激酶|《自然》：肠菌“钝化”降糖药！科学家首次发现，口腔和肠道中特定微生物为了生存，能表达让阿卡波糖失活的酶丨科学大发现科学|口腔|基因组|微生物|阿卡

阿卡波糖， 2型糖尿病常用的降糖药，万万没想到还是被肠道菌群打败了。
美国普林斯顿大学的Mohamed S. Donia教授及其团队和其他合作单位，在顶级期刊《自然》杂志上发表重要研究成果[1] 。
他们通过宏基因组测序结合生物化学以及结构学等实验分析，发现部分人群的口腔和肠道中天然存在抑制阿卡波糖活性的细菌，它们通过表达阿卡波糖磷酸酶使之失活，减弱了阿卡波糖控制血糖的效果。

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【激酶|《自然》：肠菌“钝化”降糖药！科学家首次发现，口腔和肠道中特定微生物为了生存，能表达让阿卡波糖失活的酶丨科学大发现】2019年在中国市场销售额达75亿的阿卡波糖片，糖尿病患者肯定不会陌生。其成分阿卡波糖是一种复杂低聚糖，可以竞争性结合肠道中的α-葡萄糖苷酶（包括唾液淀粉酶和胰淀粉酶）并抑制其活性，从而中止或减缓麦芽糖、异麦芽糖、淀粉及蔗糖等碳水化合物的分解，降低产物葡萄糖的形成和吸收，缓解餐后高血糖，达到降低血糖的作用[2] 。
阿卡波糖本身无法被人体吸收或利用，仅在肠腔中发挥作用。然而除了人体细胞之外，肠道菌群也可以表达α-葡萄糖苷酶，这么一来这些细菌对碳水化合物的利用也受到了阿卡波糖影响。科学家们已经发现，服用阿卡波糖会造成肠道中代谢产物环境的改变，影响肠道菌群的结构。
这真是菌在肠中坐，锅从天上来。肠道菌群定然不会坐以待毙。
果不其然，科学家已经发现有些类别的细菌在病人服用阿卡波糖后的丰度更高[3] ，但具体是哪些菌株通过何种机理适应了新的环境，菌群的改变对糖尿病的治疗有正面还是负面的影响还不清楚。

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工业上用来生产阿卡波糖的是一种放线菌属的工程菌 Actinoplanes sp. SE50/110 ，它自身可以表达一种阿卡波糖激酶（AcbK） [4] ，对阿卡波糖进行磷酸化从而抑制其活性，这样一来 Actinoplanes sp. SE50/110就可以在生产阿卡波糖的同时，正常利用寡糖进行新陈代谢。
研究人员由此想到的是，会不会那些丰度变高的细菌同样表达了阿卡波糖激酶呢？
NCBI数据库里已经有大量的人类口腔拭子、生殖道拭子和粪便样品的宏基因组测序数据，在3212份样品中， Donia团队比对出 82种微生物编码的碳水化合物激酶（基因名mck1-mck82），其中3个是土壤微生物表达的阿卡波糖激酶（基因名AcbK ， GacK ， ScatK），另外有21个碳水化合物激酶和阿卡波糖激酶呈高度同源性。

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▲ 肠道菌群来源mak基因系统发育树（左）以及部分Mak磷酸化阿卡波糖的酶催化效率（右）
接下来， Donia团队在大肠杆菌种表达了其中9个与阿卡波糖激酶同源的碳水化合物激酶基因，并拿到了纯化后的蛋白，与阿卡波糖和ATP共孵育，再用高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）检测阿卡波糖的磷酸化的速率。
其中 8个碳水化合物激酶表现出磷酸化阿卡波糖的能力，速度分别是阳性对照 Actinoplanes sp. SE50/110来源的阿卡波糖激酶AcbK的1/17到2倍。这8个基因及其对映的激酶被定义为肠道菌群来源的阿卡波糖激酶（microbiome-derived acarbose kinases, Maks）。
当Donia团队回看这8种经鉴定的maks在那3212份样品中的阳性率时，他们发现在几份口腔拭子样品中存在maks（至少一种）的比率最高，能达到59%（144/243）甚至94%（249/264），主要来自放线菌门的 Actinomyces oris , 厚壁菌门的 Solobacterium moorei 以及梭杆菌门的 Leptotrichia trevisanii。 Maks在粪便样品中检出的比率较低，其中mak16是唯一一个只出现在粪便而非口腔样品的阿卡波糖激酶，其来源是厚壁菌门的 Turicibacter sanguinis，携带mak16的粪便样品约为4-11% 。