《Nature》腸內菌干擾常用血糖藥作用?! 美研究揭新酵素作用機制

2022/01/06
《Nature》腸內菌干擾常用血糖藥作用?! 美研究揭新酵素作用機制
微生物影響健康無所不在!美國普林斯頓大學(Princeton University)研究團隊新發現一類由腸道細菌產生的Maks酵素,可能會和第二型糖尿病患者經常使用的口服降血糖藥acarbose交互作
微生物影響健康無所不在!美國普林斯頓大學(Princeton University)研究團隊新發現一類由腸道細菌產生的Maks酵素,可能會和第二型糖尿病患者經常使用的口服降血糖藥acarbose交互作用,進而影響到藥效。這項研究刊登在2021年12月的《Nature》。
 
Acarbose是一項行之有年的常用糖尿病處方藥,它藉由抑制人體內負責分解碳水化合物的酵素,延緩葡萄糖在腸道的吸收,進而幫助患者控制血糖濃度。它最早是在土壤的放線菌(Actinoplanes)發現、分離出來的成分,在自然環境中,acarbose是放線菌和其他種類細菌競爭碳水化合物來源的策略。
 
不過,放線菌在釋出acarbose抑制其他細菌的同時,也會表現另一種acarbose的「解毒劑」(antidote),稱作「acarbose激酶」 (acarbose kinase),它能夠透過修飾acarbose使其不活化。
 
研究團隊認為,這種使acarbose不活化的能力可能並非土壤放線菌獨有,可能也存在於人體內的微生物體(microbiome,即微生物的集合體)。因此他們從NCBI數據庫中的人類微生物體DNA序列中,找出70種與acarbose不活化潛在相關的基因,再從中挑選出9個基因,並將其合成出對應的酵素蛋白質。
 
最後,研究團隊找出一種和acarbose激酶功能相似的酵素,在實驗室中能夠阻斷acarbose的活性,且當這個基因被導入缺乏acarbose不活化能力的口腔細菌時,能讓該細菌獲得對acarbose的抗性。
 
此外,研究團隊還與美國能源部研究機構——國家同步輻射光源-II (NSLS-II)的高自動化巨分子結晶學(AMX)及尖端圍聚焦巨分子結晶學(FMX)實驗工作站合作,以X光結晶學分析這種酵素的結構。
 
分析結果顯示,這個酵素擁有和放線菌的acarbose激酶相似的結構,研究團隊便依據這項新發現,新命名了「微生物體衍生acarbose激酶」(microbiome-derived acarbose kinases, Maks)的蛋白質家族。
 
研究團隊接著發現,人類腸道中有許多細菌都具有表現Maks蛋白基因的能力,且存在於廣泛的人類族群中,這意味著許多人體內可能都存在著對acarbose這種糖尿病藥物產生抗性的細菌。
 
為了進一步探索Maks是否會影響糖尿病患者使用acarbose藥物的效果,在美國羅格斯大學(Rutgers Univeristy)趙立平(Liping Zhao)教授協助之下,研究團隊分析了16位接受acarbose治療但沒有其他介入的臨床試驗患者群。
 
結果發現在這16人之中,體內含有生成Maks能力微生物的患者群,在使用acarbose的藥效確實較低。研究團隊表示,雖然分析的患者不多,未來仍需要更大規模的臨床試驗來了解微生物體的Maks酵素在影響acarbose治療糖尿病的效果,但這確實指出一項在人類微生物體與重要臨床藥物之間未曾發現的交互作用。
 
參考資料:
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=219331
 
(編譯 / 吳培安)