阿立哌唑（Aripiprazole, ARI）对大肠杆菌β-葡萄糖醛酸酶（β-glucuronidase, GUS）的体外抑制作用

《Pharmacological Reports》：In vitro inhibition of Escherichia coli β-glucuronidase by aripiprazole

　　

背景：肠道微生物β-葡萄糖醛酸酶（β-glucuronidase, GUS）调控葡糖醛酸结合物的脱结合反应，从而影响外源物及内源性代谢物的肠肝循环。尽管许多口服给药的药物可到达肠腔，其对微生物酶功能的直接影响尚不完全清楚。本研究系统考察了10种常用中枢神经系统（central nervous system, CNS）活性药物对微生物GUS活性的影响。方法：以对硝基苯基-β-D-葡萄糖醛酸苷（p-nitrophenyl β-D-glucuronide, pNPG）为底物，采用纯化大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）GUS、E. coli 细胞裂解液及完整菌体评估GUS抑制活性；采用高效液相色谱-串联质谱（high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry, HPLC–MS/MS）定量细胞内药物蓄积量；测定光密度评估细菌生长；分析小鼠盲肠内容物GUS活性（ex vivo 检测）；进行分子对接（molecular docking）及分子动力学（molecular dynamics, MD）模拟以表征药物–GUS相互作用。结果：纯化GUS筛选发现阿立哌唑（aripiprazole, ARI）与盐酸度洛西汀（duloxetine hydrochloride, DLX）为抑制剂；在完整E. coli中，ARI而非DLX可在不影响细菌生长的情况下抑制胞内GUS活性，且ARI在E. coli内的蓄积水平高于DLX；ex vivo实验显示ARI对盲肠内容物GUS活性有抑制作用；计算分析表明ARI和DLX可能偏好结合GUS不同区域，且ARI结合能更有利。结论：上述结果提示特定CNS活性药物可在实验条件下直接调节E. coli微生物GUS活性，其中ARI可抑制胞内GUS活性，表明某些神经精神类药物除经典药理靶点外，还可能通过影响微生物代谢功能发挥作用。

论文解读——《In vitro inhibition of Escherichia coli β-glucuronidase by aripiprazole》发表于《Pharmacological Reports》

一、研究背景与立项依据

肠道微生物群（gut microbiota）通过酶促转化膳食及内源性化合物参与宿主生理稳态维持，其中微生物来源的β-葡萄糖醛酸酶（β-glucuronidase, GUS）可水解葡糖醛酸结合物（glucuronide conjugates），释放其母体配基（aglycone）使之经肠壁重吸收，这一机制深刻影响外源物（xenobiotics，如抗肿瘤药伊立替康 irinotecan）及内源性物质（如5-羟色胺 serotonin、雌二醇 estradiol）的肠肝循环（enterohepatic circulation）。已有研究较多关注药物引起的菌群组成改变，但对药物直接调控微生物关键酶（如GUS）代谢活性的认识十分有限。鉴于肠–脑轴（gut–brain axis）双向通讯涉及微生物代谢产物对中枢神经系统（central nervous system, CNS）的调节，且GUS参与血清素等神经活性物质的代谢，研究人员假设某些CNS活性药物可能通过抑制或调节肠道微生物GUS活性，间接影响宿主生理。为此，研究人员选取10种临床常用CNS相关药物，系统评估其对大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli，代表性GUS产酶肠道菌）GUS活性的影响。

二、主要关键技术方法

研究人员选用大肠杆菌K-12株及小鼠（C57BL/6J）盲肠内容物为样本来源。主要方法包括：（1）纯化E. coli GUS及E. coli裂解液/完整菌体的GUS抑制活性检测，以对硝基苯基-β-D-葡萄糖醛酸苷（p-nitrophenyl β-D-glucuronide, pNPG）为底物，测定415 nm处对硝基苯酚生成量，计算半数抑制浓度（IC₅₀）并以Lineweaver–Burk作图判定抑制类型；（2）高效液相色谱-串联质谱（HPLC–MS/MS）定量ARI与DLX在大肠杆菌内的蓄积浓度；（3）测定600 nm光密度监测药物暴露后E. coli生长曲线以排除细胞毒性；（4）小鼠盲肠内容物ex vivo GUS活性检测（加药孵育后测pNPG水解）；（5）基于RCSB PDB中GUS结构（PDB ID: 3K46）与药物三维结构进行盲对接（blind docking，AutoDock VINA）及20 ns分子动力学（molecular dynamics, MD）模拟，分析结合能及相互作用残基。

