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穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用

來(lái)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(guò)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(guò)對(duì)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(dòng)態(tài)水平上描述細(xì)胞的代謝活性。

穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用



葡萄糖和谷氨酰胺是細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的主要能源。為了量化培養(yǎng)的哺乳動(dòng)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(yíng)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(zhǎng)，代謝物標(biāo)記通過(guò) GC-MS 或 LC-MS 測(cè)量。
對(duì)于體內(nèi)標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，D-葡萄糖（U-13C6，99%）或 L-谷氨酰胺（13C5，99%）溶液通過(guò)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(cè)量數(shù)十種以上物種的同位素標(biāo)記，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)通量定量。


穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用

穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用


來(lái)自上海有機(jī)化學(xué)研究所朱正江研究團(tuán)隊(duì)，為了對(duì)生命體的整個(gè)代謝組進(jìn)行全面的代謝流動(dòng)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(cè)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(dòng)物果蠅為例，通過(guò)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(guò)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(guó)際期刊《Nature Communications》上。


穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用


2022年4月6日，《Nature》刊發(fā)了一篇題為“Compartmentalized metabolism supportsmidgestation mammalian development”的文章。來(lái)自美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，使用代謝組學(xué)的方法以完整胚胎-胎盤為單位對(duì)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(guò)對(duì)懷孕小鼠注射D-葡萄糖（U-13C6，99%）和 L-谷氨酰胺（13C5，99%），對(duì)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(yíng)養(yǎng)的代謝機(jī)制研究提供了基礎(chǔ)。


穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用



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(shí)驗(yàn)中用到的13C同位素標(biāo)記物均來(lái)自劍橋同位素實(shí)驗(yàn)室（CIL）


穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用

穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用


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


穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用


多種位置標(biāo)記的13C、15N谷氨酰胺

穩(wěn)定同位素在代謝流分析中的應(yīng)用




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