摘要
多种药物同时处方在医学中非常普遍。虽然肠道微生物组与药物反应有关，但其在介导药物-药物相互作用中的作用尚未被探索。儿茶酚-O-甲基转移酶抑制剂(COMT-I)是一类与左旋多巴(L-DOPA)联合用于治疗帕金森病症状的药物，可改变患者微生物组组成。本文在体外、离体和体内条件下表征了COMT-I药物的抗生素特性，并阐明了这些相互作用如何改变微生物组介导的L-DOPA代谢。值得注意的是，在体外，铁可用性在多个层面上决定COMT-I抗生素活性：细胞外铁可通过非酶促方式使COMT-I失活，从而挽救COMT-I介导的细菌铁饥饿反应。然而，细胞内铁的限制可保护敏感细菌免受COMT-I抗生素活性的影响。离体条件下将COMT-I和L-DOPA共同给予人类粪便微生物群落，会导致COMT-I依赖性地以个体特异性方式改变L-DOPA代谢。这些研究揭示了肠道微生物组在介导药物-药物相互作用中的作用，并确定了可预测个体对共同处方药物反应的微生物特征。
主要内容
同时处方多种药物在医学中是一种常见做法。药物-药物相互作用可增强或限制治疗效果和毒性[1,2]。值得注意的是，多项研究揭示了处方药物与肠道微生物组之间存在广泛且不断增长的相互作用列表[3,4]，影响药物疗效[5,6,7,8,9]和不良事件[10,11,12,13]。肠道微生物群可通过直接和间接方式改变药物代谢[14,15]；药物也可改变微生物组组成[8,9,12]。虽然肠道微生物组与单一药物之间的相互作用可能是有益的（例如甲氨蝶呤[9]）或有害的（例如伊立替康[12]），但微生物组对药物-药物相互作用的影响在很大程度上尚未被探索。
帕金森病(PD)，在全球影响约六百万患者[16]，是多药治疗方案重要性的典型例子。帕金森病患者无法在大脑和中枢神经系统中产生足够的多巴胺，导致震颤、活动能力下降和其他症状[17]。左旋多巴(L-DOPA)是帕金森病治疗的核心药物；与多巴胺本身不同，这种口服多巴胺前体药物能够有效穿越血脑屏障[18]。在纹状体组织中代谢为多巴胺后提供短暂的症状缓解。然而，外周L-DOPA代谢限制了药物疗效[19]。其中一个过程是通过儿茶酚-O-甲基转移酶(COMT)将L-DOPA甲基化为3-O-甲基多巴[20]。为了抑制L-DOPA甲基化，患者通常与L-DOPA一起处方COMT抑制剂(COMT-I)。COMT-I药物，包括托卡朋和恩他卡朋[21]，共享一种常见的硝基儿茶酚部分，可作为宿主COMT的竞争性抑制剂。
除宿主介导的外周代谢外，L-DOPA也可通过多种途径被肠道微生物代谢，包括脱羧和脱氨基[5,6,10]。肠球菌属(Enterococcus)成员通常编码负责微生物组介导L-DOPA脱羧的TyrDC酪氨酸脱羧酶[5,6,22]。TyrDC依赖性L-DOPA脱羧影响肠道微生物中L-DOPA的生物利用度，可通过TyrDC特异性抑制剂逆转[5,6]。此外，人类数据将tyrDC基因丰度与L-DOPA水平降低[6,23]以及帕金森病患者L-DOPA疗效降低[7]相关联。有趣的是，肠球菌和tyrDC丰度与COMT-I用药呈正相关[24,25,26]。因此，COMT-I相关的tyrDC基因丰度增加可能会抵消COMT-I通过抑制宿主COMT提高L-DOPA生物利用度的作用。这种情况发生的机制尚不清楚，但COMT-I可同时抑制单菌培养中的细菌生长[27,28]并改变人类粪便微生物组离体组成[29]。硝基儿茶酚类化合物，包括COMT-I药物，可以结合并螯合铁[30,31]，这表明这些药物可能通过铁饥饿来抑制细菌生长，并提高铁补充可用于逆转COMT-I药物对患者肠道微生物组的负面影响的可能性[29]。
