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近日(ri)，北京大学医学部姜长(zhang)涛教授联合北京(jing)大学第三(san)医院乔杰院士、化学(xue)学(xue)院雷晓光(guang)教(jiao)授等多(duo)研(yan)究团队在Science杂(za)志发表了研究成(cheng)果^[1]，首次提出了肠道菌源宿主同工酶新概念，发现：菌源宿主同工酶在肠道中广泛存在，能够模拟宿主酶的功能，参与疾病的发生发展；此外，还发现了首个对菌源DPP4具有高活性和强选择性的小分子抑制剂Dau-d4，可通过特异(yi)性(xing)抑制菌源DPP4，改善糖耐量异(yi)常，为靶向肠道菌群的代谢性(xing)疾(ji)病的精准化治疗带来新突破。

一、研(yan)究内(nei)容(rong)与(yu)思路(lu)
1、微生物(wu)-宿(su)主同工酶的功(gong)能筛(shai)选(xuan)
研究(jiu)者(zhe)建立(li)了一个筛选(xuan)平台来鉴(jian)定可能(neng)影响宿(su)(su)主(zhu)功能(neng)的(de)微生物-宿(su)(su)主(zhu)同工酶(mei)(mei)(mei)，收集了3名(ming)健康志愿(yuan)者(zhe)的(de)新(xin)鲜粪便(bian)样本以及小鼠的(de)新(xin)鲜粪便(bian)样本，对110种在(zai)各种人类疾病(bing)中(zhong)起作用的(de)酶(mei)(mei)(mei)进行了筛选(xuan)。利用该系统，研究(jiu)者(zhe)发现71种酶(mei)(mei)(mei)在(zai)肠(chang)道(dao)菌群中(zhong)存(cun)(cun)在(zai)同工酶(mei)(mei)(mei)，而这(zhei)些酶(mei)(mei)(mei)种类多(duo)样、功能(neng)全面，提(ti)示菌源宿(su)(su)主(zhu)同工酶(mei)(mei)(mei)在(zai)肠(chang)道(dao)中(zhong)广(guang)泛存(cun)(cun)在(zai)，可能(neng)有效模拟宿(su)(su)主(zhu)酶(mei)(mei)(mei)的(de)功能(neng)。
在所有的人(ren)类样(yang)本中，菌源(yuan)宿主同工酶活性最高的是(shi)DPP4。此外，饲养在普通环境的(de)小(xiao)(xiao)鼠粪便(bian)中，DPP4活性显著高于无菌小(xiao)(xiao)鼠。DPP4是(shi)一个(ge)常用的(de)2型糖尿病治(zhi)疗靶点，肠道DPP4是(shi)降解(jie)GLP-1调节(jie)葡萄糖耐量(liang)所必需的(de)。
基(ji)于上述理(li)论(lun)基(ji)础，研究(jiu)者给(ji)予(yu)无菌(jun)小(xiao)鼠(shu)广谱抗生(sheng)素灌胃处理(li)。结(jie)果发现，小(xiao)鼠(shu)肠(chang)外组织和(he)血(xue)浆(jiang)的GLP-1活性(xing)(xing)和(he)总水平(ping)却没有变化。但当(dang)给(ji)小(xiao)鼠(shu)喂食(shi)HFD且增加了肠(chang)道屏障通透性(xing)(xing)或(huo)给(ji)予(yu)低浓度葡(pu)聚糖硫酸钠（DSS）或吲哚(duo)美辛增(zeng)(zeng)加(jia)肠通透性(xing)后，发现可见DPP4活性(xing)增(zeng)(zeng)加(jia)和GLP-1活性(xing)降低，糖耐(nai)量(liang)异常(chang)。

研究思路：研(yan)究者(zhe)构建了一个新的筛选平台，在人类以及小鼠新鲜(xian)粪便(bian)样本(ben)发现了菌源宿主同工酶的存在，并以最活跃的DPP4为研(yan)究对象开展后(hou)(hou)续研(yan)究。首先，研(yan)究者(zhe)探索了“在什么情况下会(hui)影(ying)响肠道(dao)DPP4以及GLP-1”，以便(bian)开展后(hou)(hou)续实(shi)验。

2、产生DPP4的(de)细(xi)菌的(de)鉴(jian)定
进一步，研究者鉴定了DPP4的(de)微生物生产(chan)者。通过肠(chang)道共生菌(jun)株的(de)分离培养、DPP4活性检(jian)测，发现了多形拟(ni)杆菌(jun)、普通拟(ni)杆菌(jun)等(deng)多种拟(ni)杆菌(jun)属细菌(jun)均具有菌(jun)源(yuan)DPP4活性。同时，研究者还发现菌(jun)源(yuan)DPP4（btDPP4）对GLP-1活性最强，甚至高于人(ren)类DPP4（hDPP4）。

