穩定同位素示蹤在內源性物質代謝調控中的應用

在糖代謝調控中的應用

糖代謝是能量代謝的組成部分（圖1），在生命過程中承擔著重要作用。糖代謝異常與許多重大（如糖尿病，缺血性心、腦和等）均有密切的聯系，采用穩定同位素示蹤，可根據實驗所需對糖代謝通路進行相應的同位素標記，通過同位素示蹤劑進行示蹤，能夠把握較終紊亂了糖代謝中的哪些代謝物，從而為機制的研究及新藥的提供依據。

發現與野生型心臟祖細胞相比，糖尿病心臟祖細胞的磷酸戊糖途徑和甘油磷脂合成途徑均出現失調現象。為了闡明其潛在的生物學機制，分別從B6.BKS (D)-Leprdb/J(db/db)和C57BL/6J（野生型）小鼠中提取心臟祖細胞并培養，然后用13C6-葡萄糖孵育心臟祖細胞3和18 h，利用穩定同位素進行示蹤，對腺嘌呤、尿嘧啶及磷脂酰肌醇的同位素峰分布進行分析，通過對代謝途徑中的通量進行計算，較終確定糖尿病使磷酸戊糖途徑的通量減少，而使甘油磷脂合成途徑的通量增加，進而紊亂機體的正常代謝。

借助穩定同位素示蹤發現丙酮酸羧化酶（PC）在非小細胞肺增殖過程中起著關鍵的作用。分別用13C6-葡萄糖/13C5、15N2-谷氨酰胺對shRNA沉默PC表達的細胞進行孵育，通過檢測目標代謝物的同位素峰，判斷缺失PC后目標代謝物是否能夠得到補給。結果表明，缺失PC后，其他途徑無法對目標代謝物進行補給，較終證明PC在非小細胞肺增殖過程中起著關鍵的作用。此外，也采用穩定同位素輔助代謝組學的方法，利用13C6-葡萄糖進行示蹤，并借助NMR及MS分析方法檢測目標代謝產物的同位素峰，透過整個糖代謝途徑來追蹤13C原子的來龍去脈，為非小細胞肺的臨床研究提供依據。

發現在葡萄糖缺乏的情況下，急性髓細胞白血病（AML）細胞具有強的果糖代謝能力。分別用13C6-葡萄糖/13C6-果糖對AML細胞進行孵育，采用氣相色譜-飛行時間質譜對目標代謝物的同位素峰分布進行分析。結果表明，果糖是人體血液系統中的大血糖，它的細胞轉運由SLC2A5基因編碼的GLUT5蛋白轉運子介導，使用RNA沉默干擾AML細胞的SLC2A5基因表達，可降低細胞對果糖的攝取以及果糖誘導的。研究結果暗示負責果糖轉運的蛋白轉運子GLUT5將成為急性髓細胞白血病的一個新的靶點，有望與目前常用的化療科研聯合使用，大地癥的。

在糖代謝研究中，研究者往往會選擇對糖酵解及TCA循環的前體物質葡萄糖進行同位素標記（如13C-葡萄糖、2H-葡萄糖），時會對果糖及谷氨酰胺進行標記（如13C-果糖，13C-、15N-谷氨酰胺），對其下游含同位素標記的中間代謝產物進行定量分析，通過各代謝物的同位素峰分布情況對糖代謝通路進行分析，借助穩定同位素示蹤為靶向研究糖代謝中某一某些途徑提供依據，從而對了解生物體的新陳代謝起到了關鍵性作用。

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