本研究阐述了肠道微生物组、L-DOPA和COMT-I药物之间的相互作用网络。这些研究表明，微生物组群落组成的人际差异如何决定COMT-I治疗是否以及如何影响微生物组介导的L-DOPA代谢。
结果
COMT-I抗菌活性和微生物代谢的表征
L-DOPA和COMT-I药物的共同处方是多种药物同时处方的常见且临床上重要的例子（图1a）。因为COMT-I药物被报道显示直接的抗菌活性[27,28,29]，我们首先确定了两种广泛使用的COMT-I药物托卡朋和恩他卡朋的浓度，这些浓度导致对人类肠道共生微生物多样化样本的50%生长抑制（IC50）（补充表1-3）。与之前报道一致[27,29]，这些药物对人类肠道拟杆菌门(Bacteroidetes)和某些厚壁菌门(Firmicutes)表现出显著的抗菌活性；而其他厚壁菌门（例如粪肠球菌Enterococcus faecalis）、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)则具有抗性（图1b，扩展数据图1a，补充表1-3）。托卡朋对敏感物种的IC50约为10-60μM，而恩他卡朋在相似物种中表现出约100-400μM的IC50（扩展数据图1b,c，补充表4-6；详见方法部分）。
托卡朋在浓度接近对代表性肠道厌氧菌多形拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)的最低抑菌浓度(MIC)25μM时杀死细菌，表明其杀菌活性（图1c，扩展数据图1d）。有趣的是，包括多形拟杆菌在内的多种细菌能有效硝基还原COMT-I药物，某些细菌执行随后的N-乙酰化步骤（图1b；M1和M2分别指硝基还原和N-乙酰化代谢物）。在多形拟杆菌中删除已知[15]或推定硝基还原酶基因会减少（但不会消除）托卡朋和恩他卡朋的硝基还原（扩展数据图1e）。在大肠杆菌中异源表达这些酶中的几种可增加这些药物的硝基还原，表明多形拟杆菌中的多种酶可催化这一转化（扩展数据图1f）。然而，大肠杆菌中单个硝基还原酶基因(nfsB)的删除足以显著减少M1的形成（扩展数据图1g,h），而单个N-乙酰转移酶基因(nhoA)的删除阻止了M2的形成（扩展数据图1i,j）。在常规小鼠中，硝基还原和N-乙酰化托卡朋代谢物在给予母体药物后积累在肠道和血清中，而在无菌动物中不存在，表明微生物对在哺乳动物体内产生这些代谢物是必要和充分的（扩展数据图1k，补充表7）。这些代谢物也见于托卡朋治疗患者的粪便样本中，尽管代谢物丰度分布在小鼠和人类之间可能存在差异[32]。
托卡朋硝基还原降低其抗菌效果
我们随后考察了促进托卡朋耐药或敏感的因素。与野生型大肠杆菌不同，具有膜完整性和药物外排缺陷的ΔbamB ΔtolC菌株[33]对托卡朋敏感（图1c），显示出增加的托卡朋积累（扩展数据图2a），突显了屏障和外排功能作为托卡朋耐药一个阶段的作用（图1b,c）。此外，药物敏感性通常与跨细菌物种的托卡朋代谢为M1和M2相关（图1b，扩展数据图2b），这引发了一种可能性，即这些代谢物导致毒性或代表敏感物种的解毒活性。