近日，北京大学医学部姜长涛教授联合北京大学第三医院乔杰院士、化学学院雷晓光教授等多研究团队在Science杂志发表了研究成果^[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，可通过特异性抑制菌源DPP4，改善糖耐量异常，为靶向肠道菌群的代谢性疾病的精准化治疗带来新突破。

一、研究内容与思路
1、微生物-宿主同工酶的功能筛选
研究者建立了一个筛选平台来鉴定可能影响宿主功能的微生物-宿主同工酶，收集了3名健康志愿者的新鲜粪便样本以及小鼠的新鲜粪便样本，对110种在各种人类疾病中起作用的酶进行了筛选。利用该系统，研究者发现71种酶在肠道菌群中存在同工酶，而这些酶种类多样、功能全面，提示菌源宿主同工酶在肠道中广泛存在，可能有效模拟宿主酶的功能。
在所有的人类样本中，菌源宿主同工酶活性最高的是DPP4。此外，饲养在普通环境的小鼠粪便中，DPP4活性显著高于无菌小鼠。DPP4是一个常用的2型糖尿病治疗靶点，肠道DPP4是降解GLP-1调节葡萄糖耐量所必需的。
基于上述理论基础，研究者给予无菌小鼠广谱抗生素灌胃处理。结果发现，小鼠肠外组织和血浆的GLP-1活性和总水平却没有变化。但当给小鼠喂食HFD且增加了肠道屏障通透性或给予低浓度葡聚糖硫酸钠（DSS）或吲哚美辛增加肠通透性后，发现可见DPP4活性增加和GLP-1活性降低，糖耐量异常。

研究思路：研究者构建了一个新的筛选平台，在人类以及小鼠新鲜粪便样本发现了菌源宿主同工酶的存在，并以最活跃的DPP4为研究对象开展后续研究。首先，研究者探索了“在什么情况下会影响肠道DPP4以及GLP-1”，以便开展后续实验。

2、产生DPP4的细菌的鉴定
进一步，研究者鉴定了DPP4的微生物生产者。通过肠道共生菌株的分离培养、DPP4活性检测，发现了多形拟杆菌、普通拟杆菌等多种拟杆菌属细菌均具有菌源DPP4活性。同时，研究者还发现菌源DPP4（btDPP4）对GLP-1活性最强，甚至高于人类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影响肠道的具体菌群，为后续构建动物模型作铺垫。

3、微生物DPP4破坏宿主葡萄糖稳态
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。

研究思路：第二步研究发现多形拟杆菌会分泌DPP4，加上已有相关研究表明“DPP4是2型糖尿病的疾病治疗靶点之一”，基于此，研究者验证了在小鼠模型中，DPP4在葡萄糖代谢中发挥的作用，与第一步研究相呼应，同时点明了btDPP4的重要作用。

4、临床DPP4抑制剂不抑制微生物DPP4
研究者研究了DPP4抑制剂西格列汀是否可以抑制微生物DPP4，结果发现，西格列汀对btDPP4的抑制作用较弱。进一步分析发现，可能原因是btDPP4-西格列汀复合物结构存在弱TMTP接触导致的，可变V/VI接头基序可能是西格列汀对不同DPP4抑制效果不同的结构基础。
研究者进一步开展了西格列汀临床试验和动物研究，采用多组学关联分析、菌群移植、噬菌体靶向干预等多项实验，发现多形拟杆菌产生的btDPP4影响了西格列汀的治疗效果，解释了为什么西格列汀抑制效果因人而异。此外，还表明，后续需要抑制hDPP4和btDPP4，以更有效地改善葡萄糖稳态。

研究思路：西格列汀是临床常用DPP4抑制剂，但疗效因人而异，原因一直有待发掘。研究者探究了西格列汀是否能影响btDPP4，结果显示影响较小，可能原因是：西格列汀只影响了hDPP4而弱作用btDPP4，导致治疗效果较差。这一步将科研与临床实际相结合，提出了适合的临床治疗改进方案。

5、Dau-d4是一种特异性btDPP4抑制剂
研究者建立了一种使用btDPP4蛋白的高通量药物筛选系统，通过对约107,000个小分子化合物的高通量筛选，发现了蝙蝠葛苏林碱（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，从而在不影响肠道共生菌的生长与组成的情况下改善了糖代谢紊乱。