中科院分子植物卓越中心等揭示肠道微生物介导的药物耐受新机制

近日，《自然-代谢》（Nature Metabolism）在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心姜卫红研究组等撰写的研究论文“Inactivation of the antidiabetic drug acarbose by human intestinal microbial-mediated degradation”。该研究发现了肠道微生物介导的药物分解代谢途径及关键酶，揭示了糖尿病一线药物阿卡波糖降解及耐药的新机制。

肠道微生物与人类协同代谢，在食物和药物的转化、修饰、降解及利用的过程中扮演着重要角色，是精准医疗中需要考虑的关键因素。阿卡波糖是治疗II型糖尿病（T2DM）的一线药物。它具有伪四糖结构，可作为α-葡萄糖苷酶的抑制剂而降低患者的血糖水平。然而，该药物临床效果个体差异较大，部分患者在长期使用后出现严重耐药。它的潜在机理特别是肠道微生物的作用有待阐明。

姜卫红研究组与郑州大学第一附属医院等机构合作，通过对临床样本的分析并利用微生物富集培养方法，确定了阿卡波糖耐药与肠道菌群之间的关联，并分离得到代谢阿卡波糖的主要肠道菌株Klebsiella grimontii TD1。进一步的宏基因组分析发现，对阿卡波糖响应较弱的患者肠道中该菌的丰度较高，且随着用药时间的延长其丰度有诱导上升的趋势。动物实验表明，Klebsiella grimontii TD1能够大幅削弱阿卡波糖在T2DM模型小鼠体内的降糖效果。该研究组进一步通过诱导富集表达谱和蛋白质谱分析等方法，在该菌中发现并鉴定了一种未报道的可代谢阿卡波糖的糖苷酶，命名为Apg（acarbose-preferred glucosidase）。该酶可将阿卡波糖降解为含有三环和二环结构的小分子产物，从而使其丧失药物功能。

此外，研究组通过结构模拟阐释了Apg的关键功能基团和催化阿卡波糖降解的潜在分子机制。种系发育分析显示，Apg及其同源基因广泛存在于肠道微生物尤其是克雷伯氏菌属中。这表明肠道细菌代谢引起的阿卡波糖耐药风险在人群中普遍存在。这种“诱导降解失活”机制可能是导致非抗生素耐药的主要原因之一。对于阿卡波糖响应低的患者，可考虑通过调节肠道微生态或靶向干预代谢酶的策略来减少耐药现象的发生。

该研究工作得到国家自然科学基金的支持。扬州大学与临港实验室的科研人员也参与了该研究。