稳定同位素在糖代谢调控中的应用

在糖代谢调控中的应用

糖代谢是能量代谢的核心组成部分（图1），在生命过程中承担着重要作用。糖代谢异常与许多重大疾病（如糖尿病，缺血性心、脑血管疾病和等）均有密切的联系，采用稳定同位素示踪技术，可根据实验所需对糖代谢通路进行相应的同位素标记，通过同位素示踪剂进行示踪，能够准确把握疾病较终紊乱了糖代谢中的哪些代谢物，从而为疾病机制的研究及新药的研发提供依据。

发现与野生型心脏祖细胞相比，糖尿病心脏祖细胞的磷酸戊糖途径和甘油磷脂合成途径均出现失调现象。为了阐明其潜在的生物学机制，分别从B6.BKS (D)-Leprdb/J(db/db)和C57BL/6J（野生型）小鼠中提取心脏祖细胞并培养，然后用13C6-葡萄糖孵育心脏祖细胞3和18 h，利用稳定同位素进行示踪，对腺嘌呤、尿嘧啶及磷脂酰肌醇的同位素峰分布进行分析，通过对代谢途径中的通量进行计算，较终确定糖尿病使磷酸戊糖途径的通量减少，而使甘油磷脂合成途径的通量增加，进而紊乱机体的正常代谢。

借助稳定同位素示踪技术发现丙酮酸羧化酶（PC）在非小细胞肺**增殖过程中起着关键的作用。分别用13C6-葡萄糖/13C5、15N2-谷氨酰胺对shRNA沉默PC表达的细胞进行孵育，通过检测目标代谢物的同位素峰，判断缺失PC后目标代谢物是否能够得到补给。结果表明，缺失PC后，其他途径无法对目标代谢物进行补给，较终证明PC在非小细胞肺**增殖过程中起着关键的作用。此外，也采用稳定同位素辅助代谢组学的方法，利用13C6-葡萄糖进行示踪，并借助NMR及MS分析方法检测目标代谢产物的同位素峰，透过整个糖代谢途径来追踪13C原子的来龙去脉，为非小细胞肺**的临床研究提供依据。

发现在葡萄糖缺乏的情况下，急性髓细胞白血病（AML）细胞具有**的果糖代谢能力。分别用13C6-葡萄糖/13C6-果糖对AML细胞进行孵育，采用气相色谱-飞行时间质谱对目标代谢物的同位素峰分布进行分析。结果表明，果糖是人体血液系统中的**大血糖，它的细胞转运由SLC2A5基因编码的GLUT5蛋白转运子介导，使用RNA沉默技术干扰AML细胞的SLC2A5基因表达，可**降低细胞对果糖的摄取以及果糖诱导的细胞增殖。研究结果暗示负责果糖转运的蛋白转运子GLUT5将成为急性髓细胞白血病的一个新的靶点，有望与目前常用的g化疗联合使用，地改善**症患者的效果。

在糖代谢研究中，研究者往往会选择对糖酵解及TCA循环的前体物质葡萄糖进行同位素标记（如13C-葡萄糖、2H-葡萄糖），必要时会对果糖及谷氨酰胺进行标记（如13C-果糖，13C-、15N-谷氨酰胺），对其下游含同位素标记的中间代谢产物进行定量分析，通过各代谢物的同位素峰分布情况对糖代谢通路进行分析，借助稳定同位素示踪技术为靶向研究糖代谢中某一特定途径提供依据，从而对了解生物体的新陈代谢起到了关键性作用。