百趣代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，您對(duì)哺乳動(dòng)物不同器官之間的代謝物交換情況了解嗎？

本期百趣代謝組學(xué)小趣給大家分享的是美國(guó)普林斯頓大學(xué)Joshua D. Rabinowitz團(tuán)隊(duì)發(fā)表在Cell Metabolism上的研究成果。該團(tuán)隊(duì)以豬為模型，利用高通量靶標(biāo)技術(shù)定量測(cè)定了哺乳動(dòng)物器官之間代謝產(chǎn)物交換。

接下來跟著小趣仔細(xì)看看這篇文獻(xiàn)吧~

 

圖1 器官間代謝物交換

Part Ⅱ 腎臟代謝
腎臟會(huì)產(chǎn)生葡萄糖和其他特定的代謝產(chǎn)物，包括糖胺（肌酸前體）和絲氨酸，腎衰竭患者的糖胺循環(huán)水平明顯降低，還確定了鳥嘌呤，尿囊酸和乙酸苯酯是其他腎臟特異性代謝產(chǎn)物，它們可能是腎功能不全的有用診斷標(biāo)記（圖2A）。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，作者觀察到血液中代謝物的絕對(duì)濃度與其重吸收效率之間存在相關(guān)性，更豐富的代謝物被更有效地重吸收，但是也有顯著例外，例如尿酸和肌酐（圖2B）。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，腎臟對(duì)代謝物濃度梯度的連續(xù)重吸收需要大量能量，腎臟可以攝取循環(huán)中的TCA（三羧酸）循環(huán)中間體，其中最豐富的是檸檬酸鹽。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，為了確定這些物質(zhì)的流向，作者通過靜脈注射13C標(biāo)記的檸檬酸到小鼠體內(nèi)，確認(rèn)腎臟在使用檸檬酸循環(huán)鹽作為燃料方面是特殊的（圖2C D）。
 

圖2.腎臟代謝

Part Ⅲ 葡萄糖和乳酸
為了維持代謝物循環(huán)的穩(wěn)態(tài)，每個(gè)代謝物的所有器官的生產(chǎn)和消耗總量必須平衡(包括從飲食中攝取的凈量和從尿液和糞便中排泄的凈量)。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，對(duì)于一個(gè)器官i，凈通量(Fi)可以從AV差值數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來計(jì)算出絕對(duì)代謝物濃度和區(qū)域血流量。
 

 

圖3.葡萄糖和乳酸

Part Ⅳ 氨基酸
觀察到腿部產(chǎn)生大量谷氨酰胺，推測(cè)主要來自骨骼肌(圖4A)。相反，肝臟消耗谷氨酰胺并分泌谷氨酸，絲氨酸和甘氨酸主要由腎臟產(chǎn)生（圖4B），認(rèn)為腎臟在全身一碳代謝穩(wěn)態(tài)中的重要作用。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，在禁食狀態(tài)下，觀察到腿部對(duì)EAA的凈攝取，循環(huán)EAA水平通過肝臟和腎臟的釋放維持（圖4C），在小鼠中進(jìn)行了13C -亮氨酸示蹤劑輸注，觀察到內(nèi)臟器官的蛋白質(zhì)生產(chǎn)最快，它們是最大的氨基酸消耗者（圖4D）。
 

圖4.氨基酸
 

Part Ⅴ 短酸和長(zhǎng)鏈脂肪酸
除了是葡萄糖和氨基酸的最大消費(fèi)者外，腸道還從腸道微生物群中產(chǎn)生一組獨(dú)特的代謝物（圖1G），最豐富的是短鏈脂肪酸（SCFA），觀察到除了腸道釋放的醋酸外，頭部也大量釋放醋酸（圖5A），這表明大腦可能合成醋酸。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，醋酸鹽隨后被包括肝臟、脾臟、腿部和腎臟在內(nèi)的多個(gè)器官消耗（圖5A）。

與SCFA相比，大多數(shù)器官會(huì)釋放長(zhǎng)鏈脂肪酸（LCFA），對(duì)LCFA種類的詳細(xì)分析顯示出肝臟優(yōu)先消耗不飽和（相對(duì)于飽和）LCFA（圖5C）。相應(yīng)地，腿部?jī)?yōu)先釋放不飽和LCFA（圖5D）。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，使用小鼠中的13C-LCFA同位素示蹤，我們確認(rèn)了不飽和LCFA與飽和LCFA的優(yōu)先肝氧化作用（圖5F），這可能與飽和和不飽和LCFA對(duì)心血管疾病和代謝性疾病的不同作用有關(guān)。
 

圖5.短酸和長(zhǎng)鏈脂肪酸

總結(jié)
在這里，作者提供了一個(gè)器官間代謝物交換的定量圖譜，除了確認(rèn)典型的器官特異性代謝功能，還發(fā)現(xiàn)了意外的代謝物交換情況。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，展望未來，關(guān)鍵挑戰(zhàn)是AV差異和同位素標(biāo)記數(shù)據(jù)的定量整合，是理解循環(huán)代謝組的穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵一步。

悄悄告訴大家，目前Biotree也有很多相關(guān)的產(chǎn)品，比如說氨基酸高通量靶標(biāo)、短鏈脂肪酸高通量靶標(biāo)等，實(shí)現(xiàn)了高通量、高靈敏度的靶標(biāo)代謝物檢測(cè)，為定性、定量檢測(cè)大批量、低豐度代謝物提供了高效方法，歡迎大家前來咨詢呀！