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穩(wěn)定同位素標(biāo)記物在體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：737　發(fā)布日期：2024-3-26　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

上期我們了解到在 SILAC 的實(shí)驗(yàn)中會(huì)用到同位素標(biāo)記的氨基酸，而體內(nèi)的代謝實(shí)驗(yàn)中是否也會(huì)有專門(mén)的同位素標(biāo)記物的使用呢？今天就和 M 君一起來(lái)看下體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中同位素標(biāo)記物的應(yīng)用吧

穩(wěn)定同位素標(biāo)記物是研究代謝的有力工具，越來(lái)越多地用于體內(nèi)代謝研究，穩(wěn)定同位素標(biāo)記物在體內(nèi)代謝研究中已經(jīng)解決了許多生物學(xué)問(wèn)題，如：代謝路徑的確認(rèn)、疾病機(jī)理的探索、新調(diào)控原理的發(fā)現(xiàn)、新治療靶點(diǎn)及生物標(biāo)志物的確認(rèn)、新診斷方法的實(shí)施及個(gè)性化治等[1]。

穩(wěn)定同位素標(biāo)記物在代謝研究中這么重要，一般都有哪些同位素標(biāo)記物的示蹤劑呢?它們是如何區(qū)別并應(yīng)用的呢？跟著 M 君繼續(xù)來(lái)了解吧~

常用的示蹤劑有穩(wěn)定和放射兩種同位素示蹤劑，穩(wěn)定同位素示蹤劑因其標(biāo)記方式靈活多樣、示蹤時(shí)長(zhǎng)不受半衰期限制、給藥方式多樣及示蹤通路研究較多等而受到體內(nèi)代謝研究實(shí)驗(yàn)的追捧。

穩(wěn)定同位素示蹤劑應(yīng)用較多的為含氘 (2H)、碳-13 (13C)、碳-15 (15N)、氧-18 (18O) 等的同位素標(biāo)記物，全標(biāo)記的示蹤劑具有作為全局示蹤劑的潛力目前廣泛用于代謝研究中，它們可以一次將標(biāo)記轉(zhuǎn)移到多個(gè)下游途徑中，研究多個(gè)通量，如全 13C 標(biāo)記的葡萄糖 (D-Glucose-13C₆) 和谷氨酰胺 (L-Glutamine-13C₅) 等，通過(guò)給藥體內(nèi)，可分析下游代謝產(chǎn)物，找出上下游代謝途徑及其它們的內(nèi)在關(guān)系、代謝產(chǎn)物的組成和含量等，甚至研究細(xì)胞代謝的動(dòng)態(tài)變化。

圖 1. R. solanacearum F1C1 中通過(guò)13C標(biāo)記確認(rèn)OxPPP 和 Non-OxPPP 代謝途徑^[2]。

而特定位置標(biāo)記的穩(wěn)定同位素示蹤劑因其在特定位置的同位素原子會(huì)轉(zhuǎn)移到特定的代謝物中，對(duì)研究特定通路方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，目前也被廣泛應(yīng)用于體內(nèi)代謝研究匯中，如有 [1-13C]-glucose 和 [1，2-13C]-glucose 在研究葡萄糖是參與的有氧化磷酸戊糖 (OxPPP) 還是非氧化磷酸戊糖 (Non-OxPPP) 途徑中發(fā)揮了重大作用[2]。用 3 個(gè) 13C 標(biāo)記的果糖 [1,2,3-13C or 4,5,6-13C]-fructose 示蹤劑，通過(guò)使用在果糖標(biāo)記在前 3個(gè)碳原子，后 3個(gè)碳原子的不同位置標(biāo)記物，揭示了果糖主要通過(guò)甘油在小鼠小腸中分解為有機(jī)酸的過(guò)程[3]。

圖 2. 小鼠接受未標(biāo)記的葡萄糖和部分標(biāo)記的果糖 (碳 1,2,3 或 4,5,6 標(biāo)記)的 1:1 混合物。循環(huán)甘油，以及在較小程度上幾種其他有機(jī)酸，優(yōu)先由果糖的碳 4、5、6 形成。紅線表示碳 1、2、3 與碳 4、5、6 的標(biāo)記相等 (1、2、3 的 N = 4, 4、5、6 的 N = 3) ^[3]。

不同的同位素示蹤劑有不同的用途，那我們要如何選擇呢？M君帶你進(jìn)入了解大咖是如何篩選及后處理同位素的體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)的!