我们合成了M1和M2托卡朋代谢物（详见方法部分），并确定了每种化合物对托卡朋敏感和耐药物种生长的影响；值得注意的是，与母体药物相比，这两种代谢物对细菌生长的抑制活性显著降低（图1c）。与这些结果一致，从大肠杆菌ΔbamB ΔtolC菌株中删除nfsB显著降低了托卡朋硝基还原（扩展数据图2c,d）并进一步增加了托卡朋敏感性（扩展数据图2d）。M1缺乏抗生素活性的原因并非是细胞进入减少，因为在大肠杆菌∆bamB ∆tolC中引入M1导致细胞内M1积累并在NhoA依赖方式下转化为M2（扩展数据图2a）。
粪肠球菌V583是其他物种中观察到的趋势的一个例外：它对托卡朋抗生素活性具有抗性（图1c），同时有效代谢母体药物，而没有显著产生M1或M2（图1b）。比较代谢组学研究显示该菌株产生了以前未被描述的半胱氨酸化M1代谢物（图1d–f，补充表8）。其他测试物种未以相似水平产生此代谢物（图1f），表明粪肠球菌不仅对COMT-I具有抗性，而且可能具有更复杂的灭活COMT-I药物的方式。
COMT-I药物中的铁结合调节其抗菌活性
先前文献描述了儿茶酚的铁螯合能力[34,35]，包括恩他卡朋等硝基儿茶酚[30]。类似于其他硝基儿茶酚[35]的先前报道，将托卡朋与亚铁铁(Fe2+ in FeSO4; 图2a)或高铁铁(Fe3+ in FeCl3; 图2b)一起孵育会导致紫外-可见光谱发生红移，表明铁结合。当M1或M2与亚铁或高铁铁一起孵育时，不会发生这种转变（扩展数据图3a,b）。
我们接下来研究了托卡朋的抗菌活性是否可归因于COMT-I铁螯合导致的铁饥饿。与铁-托卡朋相互作用导致铁螯合一致，多形拟杆菌和托卡朋敏感的大肠杆菌菌株（WO153）在托卡朋暴露下表现出部分铁饥饿转录组反应（例如，多形拟杆菌中feoAB增加），尽管大多数差异表达基因与铁稳态无关[36,37]（图2c，扩展数据图3c–e，补充表9–13）。与先前报道一致[29]，添加亚铁或高铁铁可减轻托卡朋对多形拟杆菌的抗菌活性（图2d,e，扩展数据图3f）；较低浓度的亚铁铁可比高铁铁更好地挽救多形拟杆菌。值得注意的是，将1 mM亚铁铁直接添加到托卡朋或恩他卡朋无菌培养基中会导致这些药物快速非酶促转化为其硝基还原、无毒代谢物（图2f，扩展数据图3g–i），如其他含硝基化合物（如甲硝唑）中观察到[38]。在有氧条件下添加高铁铁会降低托卡朋和恩他卡朋水平，但不会导致两种化合物的可检测非酶促硝基还原（图2g，扩展数据图3j–l）。亚铁铁和高铁铁之间的这种差异可能是多形拟杆菌在托卡朋挑战下铁补充生长差异的部分原因（图2d,e）。
作为独立方法，我们研究了广泛使用的细胞内亚铁铁螯合剂2,2-联吡啶(BIP)对多形拟杆菌托卡朋敏感性的影响。令人惊讶的是，BIP增加了托卡朋处理的多形拟杆菌的生长，即使在BIP浓度足以抑制多形拟杆菌生长>50%的情况下（图2h）。这些结果表明，COMT-I药物的杀菌活性并非仅归因于铁螯合。
细胞内铁稳态决定COMT-I抗菌活性
我们进行了体外进化研究，以确定影响三种细菌物种（脆弱拟杆菌NCTC 9343 Δtdk、多形拟杆菌VPI-5482 Δtdk和大肠杆菌BW25113 ΔbamB ΔtolC ΔnfsB）中COMT-I敏感性的细菌因素。将每个物种在托卡朋浓度递增下孵育，导致菌株对托卡朋（图3a，扩展数据图4a,b）和恩他卡朋（扩展数据图4a）的显著抗性。对这些进化分离株的全基因组测序鉴定出特异于托卡朋暴露的突变（补充表14）。在多形拟杆菌和脆弱拟杆菌中，所有测试的托卡朋进化分离株在feoAB（多形拟杆菌：BT_1592；脆弱拟杆菌：BF_1287）中都携带突变（图3a,b，扩展数据图4a）。针对未进化菌株中feoAB基因进行靶向、非极性删除足以增加托卡朋和恩他卡朋抗性，该作用可通过互补恢复（图3c，扩展数据图4c）。
