食品源环甘氨酰脯氨酸通过抑制细菌色氨酸吲哚裂解酶减少吲哚硫酸盐生成：糖尿病肾病防治新策略

《Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry》：Cyclo-glycylproline, a food-derived diketopiperazine, inhibits bacterial indole production: Implications for diabetic nephropathy prevention

本研究针对糖尿病肾病中尿毒症毒素吲哚硫酸盐(IS)的肠道微生物来源问题，开展了环甘氨酰脯氨酸[cyclo(Gly-Pro)]抑制细菌色氨酸吲哚裂解酶(TIL)的主题研究。结果表明cyclo(Gly-Pro)通过混合型抑制机制(Ki=17 μM)有效抑制TIL活性，在细菌培养和人类粪便样本中显著降低吲哚产量，且不影响细菌活性，为开发靶向肠道微生物代谢的糖尿病肾病防治策略提供了新思路。

　　

在糖尿病并发症的防治领域，糖尿病肾病始终是困扰医学界的重大挑战。这种由糖尿病引发的肾脏病变，已成为许多发达国家终末期肾病的主要诱因。更令人担忧的是，糖尿病肾病与心血管疾病之间存在强烈关联，许多患者甚至在进展至终末期肾病前就因心血管事件而死亡。在这一复杂的病理过程中，一种名为吲哚硫酸盐的尿毒症毒素扮演着关键角色。

吲哚硫酸盐为何如此危险？它在肾脏内能诱导活性氧的产生，激活核因子κB和肿瘤抑制蛋白p53，进而促进肾纤维化、抑制细胞增殖并加速细胞衰老。而这个"肾脏杀手"的源头，竟然隐藏在我们的肠道内——它是由肠道细菌将膳食中的L-色氨酸转化为吲哚，再经肝脏加工而成。其中，细菌酶色氨酸吲哚裂解酶是这一转化过程的关键催化剂。

以往的研究曾发现芝麻中的某些成分能够抑制这种酶，但这些化合物存在明显局限：它们易被肠道微生物降解，且口服后大部分在小肠被吸收并在肝脏代谢，很难完整到达结肠发挥作用。面对这一困境，日本东北大学和京都大学的研究团队将目光投向了一种天然存在于发酵饮料和熟肉中的小分子——环甘氨酰脯氨酸。

这种环状二肽具有独特的吡咯烷-哌啶样结构，与L-色氨酸的吲哚环存在部分相似性，更重要的是，它对酶降解具有高度抗性，这使其成为理想的研究对象。研究人员在《Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry》上发表的最新研究，系统揭示了cyclo(Gly-Pro)通过抑制细菌色氨酸吲哚裂解酶来减少吲哚生成的分子机制及其潜在应用价值。

研究团队采用多学科技术方法验证其科学假设。关键技术包括：酶抑制动力学分析，通过Lineweaver-Burk图确定抑制类型和参数；分子对接模拟，利用SwissDock平台基于色氨酸吲哚裂解酶晶体结构进行结合模式预测；细菌培养实验，使用两种高产吲哚菌株评估化合物对完整细胞的抑制作用；人类粪便样本体外培养，采集3名健康成人粪便验证在复杂微生物环境中的效果；高效液相色谱和液质联用技术，精确量化吲哚和化合物浓度。

DKPs抑制细菌TIL

研究人员首先评估了cyclo(Gly-Pro)及其他环状二肽对克氏柠檬酸杆菌粗提物中吲哚生产的抑制效果。结果显示，cyclo(Gly-Pro)呈剂量依赖性抑制吲哚生成，其他测试的环状二肽也表现出不同程度的抑制活性。为进一步阐明机制，团队使用纯化的大肠杆菌TIL进行酶动力学分析，发现cyclo(Gly-Pro)的抑制模式符合混合型抑制模型，抑制常数K_i为16.9 μM，α值为1.99。

环甘氨酰脯氨酸与细菌TIL的计算对接模拟

为理解抑制的结构基础，研究人员进行了分子对接研究。结果表明，cyclo(Gly-Pro)可与游离酶和酶-底物复合物结合，这与动力学分析提示的混合型抑制机制一致。对接模型显示，cyclo(Gly-Pro)既能结合在活性位点附近与底物竞争，也能结合在催化腔入口处可能干扰产物释放。

环甘氨酰脯氨酸对细菌和粪便吲哚生产的抑制

在完整细菌实验中，cyclo(Gly-Pro)显著降低了克氏柠檬酸杆菌和摩根摩根菌的吲哚产量，且不影响细菌活性。更重要的是，在人类粪便样本中，cyclo(Gly-Pro)呈剂量依赖性抑制吲哚生成，证明其在复杂肠道微生物环境中的有效性。

这项研究的创新之处在于首次发现食品源环状二肽cyclo(Gly-Pro)可作为细菌色氨酸吲哚裂解酶的有效抑制剂。与先前研究的芝麻素类化合物相比，cyclo(Gly-Pro)具有更好的代谢稳定性和潜在结肠生物利用度。其混合型抑制机制意味着它既能与底物竞争结合位点，也可能干扰酶-底物复合物的催化过程。

从治疗策略角度看，这种靶向肠道微生物酶的方法具有独特优势：一方面，它特异性抑制吲哚硫酸盐的前体吲哚生成，而不影响其他有益吲哚衍生物（如吲哚-3-乙酸、吲哚-3-丙酸）的产生途径；另一方面，它避免了直接抑制宿主磺基转移酶可能带来的解毒功能受损风险。

然而，研究也指出cyclo(Gly-Pro)的口服后可能被小肠有效吸收，限制了其结肠递送效率。未来研究需要评估其口服后的粪便浓度，并探索结构优化以获得更具选择性和强效的抑制剂。此外，其在动物模型中的疗效和安全性，以及对全身吲哚硫酸盐水平、肾脏结局和肠道微生物组成的影响，仍需进一步验证。

综上所述，这项研究不仅为糖尿病肾病的防治提供了新思路，也展示了靶向肠道微生物代谢酶策略的潜力。环甘氨酰脯氨酸作为一种天然食物成分，兼具神经保护等多种生物活性，使其成为极具前景的膳食补充剂或先导化合物，为代谢性肾脏疾病的干预开辟了新途径。