穩(wěn)定同位素在代謝組學(xué)研究中的應(yīng)用

 

代謝組學(xué)是對生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系的研究方式 (見：最接近生物表型的組學(xué)——代謝組學(xué))。作為代謝組學(xué)常用的檢測方法，質(zhì)譜 (MS) 和核磁 (NMR) 可以檢測機(jī)體某一特定時(shí)刻代謝物在體內(nèi)完成復(fù)雜代謝后的總量，而無法精確到代謝物所處的具體代謝通路。

目前，可通過在代謝組學(xué)分析中引入放射或穩(wěn)定同位素標(biāo)記物示蹤劑去推斷其代謝路徑。但放射性同位素對人體有一定危害，穩(wěn)定同位素?zé)o放射性、物理性質(zhì)穩(wěn)定、對人體無害，因此更受科研人員的歡迎。

 
基于穩(wěn)定同位素和代謝組學(xué)的穩(wěn)定同位素示蹤代謝組學(xué)充分發(fā)揮二者優(yōu)勢，可更加準(zhǔn)確地研究某一特定代謝物質(zhì)在代謝網(wǎng)絡(luò)中的具體代謝通路。

 

圖 1. 代謝組學(xué) (穩(wěn)定同位素標(biāo)記) 流程圖^[1]
通過 LC-MS 檢測被標(biāo)記葡萄糖在機(jī)體內(nèi)的代謝過程，確定穩(wěn)定同位素標(biāo)記的葡萄糖在相關(guān)代謝通路中的代謝路徑，確定其代謝機(jī)制 (紅點(diǎn)表示¹³C)
 

說的再多，都不如結(jié)合案例分析來得簡單，讓我們跟著小 M 往下看吧。

 
■ 穩(wěn)定同位素標(biāo)記物在阿爾茨海默癥 (AD) 生物標(biāo)志物研究中的應(yīng)用
武漢大學(xué)馮鈺锜教授團(tuán)隊(duì)，通過用穩(wěn)定同位素標(biāo)記的液相色譜質(zhì)譜分析方法 (CIL-LC-MS)，對小鼠糞便樣品中四種類型代謝物 (羧基、羰基、胺和硫醇代謝物) 進(jìn)行了測定，代謝物通過與含有穩(wěn)定同位素標(biāo)記的物質(zhì) (如 DMED-d4、HIQB-d7、DMAP-d4、BQB-d7) 衍生化 (化學(xué)反應(yīng)) 以提高代謝物檢測的靈敏度，共檢測到了 2302 種潛在代謝物，其中有 1388 種代謝物可被推測，通過化學(xué)標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)庫和質(zhì)譜分析，確定了 308 種代謝物。
 

圖 2. 穩(wěn)定同位素與不同官能團(tuán)代謝物的衍生化反應(yīng)^[3]
 
通過對小鼠糞便中代謝物的鑒定，發(fā)現(xiàn)有 211 種代謝物在阿爾茨海默病 (AD) 模型小鼠和野生型 (WT) 小鼠之間存在顯著差異，這也提示了這些糞便代謝物與 AD 病理密切相關(guān)，為 AD 的診斷提供了新的潛在生物標(biāo)志物。

圖 3. AD 潛在生物標(biāo)志物研究方法^[3]

L：常規(guī)衍生化后的代謝物 MS；H：用穩(wěn)定同位素標(biāo)記衍生化后的代謝物 MS

 

■ 穩(wěn)定同位素標(biāo)記物在癌癥代謝組學(xué)研究中的應(yīng)用

穩(wěn)定同位素分析代謝組學(xué) (Stable Isotope Resolved Metabolomics，SIRM) 是一種利用先進(jìn)的 NMR 和 MS 分析方法，分析穩(wěn)定同位素富集的前體到產(chǎn)物的單個(gè)原子的的過程，根據(jù)穩(wěn)定同位素原子的跟蹤，可以揭示一些新的代謝途徑及治療靶點(diǎn)，SIRM 在腫瘤代謝研究中發(fā)揮了重大作用。DeNicola GM 等人用 U-¹³C-glucose 通過對非小細(xì)胞肺癌 (NSCLC) 細(xì)胞株的代謝跟蹤，研究了 NSCLC 中 Serine/Glycine 代謝路徑，對 NSCLC 的診斷和治療發(fā)揮了重要作用。