在脆弱拟杆菌中，FeoAB是无机亚铁铁穿过细胞内膜的主要输入蛋白[40]。与此报道功能一致，多形拟杆菌∆feoAB和具有feoAB突变的脆弱拟杆菌托卡朋进化分离株在铁限制条件下表现出降低的生长（扩展数据图4d,e），降低的细胞内铁含量（图3d）以及与亲本菌株相比对BIP的敏感性增加（扩展数据图4f）。多形拟杆菌上调feoAB以及其他铁响应基因以响应托卡朋处理[37]（图2b，扩展数据图3c），可能旨在恢复细胞内铁稳态。FeoAB突变不会进一步保护多形拟杆菌免受BIP处理或改变药物转运的影响（扩展数据图4g–k）。进化后的托卡朋抗性大肠杆菌分离株在其他与铁摄入和铁稳态相关的基因中携带突变，包括exbB[41]、exbD[42]和yqjH[43]（补充表14，扩展数据图4b）。
总体而言，这些结果表明细菌可通过降低细胞内铁水平来抵抗COMT-I抗生素活性。
多个证据表明细胞内铁直接参与托卡朋的抗菌活性。与托卡朋处理相比，未处理或M1处理的培养物中总细胞内铁水平（反映高铁铁和亚铁铁、螯合和游离铁）增加（扩展数据图5a）。然而，托卡朋降低了细胞内亚铁铁水平，可能是通过与铁结合后将亚铁铁转化为高铁铁（扩展数据图5b），与之前使用其他方法对恩他卡朋的其他研究一致[29]。此外，降低细胞内铁水平（通过feoAB删除或BIP处理）可减少托卡朋杀菌活性（图3e–g），即使在铁限制条件下托卡朋向无毒M1的转化较慢（扩展数据图4i和5c）。这些数据表明，托卡朋介导的毒性是铁依赖性的，托卡朋介导的总细胞内铁增加可能促进其抗菌效果。
其他研究揭示了托卡朋和甲硝唑之间的相似性，这是一种与多种作用机制相关的含硝基抗生素。首先，甲硝唑硝基还原被细胞内铁加速[44]；feoAB突变增加多形拟杆菌对甲硝唑的抗性（扩展数据图5d），如在其他细菌物种中观察到的[45,46]。其次，甲硝唑硝基还原产生DNA损伤中间体[47,48]，甲硝唑诱导毒性的标志是DNA修复基因recA缺失增加甲硝唑敏感性[47]。确实，从多形拟杆菌中删除recA增加了对甲硝唑和托卡朋的敏感性（图3h,i）。第三，甲硝唑还可通过亚铁铁-蛋白质-药物相互作用损伤蛋白质[49]，并在亚MIC浓度下可诱导脆弱拟杆菌中伴侣蛋白基因（例如dnaJ）表达[50]。与这一活性一致，托卡朋处理大肠杆菌WO153和多形拟杆菌可诱导已知或推定伴侣蛋白或蛋白质聚集相关基因（例如大肠杆菌spy[51]、zraP[52]和ibpB[53]；图3j，扩展数据图5e，补充表12和15）的上调，此外，在大肠杆菌中增加不溶性和聚集蛋白质（图3k，扩展数据图5f）。总之，这些结果表明铁可在多个层面上影响COMT-I药物的抗菌活性（扩展数据图5g）。
托卡朋离体扰乱人类肠道菌群组成
