變化”后，研究者進(jìn)一步定位了分泌DPP4影響腸道的具體菌群，為后續(xù)構(gòu)建動物模型作鋪墊。

3、微生物DPP4破壞宿主葡萄糖穩(wěn)態(tài)
研究者探究了DPP4在宿主葡萄糖代謝中的作用，采用CRISPR-Cas4系統(tǒng)并構(gòu)建多種小鼠模型來過表達(dá)或沉默DPP4進(jìn)行研究，給予HFD破壞了腸道屏障，最終發(fā)現(xiàn)：多形擬桿菌可以以btDPP4依賴的方式降低宿主活性GLP-1水平，誘導(dǎo)糖耐量異常。

研究思路：第二步研究發(fā)現(xiàn)多形擬桿菌會分泌DPP4，加上已有相關(guān)研究表明“DPP4是2型糖尿病的疾病治療靶點之一”，基于此，研究者驗證了在小鼠模型中，DPP4在葡萄糖代謝中發(fā)揮的作用，與第一步研究相呼應(yīng)，同時點明了btDPP4的重要作用。

4、臨床DPP4抑制劑不抑制微生物DPP4
研究者研究了DPP4抑制劑西格列汀是否可以抑制微生物DPP4，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，西格列汀對btDPP4的抑制作用較弱。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，可能原因是btDPP4-西格列汀復(fù)合物結(jié)構(gòu)存在弱TMTP接觸導(dǎo)致的，可變V/VI接頭基序可能是西格列汀對不同DPP4抑制效果不同的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
研究者進(jìn)一步開展了西格列汀臨床試驗和動物研究，采用多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析、菌群移植、噬菌體靶向干預(yù)等多項實驗，發(fā)現(xiàn)多形擬桿菌產(chǎn)生的btDPP4影響了西格列汀的治療效果，解釋了為什么西格列汀抑制效果因人而異。此外，還表明，后續(xù)需要抑制hDPP4和btDPP4，以更有效地改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)。

研究思路：西格列汀是臨床常用DPP4抑制劑，但療效因人而異，原因一直有待發(fā)掘。研究者探究了西格列汀是否能影響btDPP4，結(jié)果顯示影響較小，可能原因是：西格列汀只影響了hDPP4而弱作用btDPP4，導(dǎo)致治療效果較差。這一步將科研與臨床實際相結(jié)合，提出了適合的臨床治療改進(jìn)方案。

5、Dau-d4是一種特異性btDPP4抑制劑
研究者建立了一種使用btDPP4蛋白的高通量藥物篩選系統(tǒng)，通過對約107,000個小分子化合物的高通量篩選，發(fā)現(xiàn)了蝙蝠葛蘇林堿（Dau）具有最強(qiáng)的btDPP4抑制活性，但對hDPP4沒有抑制作用。

進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)改造與活性評價顯示，Dau的衍生物Dau-d4對菌群DPP4有著很強(qiáng)的抑制作用，還對hDPP4存在一定抑制作用，從而在不影響腸道共生菌的生長與組成的情況下改善了糖代謝紊亂。