肚子里的陌生菌

2019年2月16日 | Filed under: 制藥工業(yè),制藥企業(yè),抗腫瘤藥,新藥研發(fā),制藥常識,文獻綜合 | Posted by: 路人丙

20190216

【新聞事件】：今天的《科學(xué)》雜志發(fā)表一篇哈佛大學(xué)科學(xué)家的一項有關(guān)腸道細(xì)菌基因毒性次級代謝產(chǎn)物鑒定研究。這個小組用大腸桿菌感染人體細(xì)胞或無菌小鼠，然后用高分辨LC-MS3技術(shù)分析DNA加成產(chǎn)物。由此反推一類叫做colibactin的次級代謝產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和與DNA反應(yīng)機理。這類物質(zhì)由某些胃腸菌的一個叫做pks基因簇負(fù)責(zé)生物合成，這類pks陽性細(xì)菌在直腸癌患者中很常見。本文作者用pks陽性大腸桿菌瞬間轉(zhuǎn)染人體細(xì)胞或無菌小鼠（pks陰性菌作為對照），然后分析DNA水解物中堿基的化學(xué)修飾。作者通過同位素標(biāo)記colibactin生物合成起始氨基酸證明與DNA反應(yīng)的物質(zhì)來自colibactin合成通路，也通過化學(xué)合成在體外重復(fù)了這類毒物與DNA的加成反應(yīng)。

【藥源解析】：Colibactin因為不穩(wěn)定一直結(jié)構(gòu)未知，但這類物質(zhì)的基因毒性是以前就知道的。以前分析鑒定過一些Colibactin的穩(wěn)定前體，這些天然產(chǎn)物都含有一個環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)。這些前體末端有一段短肽保護，在一個叫做ClbP蛋白酶的催化下這段短肽被切斷、產(chǎn)生高度活潑的毒性化學(xué)物質(zhì)，引發(fā)一系列分子血案。根據(jù)這個研究結(jié)果現(xiàn)在的假說是末端氨基與分子內(nèi)一個酮羰基縮合、激活了環(huán)丙烷。但這不是全部故事，因為控制這些步驟之外還有其它一些基因?qū)olibactin毒性很重要。另外雖然colibactin與DNA加成后增加DNA交叉鏈接，但這個過程中colibactin化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、因為質(zhì)譜顯示加成物分子量與預(yù)測不符。

環(huán)丙烷因為分子內(nèi)張力很大所以不穩(wěn)定，尤其是在自由基或離子狀態(tài)。環(huán)丙烷外的正電荷或自由基都能加速環(huán)丙烷的破裂，因為產(chǎn)物烯丙自由基或正離子不僅沒有分子內(nèi)張力、還因為共軛體系都非常穩(wěn)定。因為這個性質(zhì)環(huán)丙烷也在化學(xué)中經(jīng)常作為探測反應(yīng)機理的結(jié)構(gòu)片段。如果化學(xué)反應(yīng)經(jīng)過自由基或正離子中間體，底物反應(yīng)中心加一個環(huán)丙烷、產(chǎn)物中這個環(huán)丙烷就不存在了。如果沒有經(jīng)過這些活潑中間體，產(chǎn)物中還應(yīng)該有環(huán)丙烷存在。Colibactin與DNA加成反應(yīng)中似乎經(jīng)歷了正離子中間體，但Colibactin是否在與DNA反應(yīng)前就開環(huán)了現(xiàn)在仍是未知數(shù)。

人體胃腸道有數(shù)以兆計的各類微生物，按人頭算與人體體細(xì)胞數(shù)目相當(dāng)。這些細(xì)菌與人體長期為鄰，在幾百萬年的共同進化中形成一個復(fù)雜的共生體系。可以說這些細(xì)菌對人體生理、病理的了解比我們自己都多，新藥開發(fā)必須考慮這些小鄰居。從幾百個已知次級代謝產(chǎn)物到對藥物的獨特代謝，胃腸菌都直接影響人體生理、病理過程。最近幾年微生物組已經(jīng)成為新藥研發(fā)的一個重要方向，美國國立衛(wèi)生研究院前年也開始了一個微生物組計劃。應(yīng)用領(lǐng)域從糞便移植到免疫療法都有胃腸微生物的身影，連神藥二甲雙胍都可能是通過腸道細(xì)菌起的作用。當(dāng)然pks陽性菌制造Colibactin并不是為了讓宿主得癌癥，更重要目的是為了自身生存、如加強菌群定植或打擊競爭細(xì)菌。但是宿主在這些細(xì)菌爭斗中躺著中槍也不是個事，希望以后能搞清楚哪些細(xì)菌能把Colibactin遞送到宿主、并有辦法選擇性清除這些隱藏在身邊的危險分子。

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