接下来，我们研究了托卡朋的抗生素活性如何重塑复杂的人类肠道微生物群落。为此，我们在厌氧条件下用50μM托卡朋、50μM M1或载体对照（DMSO）培养26个人类粪便微生物群落24小时（图4a）。该药物浓度接近敏感物种的MIC的1-2倍（图1b），在人体肠道浓度估计范围和托卡朋处理小鼠测得的浓度范围内（扩展数据图1b,c,k）。托卡朋暴露显著降低了群落阿尔法多样性（与DMSO或M1相比）（图4b），并改变了多种属的相对丰度（图4c，补充表16）。在跨群落中，托卡朋代谢差异很大（扩展数据图6a），而初始硝基还原率较高的群落受托卡朋破坏的影响最小（扩展数据图6b）。根据约束冗余分析(RDA)或Bray–Curtis相异性分析测定的β多样性，显示托卡朋暴露后与M1或DMSO对照相比，群落结构显著变化（图4d，扩展数据图6c–e）。
对托卡朋敏感代表性菌株的多种群落（图1b）中，托卡朋处理后的相对丰度下降（例如Blautia），而对托卡朋具有抗性代表性菌株的菌群丰度增加（例如肠球菌属、双歧杆菌属和肠杆菌科）（图4c,e，扩展图6e和7a,b）。值得注意的是，这些菌群在服用COMT-I药物的患者中也显著改变，变化方向与这些体外研究中观察到的相同[24,25,54,55]。重要的是，对托卡朋、M1和DMSO处理的群落进行的物种和基因特异性定量PCR(qPCR)显示，在托卡朋处理后肠球菌V583、粪肠球菌faecium和tyrDC的显著扩增（扩展数据图7c–j）。tyrDC基因水平与托卡朋处理群落中的粪肠球菌显著相关，表明该物种在这些群落中编码了大部分tyrDC基因（扩展数据图7f,g）。粪肠球菌faecium也随托卡朋处理显著增加，但与tyrDC的关联较弱（扩展数据图7h,i），可能是由于粪肠球菌V583在这些实验条件下的更好生长和代表性。这些数据表明，患者中tyrDC基因丰度与COMT-I处方之间的正相关[26]可由COMT-I药物的直接抗菌活性解释，这些活性富集了表达tyrDC的类群，如粪肠球菌和粪肠球菌faecium。
托卡朋在无菌小鼠中可促进肠球菌和tyrDC编码细菌的扩增
我们旨在确定COMT-I给药是否可以在动物模型中驱动肠球菌扩增，其中潜在混杂因素（例如宿主遗传和环境变异、疾病进展和其他药物）得到控制。为此，我们将来自三个不相关人类供体（MV20、MV25和MV12）的粪便微生物群落定植到基因相同的无菌小鼠中，这些供体均表现出低但可检测的肠球菌和tyrDC水平[15]。定植后，小鼠维持在含托卡朋的饮食或匹配对照饮食上（图5a）；来自MV20定植小鼠的盲肠内容物含有母体化合物（约10μM）和微生物托卡朋代谢物（约40μM）（扩展数据图8a）。与托卡朋在体外结合铁的观察结果一致（图2a,b），托卡朋处理的小鼠与未处理动物相比显示肠道铁水平增加（扩展数据图8b）。我们通过qPCR对小鼠粪便中的tyrDC水平进行了监测，分别对每个群落进行了两次个体实验（图5b，补充表17）。
使用线性混合效应模型整合大多数实验变量作为固定效应（例如群落、性别、实验、处理），我们发现跨559个数据点，处理、时间和群落之间存在显著的三向交互作用（P<0.001；补充表18）。托卡朋治疗与MV20（P<0.001）和MV25（P=0.026）中的tyrDC+肠球菌定植显著正相关（图5b，补充表18）。此外，在MV20定植小鼠中，托卡朋处理显著增加了tyrDC基因丰度峰值（扩展数据图8c）和tyrDC+肠球菌菌落形成单位（CFU）（归一化为治疗前丰度）（扩展数据图8d）。