三、研究结果

ARI and DLX inhibit purified GUS enzyme

研究人员对10种CNS药物筛查发现，仅阿立哌唑（aripiprazole, ARI）与盐酸度洛西汀（duloxetine hydrochloride, DLX）显著抑制纯化E. coli GUS活性，其余8种（咖啡因 caffeine、对乙酰氨基酚 acetaminophen、哌甲酯 methylphenidate、地西泮 diazepam、右美沙芬 dextromethorphan、布洛芬 ibuprofen、苯海拉明 diphenhydramine、左乙拉西坦 levetiracetam）无抑制作用。ARI与DLX对纯化GUS的IC₅₀分别为45 ± 3.1 μM与324.7 ± 22.6 μM；Lineweaver–Burk分析显示二者均使米氏常数（K_m）与最大反应速率（V_max）发生改变，提示混合类型抑制（mixed-type inhibition）。

ARI selectively inhibits GUS activity in E. coli without affecting bacterial growth

在E. coli裂解液中，100 μM ARI与DLX均降低GUS活性，但仅ARI达统计学显著；在完整E. coli中短暂（15 min）暴露于100 μM药物后，仅ARI显著抑制胞内GUS活性，DLX无此效应。HPLC–MS/MS显示ARI在菌体内蓄积趋势高于DLX。生长曲线证实100 μM ARI或DLX暴露均不影响E. coli增殖（与对照组无显著差异），说明GUS抑制非细菌生长受抑所致。小鼠盲肠内容物ex vivo实验中，100 μM ARI处理1 h后GUS活性呈下降趋势，但个体间差异较大未达统计学显著性（p = 0.1250），提示复杂菌群环境中ARI可能影响GUS活性，需进一步验证。

Docking analysis suggests potential differences in ARI and DLX binding regions on GUS

盲对接及UMAP（Uniform Manifold Approximation and Projection）降维分析显示，ARI与DLX优选结合GUS不同残基簇（cluster），即可能结合GUS不同区域。MD模拟显示ARI最稳定结合为对接排名第5的Cluster 5，DLX为排名第1的Cluster 1；ARI最低结合能状态优于DLX（p < 0.0001），与IC₅₀趋势一致。相互作用残基交集分析表明二者共有及特有结合残基分布于GUS结构不同空间位置，且疏水相互作用是主要稳定力。以上为计算预测结果，需实验验证确切结合位点。

四、讨论与结论总结

讨论指出，E. coli GUS主要位于胞质，需药物进入菌体方能抑制；ARI脂溶性较高（logP ≈ 4.55）使其在菌体内蓄积多于DLX，故仅ARI抑制完整菌胞内GUS活性。分子对接与MD提示两药可能干扰GUS催化功能区，ARI含哌嗪环（piperazine moiety）或与已知GUS抑制剂（如喹硫平 quetiapine）类似参与酶相互作用，DLX则更依赖疏水作用。盲肠内容物实验结果提示人体内GUS抑制程度可能受个体菌群组成影响而存在个体差异。ARI半衰期长（~60 h）且约60%原形经粪便排泄，肠腔持续暴露可能延长对微生物GUS的调节，潜在影响共服药物或内源性物质肠肝循环。研究局限性包括样本量偏小、使用人工底物pNPG而未用生理性葡糖醛酸结合物（如血清素葡糖醛酸苷）、仅限E. coli及小鼠盲肠ex vivo模型而未行体内实验及多药联用评估。

结论（翻译）：

本研究发现，在特定实验条件下，某些CNS活性药物可直接调节大肠杆菌肠道微生物GUS活性；其中阿立哌唑（ARI）可抑制完整E. coli胞内GUS活性且不抑制细菌生长，提示除作用于宿主经典药理靶标外，部分神经精神类药物还可能通过影响微生物代谢功能发挥额外作用。未来需在动物及人体中评估此类药物–微生物互作对治疗效应及不良反应个体差异的贡献。