Adv Sci | 郑大一附院揭示卡格列净通过肠道菌群代谢物靶向乙二醛酶GLO1改善肾损伤
分类:科学前沿 发布时间:2026-06-03 16:23:44

糖尿病肾病(DKD)是糖尿病高发微血管并发症,也是终末期肾病首要诱因。尽管SGLT2抑制剂卡格列净(Canagliflozin)已被证实能显著降低DKD患者尿白蛋白,改善肾功能,但其独立于降糖之外的肾脏保护机制尚不清楚。

近日,郑州大学附属第一医院秦贵军、赵艳艳研究团队在《Advanced Science》(IF=14.1)发表题为“Canagliflozin Alleviates Diabetic Glomerular Endothelial Injury via Melibiose in a Microbiota-Dependent Manner”的研究论文。本研究发现卡格列净通过重塑肠道菌群、上调菌群关键代谢物蜜二糖,而发挥肾保护作用。进一步通过DARTS+MS技术发现蜜二糖直接靶向GLO1,抑制AGE-RAGE通路,从而保护肾小球内皮屏障。为卡格列净的肾保护作用提供了全新的“肠-肾轴”分子机制解释,同时为DKD的治疗提供了全新的先导化合物和直接靶点。(达吉特为本研究提供了DARTS筛靶技术服务)

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01、卡格列净通过重塑肠道菌群,发挥肾保护作用

首先在85例卡格列净治疗的DKD患者及85例对照患者中开展前瞻性队列研究,证实卡格列净可有效改善患者肾功能(图1A)。16S rRNA测序显示,治疗26周后患者肠道菌群组成显著改变,Roseburia intestinalis(肠道罗斯氏菌)特异性富集,且与尿白蛋白/肌酐比值呈显著负相关(图1B)。

在DKD小鼠模型中,卡格列净同样改善肾小球内皮损伤,恢复内皮窗孔结构,上调屏障蛋白并下调损伤标志物,同时增加Roseburia富集(图1C-D)。粪菌移植(FMT)来自卡格列净治疗小鼠的菌群可复制相似的保护效应,而抗生素清除肠道菌群则使卡格列净的保护作用显著减弱(图1E)。提示卡格列净的肾保护作用与肠道菌群密切相关。

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图1  卡格列净通过重塑肠道菌群,发挥肾保护作用

02、蜜二糖是介导卡格列净肾保护作用的关键代谢物

为进一步验证关键菌株作用,研究者给DKD小鼠活体灌胃Roseburia, 结果显示其可显著定植肠道发挥肾保护作用,而热灭活菌株无此效应(图2A)。为明确该效应的内在机制,研究者采用代谢组学筛选血浆差异代谢物,发现卡格列净治疗后血浆中微生物来源二糖Melibiose(蜜二糖)显著升高,且与Roseburia丰度呈显著相关(图2B-C)。动物实验证实,在不影响血糖的情况下,蜜二糖可显著降低白蛋白尿,改善肾功能,证实蜜二糖是卡格列净通过肠道菌群发挥肾保护作用的核心代谢物(图2D-E)。

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图2  蜜二糖是介导卡格列净肾保护作用的关键代谢物

03、DARTS技术鉴定蜜二糖的直接靶点为GLO1

研究者首先通过转录组测序分析蜜二糖调控的信号通路,发现蜜二糖能够显著抑制AGE-RAGE通路,并下调下游炎症因子表达(图3A)。为明确蜜二糖的直接作用靶点,研究团队通过药物亲和反应靶向稳定性(DARTS+MS)技术筛选鉴定。在72个候选蛋白中锁定了乙二醛酶1GLO1,该酶负责毒性分子甲基乙二醛解毒,同时是AGE生成上游关键调控蛋白(图3B)CETSA+WB、MST等实验证实蜜二糖与GLO1直接结合(图3C-D),分子对接和点突变实验进一步明确,蜜二糖通过与GLO1的R38和N104残基形成氢键发挥作用(图3E)。

功能实验证实,GLO1过表达可模拟蜜二糖的内皮保护作用,而内皮特异性GLO1敲除或敲低则显著加重损伤。蜜二糖靶向增强GLO1酶活性,而不改变其蛋白表达水平,从而降低甲基乙二醛含量,抑制AGE-RAGE信号通路,同时下调TNF-α、IL-6等炎症因子(图3F-G)。

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图3  DARTS技术鉴定蜜二糖的直接靶点为GLO1

04、蜜二糖前体物质的临床治疗价值

为评估临床转化潜力,研究团队开展12周前瞻性试点研究,给早期DKD患者补充蜜二糖的前体物质水苏糖。结果显示,水苏糖显著升高患者血浆蜜二糖水平,降低尿白蛋白肌酐比,且未观察到严重不良反应(图4A-F)。这一结果为蜜二糖作为DKD辅助治疗策略提供了初步临床证据。

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图4  蜜二糖前体物质的临床治疗价值

|   总结与讨论

传统药物机制研究多聚焦于小分子与蛋白质的直接结合,但本研究同时揭示了一个重要新视角:部分小分子药物发挥疗效未必完全依赖直接靶向调控蛋白,也可能通过调控肠道菌群及其代谢物间接实现治疗作用。正如卡格列净的肾保护作用是通过重塑肠道菌群富集Roseburia进而增加活性代谢物蜜二糖,最终靶向GLO1而产生的。越来越多的研究表明,“药物-肠道有益菌-活性代谢物--关键靶蛋白”的作用链条可能是许多药物的“隐形”作用路径。科研人员在开展靶点挖掘、新药筛选工作时,除常规探究小分子与机体蛋白的直接相互作用、挖掘下游经典信号通路外,可新增肠道菌群调控的研究维度,从菌群变化、微生物来源代谢产物入手反向溯源药物起效路径,尤其在天然产物、老药新用等研究领域,肠道介导的药效通路有望成为诸多难解释药理作用的关键突破口。

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本研究从临床表现到分子机制层层递进,完整揭示了卡格列净的作用机制,借助DARTS靶点筛选技术精准锚定GLO1,为基于肠-肾轴的糖尿病肾病新型靶点发现与药物干预策略提供了重要科学依据。未来,结合肠道菌群调控与精准靶点鉴定技术,也有望加速发现更多基于微生物代谢物的疾病创新疗法。

本研究中关键的DARTS靶点筛选实验由达吉特提供专业技术服务。作为小分子靶点研究的领先服务平台,达吉特在靶点筛选等领域具备成熟服务体系。相较传统方法,我司在DARTS技术方面通过优化动态酶浓度摸索、最适实验条件设置及跑胶预处理,全面把控实验流程细节,使鉴定结果更为准确可靠。此外,达吉特已积累丰富经验,覆盖细胞、组织、复方/混合物、微生物代谢物等多种复杂样本,并能提供深度结果解读,助力客户快速锁定核心靶点。

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|   达吉特DARTS服务部分代表性客户成果

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8. Wang SW, Li P, Liu SY, et al. Astragaloside IV inhibits retinal pigment epithelial cell senescence and reduces IL-1β mRNA stability by targeting FTO-mediated m6A methylation. Phytomedicine. 2025;138:156408. doi:10.1016/j.phymed.2025.156408

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