穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用

來源：熱耳（北京）科技有限公司 2025年06月16日 14:55

13C代謝流分析（13C-MFA），利用穩(wěn)定同位素標(biāo)記特定的化合物,，通過分析下游代謝產(chǎn)物的穩(wěn)定同位素標(biāo)記模式,，推算出該化合物在在細(xì)胞內(nèi)代謝通路中的周轉(zhuǎn)速率、方向和分布規(guī)律,；通過對不同狀態(tài)的生物體進(jìn)行代謝流分析,，即可得到生物體特定代謝通路的活躍程度，從而在動態(tài)水平上描述細(xì)胞的代謝活性,。

葡萄糖和谷氨酰胺是細(xì)胞生長和增殖的主要能源,。為了量化培養(yǎng)的哺乳動物細(xì)胞中中心碳代謝的通量，將 D-葡萄糖 (13C6, 99%)或 L-谷氨酰胺 (13C5, 99%) 添加到缺乏這些主要營養(yǎng)素的培養(yǎng)基中,。細(xì)胞在同位素標(biāo)記的培養(yǎng)基中生長,，代謝物標(biāo)記通過 GC-MS 或 LC-MS 測量。

對于體內(nèi)標(biāo)記實驗,，D-葡萄糖（U-13C6,，99%）或 L-谷氨酰胺（13C5，99%）溶液通過腹膜內(nèi)注射 (IP) 或頸靜脈遞送至腫瘤并進(jìn)行比較,。使用 80% 甲醇從細(xì)胞或腫瘤組織中提取代謝物,。利用現(xiàn)代儀器,，可以并行測量數(shù)十種以上物種的同位素標(biāo)記,，從而實現(xiàn)系統(tǒng)級通量定量。

來自上海有機(jī)化學(xué)研究所朱正江研究團(tuán)隊,，為了對生命體的整個代謝組進(jìn)行全面的代謝流動態(tài)分析,，結(jié)合前期發(fā)展的大規(guī)模代謝物結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)MetDNA和穩(wěn)定同位素標(biāo)記代謝物檢測技術(shù)，發(fā)展了基于穩(wěn)定同位素標(biāo)記的非靶向代謝流組學(xué)技術(shù)MetTracer,。并以模式動物果蠅為例,，通過13C葡萄糖、13C谷氨酰胺等標(biāo)記果蠅，在系統(tǒng)層面上揭示了果蠅衰老過程中發(fā)生的代謝穩(wěn)態(tài)變化,。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《Nature Communications》上,。

2022年4月6日，《Nature》刊發(fā)了一篇題為“Compartmentalized metabolism supportsmidgestation mammalian development”的文章,。來自美國德克薩斯州立大學(xué)的研究團(tuán)隊,，使用代謝組學(xué)的方法以完整胚胎-胎盤為單位對于小鼠妊娠中期胚胎中的代謝進(jìn)行了研究，揭示了妊娠中期胚胎和胎盤的代謝特征,。并借助同位素標(biāo)記示蹤技術(shù),，通過對懷孕小鼠注射D-葡萄糖（U-13C6，99%）和 L-谷氨酰胺（13C5,，99%）,，對其中的碳水化合物代謝途徑的差異和嘌呤的生物體內(nèi)快速合成進(jìn)行了探索，為妊娠中期胚胎發(fā)育及胎盤營養(yǎng)的代謝機(jī)制研究提供了基礎(chǔ),。

當(dāng)前,，13C代謝流分析在糖酵解、TCA循環(huán),、磷酸戊糖途徑,、氨基酸和核苷酸的代謝等研究中已得到廣泛應(yīng)用。

值得一提是,，上述文章實驗中用到的13C同位素標(biāo)記物均來自劍橋同位素實驗室（CIL）

熱耳科技是劍橋同位素總代理（Cambridge Isotope Laboratories）,。提供用于13C代謝流分析用的全套同位素標(biāo)記物。

多種位置標(biāo)記的13C葡萄糖

多種位置標(biāo)記的13C,、15N谷氨酰胺

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