 

圖 4. 用 SIRM 對 NSCLC 代謝路徑的研究^[4]

 

跟著小 M 看了這么多穩(wěn)定同位素標(biāo)記物在在代謝領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，您目前肯定對穩(wěn)定同位素標(biāo)記物有了更深刻的印象了吧？下面就讓小 M 帶您再瀏覽下 MCE 穩(wěn)定同位素類產(chǎn)品吧，說不定您的下一篇文章里面就有它們的身影呢！

 

相關(guān)產(chǎn)品

Exatecan (D5 mesylate) Exatecan 氘代物。Exatecan Mesylate 是一種 DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶 I (topoisomerase I) 抑制劑。

Ercalcidiol-d3 Ercalcidiol 的氘代物。Ercalcidiol 是維生素 D2 的代謝產(chǎn)物。

BMS-986202 口服活性的 Tyk2 抑制劑。用于 IL-23 驅(qū)動(dòng)的棘皮癥，抗 CD40 誘導(dǎo)的結(jié)腸炎和自發(fā)性狼瘡的研究。

Glycyl-Exatecan (D5 hydrochloride) Glycyl-Exatecan 的氘代物。

Eldecalcitol-d6 Eldecalcitol 氘代化合物。Eldecalcitol 是一種具有口服活性的維生素 D 的類似物，用于研究骨質(zhì)疏松癥。

VX-984 有效的 ATP 競爭性的 DNA-PK 抑制劑。

Palbociclib-D8 是 Palbociclib 的氘代物。Palbociclib 是一種選擇性的口服活性的 CDK4 和 CDK6 抑制劑。

MCE 的所有產(chǎn)品僅用作科學(xué)研究或藥證申報(bào)，我們不為任何個(gè)人用途提供產(chǎn)品和服務(wù)。

 

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MCE 不但可以提供您科研所需穩(wěn)定同位素產(chǎn)品，更可一步到位提供穩(wěn)定同位素示蹤代謝組學(xué)服務(wù)：非靶標(biāo)和靶標(biāo)穩(wěn)定同位素示蹤代謝組學(xué)服務(wù)。

 

非靶標(biāo) (穩(wěn)定同位素示蹤) 代謝組學(xué)可以研究代謝流隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，不限于特定的代謝通路；靶標(biāo) (穩(wěn)定同位素示蹤) 代謝組學(xué)主要針對能量代謝相關(guān)的三條代謝通路 (糖酵解途徑 EMP，TCA 循環(huán)，戊糖磷酸途徑 PPP)。
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參考文獻(xiàn)

1. Jang C, Chen L, Rabinowitz JD. Metabolomics and Isotope Tracing. Cell. 2018 May 3;173(4):822-837

2. Liang L, Sun F, Wang H, Hu Z. Metabolomics, metabolic flux analysis and cancer pharmacology. Pharmacol Ther. 2021 Aug;224:107827.

3. Yuan BF, Zhu QF, Guo N, Zheng SJ, Wang YL, Wang J, Xu J, Liu SJ, He K, Hu T, Zheng YW, Xu FQ, Feng YQ. Comprehensive Profiling of Fecal Metabolome of Mice by Integrated Chemical Isotope Labeling-Mass Spectrometry Analysis. Anal Chem. 2018 Mar 6;90(5):3512-3520

4. DeNicola GM, Chen PH, Mullarky E, Sudderth JA, Hu Z, Wu D, Tang H, Xie Y, Asara JM, Huffman KE, Wistuba II, Minna JD, DeBerardinis RJ, Cantley LC. NRF2 regulates serine biosynthesis in non-small cell lung cancer. Nat Genet. 2015 Dec;47(12):1475-81.