穩(wěn)定同位素示蹤在內(nèi)源性物質(zhì)代謝調(diào)控中的應用

在糖代謝調(diào)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(lián)系，采用穩(wěn)定同位素示蹤，可根據(jù)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(jù)。

發(fā)現(xiàn)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(xiàn)失調(diào)現(xiàn)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(yǎng)，然后用13C6-葡萄糖孵育心臟祖細胞3和18 h，利用穩(wěn)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(wěn)定同位素示蹤發(fā)現(xiàn)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(wěn)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(chǎn)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(jù)。

發(fā)現(xiàn)在葡萄糖缺乏的情況下，急性髓細胞白血?。ˋML）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(zhì)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(tǒng)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(lián)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(huán)的前體物質(zhì)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(chǎn)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(wěn)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(jù)，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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