对携带第三个粪便菌群MV12的无菌小鼠没有显示托卡朋治疗后tyrDC+肠球菌的显著增加（图5b，补充表17和18）。常规（特定病原体无）小鼠在短期口服托卡朋治疗后有扩增tyrDC+肠球菌的趋势，但在此样本量（每组n=5）下差异不显著（P=0.072，考虑时间和治疗之间的双向交互作用）（扩展数据图8e,f，补充表18和19）。这些结果表明，托卡朋介导的tyrDC+肠球菌扩增并非在所有肠道微生物组中发生。在人类中，COMT-I给药与肠球菌和tyrDC在人群水平上相关，但并非在每个个体中都相关[24,25,26]，如对托卡朋离体暴露的人类肠道菌群中所观察到的（图4c，扩展数据图7j）。
小肠是L-DOPA吸收的主要部位[56]。在患者中，空肠tyrDC和肠球菌丰度与粪便tyrDC和肠球菌水平显著相关[23]，粪便tyrDC和粪肠球菌的增加与L-DOPA反应性呈负相关[7,23]。我们将无菌小鼠定植为人类肠道微生物组（MV25），将动物置于托卡朋或对照饮食上，收集小肠内容物（图5c）。与粪便测量结果一致，托卡朋处理也显著增加了小肠中的tyrDC+肠球菌，表明该药物可以在肠道L-DOPA吸收的主要部位改变L-DOPA代谢细菌物种的丰度（图5d，补充表18和20）。
托卡朋介导的微生物组破坏促进L-DOPA脱羧化
肠道微生物可通过多种途径代谢L-DOPA，包括TyrDC介导的脱羧（产生多巴胺）和脱氨基至各种酚酸，包括3,4-二羟基苯丙酸(DHPPA)、3,4-二羟基苯乙酸(DHPAA)和羟基苯丙酸(HPPA)（图6a）。
为了确定托卡朋介导的肠球菌扩增是否足以改变TyrDC依赖的L-DOPA代谢，我们在体外和离体L-DOPA代谢实验中测试了托卡朋、恩他卡朋和DMSO处理的五种tyrDC阳性人类肠道菌群（图6b，扩展数据图9a–m）。托卡朋处理使所有这些菌群中的肠球菌扩增（图4c，图6c,d，扩展数据图9c,g,i,k,m），并以预期方式增加tyrDC水平（扩展数据图9e）。尽管L-DOPA在无托卡朋情况下以菌群特异性方式代谢，但引入这种COMT-I在每种情况下增加了L-DOPA-d3至多巴胺-d3的脱羧化。例如，菌群MV12在无托卡朋情况下L-DOPA-d3脱羧化至多巴胺-d3水平较低，托卡朋给药以剂量依赖性方式增加多巴胺-d3的产生（图6c,e）。菌群MV9、MV16、MV20和MV27在无托卡朋情况下执行L-DOPA脱氨基；托卡朋管理使这些菌群中的L-DOPA代谢转向脱羧化（图6d,f，扩展数据图9d,f,h）。用另一种COMT-I（恩他卡朋）处理产生类似结果（扩展数据图9a,b,f,i–m）。从这些菌群分离的肠球菌菌株表现出对两种COMT-I药物的抗性（扩展数据图9n,o）。
总之，这些结果表明，COMT-I治疗可通过对人类肠道菌群的选择性抗菌活性来促进L-DOPA脱羧化，导致菌群破坏和肠球菌扩增。
tyrDC对于托卡朋介导的L-DOPA代谢是必要且充分的
为确认tyrDC+肠球菌是否足以促进微生物组中L-DOPA脱羧化，我们首先将tyrDC+粪肠球菌菌株MMH594引入低或无法检测到肠球菌和tyrDC的人类肠道菌群中（图6g，扩展数据图7c–e,j）。菌群MV3提供了一个例子：该微生物组显示肠球菌属水平较低（通过选择性涂板测定；图6h），粪肠球菌和tyrDC（通过qPCR测定；扩展数据图7c–e），以及L-DOPA脱羧化能力（图6i,j）。托卡朋处理MV3对L-DOPA-d3脱羧化没有影响，如预期（图6i,j）。引入tyrDC+粪肠球菌改变了这一反应：托卡朋处理增加了引入的粪肠球菌菌株的丰度（图6h）和L-DOPA-d3至多巴胺-d3的脱羧化（图6i,j）。将tyrDC+粪肠球菌引入第二个粪肠球菌阴性菌群（MV1）重现了这些结果（扩展数据图10a–c）。
