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科研助攻 | 同位素示蹤技術(shù)解碼衰老代謝關(guān)鍵通路_MedChemExpress

來源:MedChemExpress LLC   2025年05月27日 10:32  

 

衰老是人人都需要面對的一大難題,而同位素對衰老的研究有什么重大貢獻呢,?今天跟隨小 M 來一起探索下他們之間的秘密吧~

 

 

傳統(tǒng)觀念認為衰老是全身機能的系統(tǒng)性衰退,,但 Qiu J 等研究團隊的最新研究了這一認知。

他們通過創(chuàng)新性地運用穩(wěn)定同位素標記技術(shù) (如 Glycine-13C2Creatinine-d3),,捕捉到脂肪組織向肌肉輸送“能量包裹”的全過程,,揭示了一個驚人的代謝支援機制:當棕色脂肪組織的關(guān)鍵產(chǎn)熱蛋白 UCP1 功能缺失時,米色脂肪組織 (iWAT) 會通過增加肌酸 (Creatinine) 的合成和分泌來維持骨骼肌功能,,從而延緩衰老相關(guān)的代謝衰退,。這項發(fā)現(xiàn)不僅證實了不同器官衰老的不同步性,更為抗衰老研究開辟了全新思路[1],。

 

 

Section.01

同位素標記物:

代謝研究的分子追蹤器

 

同位素是指質(zhì)子數(shù)相同,、中子數(shù)不同的原子 (如 1H 與 2H,12C 與 13C),。穩(wěn)定同位素標記技術(shù) (如 2H,、13C、15N 等) 因其無放射性,、安全性高的特點,,已成為現(xiàn)代代謝研究的核心技術(shù)。

這些被同位素標記的標記分子可以通過核磁共振或質(zhì)譜儀進行精準檢測,,其質(zhì)量偏差特征使研究人員能夠?qū)崟r追蹤代謝物的動態(tài)變化,就像給生物分子裝上了精確 GPS 定位系統(tǒng),,實時追蹤其變化[2],。

 

圖 1. 同位素產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。

 

 

Section.02

同位素標記物:

為什么選擇甘氨酸和肌酸?

 

研究者大多選擇甘氨酸和肌酸同位素標記物作為研究對象,,主要基于以下四個主要原因:

1. 表型發(fā)現(xiàn):老年 UCP1 基因敲除 (KO) 小鼠表現(xiàn)出意料之外的代謝表型---雖然棕色脂肪功能缺失,,但肌肉質(zhì)量和糖代謝能力顯著優(yōu)于對照組。

2. 代謝組學證據(jù):非靶向代謝組學分析顯示,, KO 小鼠的 iWAT 和骨骼肌肉中肌酸水平顯著升高,。

3. 生理重要性:肌酸是肌肉中能量代謝的核心分子,通過磷酸肌酸系統(tǒng)能快速補充 ATP,。

4. 合成路徑:甘氨酸是肌酸合成的直接前體,,同位素標記甘氨酸可追溯整個合成過程。

 

 

Section.03

同位素標記: 解開 "新" 奧秘

 

為了驗證“脂肪-肌肉肌酸轉(zhuǎn)運”的假說,,研究者設(shè)計了兩組精妙的同位素追蹤實驗,,揭開了“能量快遞”的奧秘:

 

實驗一:Glycine-13C2 追蹤肌酸合成

1. 動物處理:對 12 月齡 UCP1-KO 與 WT 小鼠各 8 只,禁食 4 h 后局部 iWAT 局部注射 Glycine-13C2(200 mg/kg)

2. 時間控制:在肌酸合成峰值期(注射后 6 小時)取材

3. 樣本處理:A 快速分離 iWAT 組織并液氮速凍  B 甲醇 / 水 / 氯仿三相萃取 C 離心取水相后真空濃縮 D 80% 甲醇復溶

4. 分析檢測:采用 LC-MS 系統(tǒng)(Q-TOF 質(zhì)譜,,分辨率 > 22000)分析 13C-肌酸含量

 

實驗二:Creatinine-d3 追蹤轉(zhuǎn)運途徑

1. 動態(tài)示蹤:iWAT 注射 Creatinine-d3(100 mg/kg)后,,在 0、2,、6,、12 小時分批取材

2. 多組織分析:同步采集 iWAT、股四頭肌(QU)和血清樣本

3. 質(zhì)譜檢測:圖 A 特征離子檢測 (m/z 132.0774,,Creatinine-d3 特征峰)  B 校正自然同位素本底 (Creatinine-d0,、Creatinine-d1、Creatinine-d2)

研究者由于應(yīng)用了同位素標記的甘氨酸和肌酸,,讓這項研究有以下重大突破: 

1. 來源解析:普通檢測無法分辨肌酸來源,,而同位素標記能明確區(qū)分內(nèi)源性合成與外源性攝取的肌酸分子

2. 動態(tài)監(jiān)測:可實時觀察肌酸從合成到轉(zhuǎn)運的全過程

3. 定量精準:通過同位素富集率精確計算代謝通量

4. 多系統(tǒng)認知:同時揭示脂肪和肌肉組織的代謝協(xié)同機制

 

圖 2. 肌酸介導的 iWAT 和骨骼肌之間的串擾決定了體外和離體的肌肉糖酵解功能[1]

A) 注射到 iWAT 中的 13C2 -甘氨酸的代謝通量分析和 iWAT 中標記肌酸的檢測,。B) 注射到 iWAT 中的 D3 -肌酸的代謝通量分析和 QU 肌肉中標記肌酸的檢測,。

 

 

Section.04

同位素標記物: 應(yīng)用潛力

 

通過同位素標記物的精確示蹤,該研究不僅解釋了 UCP1-KO 小鼠的代謝代償機制,,更重要的是揭示了 iWAT 作為肌酸生物工廠的新功能,,證實了器官間代謝支援是重要的抗衰老機制。為開發(fā)靶向肌酸代謝的抗衰老干預策略提供理論基礎(chǔ),。而同位素標記技術(shù),,讓我們得以窺見生物體在衰老過程中激活的精妙代償網(wǎng)絡(luò),為理解衰老本質(zhì)和開發(fā)抗衰老干預措施提供了全新視角,。

 

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[1] Qiu J, et al. Ucp1 Ablation Improves Skeletal Muscle Glycolytic Function in Aging Mice. Adv Sci (Weinh). 2025 Jan; 12(2):e2411015.

[2] Jyoti P, et al. The Entner-Doudoroff and Nonoxidative Pentose Phosphate Pathways Bypass Glycolysis and the Oxidative Pentose Phosphate Pathway in Ralstonia solanacearum. mSystems. 2020 Mar 10; 5(2):e00091-20.

 


 

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