研究思路：明确了“在肠道屏障受损时DPP4会发生变化”后，研究者进一步定位了分泌DPP4影响肠道的具体(ti)菌(jun)群，为后续构建动物模型作铺垫。

3、微(wei)生物DPP4破坏(huai)宿(su)主葡萄糖稳(wen)态
研究者探究了DPP4在宿主葡萄糖代谢中的作用，采用CRISPR-Cas4系统并构建多种小鼠模型来过表达或沉默DPP4进行研究，给予HFD破坏了肠道屏障，最终发现：多形拟杆菌可以以btDPP4依赖的方式降低宿主活性GLP-1水平，诱导糖耐量异常。

研究(jiu)思(si)路(lu)：第二(er)步研究(jiu)发(fa)现(xian)多(duo)形拟杆菌会分泌(mi)DPP4，加(jia)上已有相关研究(jiu)表明“DPP4是2型糖尿病(bing)的疾病(bing)治疗(liao)靶点(dian)之(zhi)一”，基(ji)于此，研究(jiu)者验证(zheng)了(le)在小鼠模型中，DPP4在葡萄糖代(dai)谢中发(fa)挥的作用，与第一步研究(jiu)相呼应，同时点(dian)明了(le)btDPP4的重要作用。

4、临床DPP4抑(yi)制(zhi)剂不抑(yi)制(zhi)微生物DPP4
研究者研究了DPP4抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)剂西(xi)(xi)(xi)格(ge)列汀(ting)是否可以抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)微生物(wu)(wu)DPP4，结(jie)(jie)果发现，西(xi)(xi)(xi)格(ge)列汀(ting)对(dui)btDPP4的(de)(de)抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)作用(yong)较弱。进(jin)一步(bu)分析发现，可能原因是btDPP4-西(xi)(xi)(xi)格(ge)列汀(ting)复合物(wu)(wu)结(jie)(jie)构存在弱TMTP接触导致的(de)(de)，可变(bian)V/VI接头基序可能是西(xi)(xi)(xi)格(ge)列汀(ting)对(dui)不同DPP4抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)效果不同的(de)(de)结(jie)(jie)构基础。
研究者进一步开展了西格(ge)(ge)列(lie)汀(ting)临(lin)床(chuang)试(shi)验和(he)动物研究，采用多组学关联分(fen)析、菌(jun)群移植、噬(shi)菌(jun)体靶向干(gan)预等多项实验，发现多形拟杆菌(jun)产(chan)生的(de)btDPP4影响了西格(ge)(ge)列(lie)汀(ting)的(de)治疗效果(guo)，解释了为什么西格(ge)(ge)列(lie)汀(ting)抑制效果(guo)因(yin)人而异。此外，还(hai)表明，后续需要(yao)抑制hDPP4和(he)btDPP4，以更有效地改(gai)善(shan)葡萄糖稳(wen)态。

研究(jiu)(jiu)思路：西格(ge)列(lie)(lie)(lie)汀是(shi)临床常用DPP4抑(yi)制剂，但(dan)疗效(xiao)因人而(er)异，原(yuan)因一直有待发掘。研究(jiu)(jiu)者探(tan)究(jiu)(jiu)了(le)西格(ge)列(lie)(lie)(lie)汀是(shi)否(fou)能(neng)影(ying)(ying)响(xiang)btDPP4，结果(guo)显示(shi)影(ying)(ying)响(xiang)较小，可能(neng)原(yuan)因是(shi)：西格(ge)列(lie)(lie)(lie)汀只影(ying)(ying)响(xiang)了(le)hDPP4而(er)弱作(zuo)用btDPP4，导致治(zhi)疗效(xiao)果(guo)较差(cha)。这一步将科研与临床实(shi)际相结合(he)，提出了(le)适(shi)合(he)的临床治(zhi)疗改进方案(an)。

5、Dau-d4是一种特异(yi)性btDPP4抑制剂
研究(jiu)者(zhe)建立了一种使用btDPP4蛋白(bai)的高通量(liang)(liang)药物(wu)筛选系(xi)统，通过对约107,000个(ge)小分(fen)子化合物(wu)的高通量(liang)(liang)筛选，发现了蝙蝠(fu)葛苏林碱（Dau）具有最强的btDPP4抑制活性，但对hDPP4没有抑制作用。

进一步的结构改造与活性评价显示，Dau的衍生物Dau-d4对菌群DPP4有着很强的抑制作用，还对hDPP4存在一定抑制作用，从而在不影响肠(chang)道共生菌的生长与组成(cheng)的情况下改善了糖代谢紊乱。