Cell｜复旦大学陈海威博士报道人体/人体细菌代谢物-GPCR作用图谱

人体由人体细胞和人体微生物（主要为人体细菌）组成。每个人体内含有约1014个细菌、300-500个菌种和数百万个细菌基因，远远超过人体细胞数量、细胞种类和基因数量。人体微生物在人体内发挥什么功能？一直是学术界在思考和研究的科学问题。

2023年6月14日，复旦大学生物医学研究院和复旦大学附属儿科医院双聘PI陈海威博士在《细胞》（Cell）发表了题为“Highly multiplexed bioactivity screening reveals human and microbiota metabolome-GPCRome interactions”的论文（陈海威博士为第一作者兼共同通讯作者，耶鲁大学医学院Noah Palm为通讯作者），该研究结合条形码技术和下一代基因测序技术，将PRESTO-Tango技术升级为PRESTO-Salsa筛选平台（Parallel Receptor-ome Expression and Screening via Transcriptional Output-Salsa），在（96孔板）单孔中集成314个GPCR报告细胞系，用于“一对多”功能筛选。

陈海威早前从“反向遗传学”角度来思考人体微生物的功能（从“人体微生物”到“疾病”），结合GPCR在调控宿主生理和病理活动中的重要性,以宿主GPCR的活化为切入点，鉴定出人体肠道细菌可以分泌活性小分子代谢物（如组胺、苯乙胺、苯丙胺酸等），通过激活宿主GPCR（如组胺受体、多巴胺受体、GPR56/GPR97等）来调节其生理和病理活动，相关工作于2019年发表在《细胞》（Cell）上。

近几年，随着体外厌氧培养技术和培养基配方的改善，目前通过体外厌氧培养获得的人体肠道细菌菌株接近30000株。但是GPCR领域的PRESTO-Tango技术是低通量功能性筛选平台，仅适合对约100个样品（对314个GPCR）进行“一对一”功能性筛选。因此，如何对数万种人体细菌菌株的培养上清和数十万个人体小分子代谢物（对314个GPCR）进行功能性筛选，已经成为技术瓶颈，阻碍了学术界对人体微生物（代谢物）功能的深入研究。

PRESTO-Salsa的技术原理是将单个GPCR的活性转化为一个独特的mRNA条形码（图一B），因此，96孔板单孔里的314个GPCR可以转化为314个mRNA条形码；基于下一代基因测序对314个mRNA条形码进行定量，即可计算出单孔里314个GPCR的活性（图一C）。

▲PRESTO-Salsa筛选平台的模块，技术原理和工作流程

基于PRESTO-Salsa筛选平台，陈海威对1041个人体小分子代谢物和435株人体细菌培养上清进行了功能性筛选，初步绘制了人体/人体细菌代谢物-GPCRome作用图谱，揭示了：人体小分子代谢物除了主要激活氨类GPCR，也可以激活多肽类GPCR，蛋白类GPCR，黏附类GPCR和孤儿GPCR；部分小分子药物在GPCR上存在脱靶效应；人体细菌培养上清倾向于激活宿主肾上腺素能受体、多巴胺受体、甲酰肽受体、组胺受体和琥珀酸受体；口腔牙龈卟啉单胞菌分泌的牙龈蛋白酶K通过靶向K290来激活宿主孤儿CD97/ADGRE5。

由于所有的数据已经开源（http://palmlab.shinyapps.io/presto-salsa/），因此该人体/人体细菌代谢物-GPCRome作用图谱，有助于学术界系统性思考、研究潜在的人体/人体细菌代谢物的作用靶点及功能、小分子药物副作用的分子机制，为孤儿GPCR内源性配体和生物学功能提供了数据参考。

▲PRESTO-Salsa和PRESTO-Tango

PRESTO-Salsa技术可对小分子、多肽、蛋白质、细菌培养上清、血清等多种样品进行活性检测；相比之前的PRESTO-Tango技术，PRESTO-Salsa技术具有高通量，低样品量等两大优点。PRESTO-Salsa筛选平台只需“一滴血”的样品量（60微升）即可完成对314个GPCR的功能筛选，因此该技术适合对多种疾病（如自身免疫性疾病、代谢性疾病、恶性肿瘤等）样品量极少的病理样本（如血清、脑脊液、肿瘤组织匀浆等）进行功能性筛选，系统性寻找与多种疾病相关的活性分子或生物标志物（如小分子代谢物、多肽类荷尔蒙、蛋白类趋化因子、自身抗体等），为多种疾病的分子诊断和病理学机制研究提供技术支撑。

原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00543-3#%20