Science：微生物-宿主-同工酶分析揭示了微生物DPP4作为潜在的降糖靶点

背景

肠道微生物群可以通过产生与宿主功能相似的酶来调节宿主的生理和病理生理。然而，通过基于测序的研究很难鉴定这些微生物-宿主同工酶，因为在不同物种中具有相似功能的酶可能缺乏序列保守性。基于活性的功能性蛋白筛选框架对于微生物-宿主同工酶的发现和表征更为可靠，这将有助于更深入地了解肠道微生物-宿主的交互作用。

简介

2023年8月4日，来自中国北京大学的Kai Wang及其团队在Science (IF: 56.9)杂志上发表名为Microbial-host-isozyme analyses reveal microbial DPP4 as a potential antidiabetic target的研究[1]。

主要结果

微生物-宿主同工酶的功能筛选

我们建立了一个筛选平台，以鉴定可能影响宿主功能的微生物-宿主同工酶 (图1A)。混合粪便培养方法的一个主要挑战是在体外培养期间保持微生物群的多样性和组成。收集3名健康志愿者的新鲜粪便样本，在10种常用的肠道菌群培养培养基中培养2天，然后进行16S核糖体RNA  (16S ribosomal RNA, rRNA)基因测序。我们发现，脑心灌注 (BHI)培养基支持细菌群落的生长，同时保持了与在粪便样本中观察到的相似的组成和多样性。为了减少兼性厌氧菌如肠球菌和志贺菌的过度生长，我们选择氟米龙作为BHI (mBHI培养基)的补充剂。通过收集10份新鲜粪便样本并在mBHI培养基中培养，我们发现粪便来源的离体群落与原始粪便微生物群最大程度上相似。

微生物DPP4限制了西格列汀的疗效

由于临床DPP4抑制剂对微生物DPP4的抑制作用较弱，我们接下来测试了肠道微生物DPP4对临床DPP4抑制剂治疗效果的影响。在西格列汀治疗3个月之前和之后，从57名新诊断的T2D患者中收集血清和粪便样本，并监测糖化血红蛋白 (HbA1c)的变化，以评估西格列汀的治疗效果 (图4E)。在西他列汀干预后，观察到HbA1c葡萄糖稳态评估的高人际变异性，表明队列中对西他列汀的反应存在异质性。根据T2D的诊断标准和以前的西格列汀临床试验，我们将在西格列汀治疗期间HbA1c下降至≤6.5%或下降> 1%的患者定义为西格列汀高应答者 (SHRs，n = 34)；其他患者被定义为西格列汀低应答者 (SLRs，n = 23) (图4F)。在西格列汀治疗前，SHRs和SLRs之间的生理指标基线 (包括糖代谢)没有显著差异。SHRs比SLRs在空腹血糖方面表现出更大的改善，空腹胰岛素和空腹C肽水平相等。SLR的粪便样品中的基线DPP4活性显著高于SHRs中的基线DPP4活性 (图4G)。

Dau-d4是一种特异性微生物DPP4抑制剂

我们的研究结果表明了靶向微生物DPP4治疗T2D的潜力。因此，为了鉴定微生物DPP4的抑制剂，我们使用btDPP4蛋白开发了一个高通量的药物筛选系统，并测试了包含107000个化合物的小分子文库的抑制效果 (图5A)。在10μm的浓度下，10个化合物对btDPP4活性的抑制率超过90% (命中率0.01%；图5 B)；低命中率表明屏幕是选择性的。结果显示，Dau对btDPP4的抑制活性最强 (IC50 = 0.37μM)。由于几乎没有观察到hDPP4的抑制，因此它也具有很高的选择性。

结论及展望

肠道微生物群产生的酶与宿主酶具有相似的功能，这些酶可能在调节宿主健康和疾病方面发挥作用，但它们在很大程度上仍未得到探索。通过建立实验流程，我们探索了微生物酶在破坏宿主代谢稳态和临床治疗选择中的作用。虽然我们的离体培养产生了几种微生物-宿主同工酶，但由于酶测定的局限性，我们使用的一些底物是荧光或其他模拟物，这不能完全代表人类酶的活性。此外，我们应该注意到，我们的酶活性工作流程只能测量单个底物浓度下各同工酶的总体活性，而同工酶的来源、基因及其动力学分析值得进一步关注。此外，我们的工作流程主要基于粪便样本；然而，有研究报道粪便微生物群的组成并不能准确反映肠道环境，如结肠。因此，我们的微生物-宿主同工酶系统仅模拟了粪便微生物群的活性，不同肠段中不同酶的活性仍需进一步评估。

原文链接

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add5787

参考文献

1.Wang Kai,Zhang Zhiwei,Hang Jing et al. Microbial-host-isozyme analyses reveal microbial DPP4 as a potential antidiabetic target.[J] .Science, 2023, 381: eadd5787.

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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