如何篩選穩(wěn)定同位素示蹤劑來(lái)進(jìn)行體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)?zāi)兀縅uan Fernández-Garcí 教授等人對(duì)用不同穩(wěn)定同位素做體內(nèi)示蹤實(shí)驗(yàn)的文獻(xiàn)做了匯總，并總結(jié)了體內(nèi)示蹤實(shí)驗(yàn)總流程圖，具體的過(guò)程如下：

1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇合適的穩(wěn)定同位素示蹤劑，示蹤劑的選擇必須有某個(gè)代謝途徑來(lái)驅(qū)動(dòng)，這些代謝途徑的研究正好解決目前實(shí)驗(yàn)需要解決的生物學(xué)問(wèn)題，然后用不同方法摻入模型生物體內(nèi)，如輸液/注射、灌胃/飲食等。
2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇，從受試者身上收集組織或者血液樣本。
3. 對(duì)收集的樣本代謝物的提取，如組織樣本處理時(shí)要控制好溫度和時(shí)間，減少對(duì)代謝的擾動(dòng)。
4. 上機(jī)檢測(cè)。根據(jù)提取的代謝物，使用質(zhì)譜 (MS) 或者核磁 (NMR) 等分析技術(shù)，檢測(cè)代謝物。
5. 數(shù)據(jù)分析。根據(jù)示蹤劑與下游代謝物的檢測(cè)情況，評(píng)估不同代謝物的同位素富集。根據(jù)所檢測(cè)代謝物數(shù)據(jù)分析，依據(jù)系統(tǒng)代謝模型，確認(rèn)代謝物狀態(tài)及途徑。

圖 3. 體內(nèi)示蹤實(shí)驗(yàn)總流程圖^[1]。

此時(shí)穩(wěn)定同位素在體內(nèi)代謝研究中的應(yīng)用已完全掌握了吧？下面 M 君給出一點(diǎn)小Tips:

在篩選穩(wěn)定同位素示蹤劑做體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)時(shí)，建議參考以下幾點(diǎn)建議：

1. 同位素標(biāo)記物的穩(wěn)定性：穩(wěn)定同位素標(biāo)記物要在體內(nèi)穩(wěn)定存在，且不干擾生物體的正常代謝過(guò)程。
2. 同位素標(biāo)記物的代謝途徑：在體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中，需了解所選擇穩(wěn)定同位素標(biāo)記物的代謝途徑和產(chǎn)物。標(biāo)記物要被完全代謝，不干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
3. 同位素標(biāo)記物的使用方法：在體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中，需了解如何在體內(nèi)摻入穩(wěn)定同位素標(biāo)記物及實(shí)驗(yàn)方法，后續(xù)的樣品處理和數(shù)據(jù)分析。
4. 同位素標(biāo)記物的成本：標(biāo)記物價(jià)格比非標(biāo)記物要貴些，要權(quán)衡考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)量和實(shí)驗(yàn)周期等因素，參考實(shí)驗(yàn)預(yù)算，以保證實(shí)驗(yàn)順利完成。

小 M 已和您共同學(xué)習(xí)了穩(wěn)定同位素在體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，您是否也正好在做類似的實(shí)驗(yàn)?zāi)兀靠梢詾g覽下 MCE 的穩(wěn)定同位素標(biāo)記物，你想要的我都有！

D-Glucose-¹³C₆

¹³C 標(biāo)記的葡萄糖體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中使用最多

D-Glucose-¹³C₆, d₇

¹³C 標(biāo)記的葡萄糖體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中使用最多

D-Glucose-¹³C

¹³C 標(biāo)記的葡萄糖體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中使用最多

D-Glucose-¹³C₂-4

¹³C 標(biāo)記的葡萄糖體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中使用最多

D-Glucose-¹³C-4

¹³C 標(biāo)記的葡萄糖體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)中使用最多

L-Glutamine-¹³C₅

¹³C 和 ¹⁵N 標(biāo)記的谷氨酰胺在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常用到

L-Glutamine-5-¹³C

¹³C 和 ¹⁵N 標(biāo)記的谷氨酰胺在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常用到

L-Glutamine-1-¹³C

¹³C 和 ¹⁵N 標(biāo)記的谷氨酰胺在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常用到

L-Glutamine-¹³C₅,¹⁵N₂

¹³C 和 ¹⁵N 標(biāo)記的谷氨酰胺在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常用到

L-Glutamine-¹⁵N₂

¹³C 和 ¹⁵N 標(biāo)記的谷氨酰胺在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常用到

L-Glutamine-¹⁵N

¹³C 和 ¹⁵N 標(biāo)記的谷氨酰胺在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常用到

L-Serine-¹³C₃