我们还用tyrDC::TN突变粪肠球菌对肠球菌阴性菌群MV3进行了接种；该菌株维持托卡朋抗性，但缺乏L-DOPA脱羧化活性（扩展数据图10d,e）。托卡朋处理导致突变粪肠球菌菌株扩增，但这种改性菌群在托卡朋暴露后L-DOPA脱羧化没有变化（图6h–j）。
用从人类菌群MV16分离的tyrDC+肠球菌faecium（E. faeciumMV16）对肠球菌阴性菌群（MV3）的引入产生与粪肠球菌引入类似的结果：E. faeciumMV16在托卡朋处理后扩增，导致L-DOPA脱羧化增加（扩展数据图10f–i）。总之，这些数据表明，托卡朋可通过影响肠道微生物组中的tyrDC+成员来改变L-DOPA代谢（扩展数据图10j）。
讨论
在本文中，我们描述了COMT-I和L-DOPA之间的药物-微生物组-药物相互作用，这两种药物通常被共同处方用于帕金森病症状的治疗。虽然COMT-I药物为许多帕金森病患者提供重要益处，是治疗的中流砥柱，但它们与肠道微生物组的改变相关[24,25,54,55]，这些相互作用的机制和后果在很大程度上尚不清楚。我们表明，托卡朋和恩他卡朋对人类肠道拟杆菌门和某些厚壁菌门表现出铁介导的抗菌活性；这种活性可以重塑微生物组，从而显著改变其代谢L-DOPA的能力。
有人提议将铁补充作为在COMT-I治疗期间保持微生物组稳态的辅助疗法[29]。然而，我们的研究表明，这种干预可能存在问题，因为进一步的铁补充可能导致COMT-I的非酶促失活。鉴于肠道微生物减轻托卡朋介导的抗生素活性是通过降低而非增加细胞内铁的基因突变，铁补充在某些情况下也可能加剧COMT-I的抗生素效应。与此可能性一致，减少铁浓度的药理学方法也保护肠道微生物免受COMT-I毒性。铁补充可能对帕金森病治疗的其他方面产生问题，通过降低左旋多巴和卡比多巴的疗效[58]。
COMT-I药物的抗生素活性可能在多个层面上影响帕金森病治疗。在患者中，COMT-I给药与tyrDC[26]和肠球菌[24,25]增加相关。本报告中的研究表明，这种相关性是由COMT-I药物的抗菌效应导致的。因为患者的粪便tyrDC和粪肠球菌丰度与L-DOPA最大血浆浓度(Cmax)呈负相关[23]和疗效[7]，这些效应可能限制接受该药物组合处方患者的L-DOPA疗效。COMT-I介导的抗生素活性也可能影响肠道中L-DOPA的局部反应。例如，离体托卡朋处理减少了人类肠道微生物组将L-DOPA转化为脱氨基代谢物的能力；这些代谢物与降低回肠运动性[10]和缓解炎症[59,60]相关。此外，外周L-DOPA脱羧化产生的多巴胺可能在局部或系统性方面产生不良效应，包括呕吐和心律不齐[61,62]。因此，COMT-I驱动的L-DOPA及其肠道微生物衍生代谢物在肠道中的命运变化可能影响L-DOPA治疗的多种正面和负面后果，有待进一步探索。
这些研究表明，肠道微生物组可以介导药物-药物相互作用。该领域的未来进展可能识别最有可能通过微生物组相互作用的药物组合、最可能经历这些相互作用的患者以及允许患者从管理健康的多种药物中获得最佳益处的干预策略。
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