清华大学深圳国际研究生院​邢新会团队构建火麻仁DPP-IV抑制肽挖掘方法并解析调控肠道菌群改善糖代谢机制

糖代谢紊乱与糖尿病、肥胖、脂肪肝以及多种心血管疾病的发生发展密切相关。目前，从天然食物蛋白资源中挖掘具有DPP-IV抑制活性的生物活性肽已成为备受关注的重要策略。然而，许多天然蛋白资源缺乏基因组和蛋白质组信息，阻碍了新型DPP-IV抑制肽的高效发掘。传统方法存在工作量大、周期长、成本高等问题。因此，如何建立高通量集成挖掘技术，从天然蛋白资源中发现可用于功能性食品和肽类药物开发的DPP-IV抑制肽，仍面临重大挑战。

近日，清华大学深圳国际研究生院邢新会教授团队通过采用分子对接、机器学习、酶组学、蛋白质组学技术，结合肠道类器官模型构建了基于DPP-IV抑制的高通量多肽筛选体系，挖掘了具有DPP-IV抑制能力的活性多肽VAMP并解析了其对肠道菌群的调控作用，为天然生物活性肽的发掘及血糖紊乱干预提供了新视角。

图1.基于团队构建的多组学、分子对接、机器学习及肠道类器官模型的DPP-IV抑制活性肽的高通量筛选方法体系构建

研究团队首先采用多种酶水解策略结合体外/体内功能验证，系统筛选了火麻仁蛋白（HSP）中具有DPP-IV抑制活性的酶解产物（图2A）。结果表明，其中嗜热菌蛋白酶（thermolysin）酶解产物（TPH）表现出最强的DPP-IV抑制活性，并能显著提升肠道类器官中活性GLP-1水平（图2B-F）。进一步实验证实，TPH干预可显著改善肥胖相关指标，提高血浆总GLP-1及活性GLP-1水平，改善糖代谢。

研究团队进一步通过虚拟筛选并辅以体外活性验证，系统挖掘了其中的关键活性肽序列（图2G）。结果表明，四肽VAMP表现出最强的DPP-IV抑制能力（图2H-M）。进一步模拟胃肠消化实验表明VAMP能耐受胃蛋白酶和胰蛋白酶的降解（图2N），并且VAMP在TPH中的含量最为丰富，占比0.5%左右。VAMP与DPP-IV作用动力学解析结果显示，VAMP是通过竞争性结合抑制DPP-IV活性（图2O），共晶结构解析发现，VAMP与DPP-IV活性中心可形成氢键及盐桥作用（图2P-Q）。此外，VAMP能以剂量依赖方式抑制DPP-IV活性并提升活性GLP-1水平（图2R-S）。

图2.火麻仁蛋白酶解产物中DPP-IV抑制肽的挖掘

研究团队评估了VAMP在糖代谢异常小鼠中的作用效果发现，VAMP干预显著提升了肠道和循环中活性GLP-1水平，并有效改善了糖代谢和胰岛素抵抗（图3A-H）。同时，研究团队发现VAMP干预可显著增强肠道屏障完整性，并缓解代谢性内毒素血症（图3I-O），进一步通过药代动力学分析显示VAMP口服生物利用度为10.54%，在其血药浓度达到峰值时仍有74.18%的VAMP存在于肠道内容物中（图3P-Q），这表明除了抑制肠道DPP-IV活性外，VAMP可能通过直接作用于肠道菌群发挥调控作用。研究结合肠道菌群变化结果，发现VAMP通过抑制肠道DPP-IV活性和改善肠道屏障功能，改善糖代谢紊乱问题（图3R-U）。

研究团队进一步证实，VAMP可被菌群降解，同时显著促进嗜黏蛋白阿克曼菌（A. muciniphila）增殖（图3V），其潜在机制可能为VAMP处理促进了肽聚糖的生物合成（图3W-Z）。特异性的嗜黏蛋白阿克曼菌清除模型实验显示VAMP干预显著增加了嗜黏蛋白阿克曼菌的丰度，但其降糖效应和肠道屏障改善作用在苄达明叠加后完全消失，表明VAMP对嗜黏蛋白阿克曼菌的促进是VAMP发挥糖代谢改善的另一重要途径。

图3.VAMP抑制肠道DPP-IV并促进阿克曼菌增殖

综上，研究建立的整合筛选方法为生物活性肽挖掘提供了新范式。新发现的火麻仁来源四肽VAMP通过抑制DPP-IV活性和特异性促进阿克曼氏菌增殖的双重机制改善糖代谢，为开发基于天然活性肽的降糖干预策略提供了理论依据和可靠方法。

相关研究成果以“新型四肽通过抑制DPP-IV以及调节肠道菌群改善糖代谢”（Discovery of a novel tetrapeptide as glucose homeostasis modulator with bifunctionalities of targeting DPP-IV and microbiota）为题，于8月11日发表于《宏基因组》（iMeta）。

清华大学深圳国际研究生院助理研究员陈海红为论文第一作者，深圳国际研究生院教授邢新会为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金青年科学基金、深圳市科技创新局面上项目、广东省基础与应用基础研究基金自然科学面上项目、深圳市可持续发展专项、河池市科学技术局重点研发计划项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/imt2.70072

供稿：深圳国际研究生院

编辑：李华山

审核：郭玲