代謝流簡(jiǎn)介?
? ? ? ?代謝組學(xué)反映的是靜態(tài)的代謝物豐度，而單獨(dú)某一種代謝物的增加，既可能是因?yàn)楹铣赏緩降幕钴S，也可能是由于消耗途徑的抑制。因此，對(duì)于特定代謝通路和代謝網(wǎng)絡(luò)的研究，代謝組學(xué)往往不足以解釋所有問(wèn)題。代謝流（Metabolic Flux）是在傳統(tǒng)代謝組學(xué)基礎(chǔ)上演進(jìn)的新技術(shù)，利用穩(wěn)定同位素13C或者15N標(biāo)記特定代謝物分子，并結(jié)合NMR或者GC-MS/LC-MS色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)解析和追蹤下游代謝產(chǎn)物的同位素標(biāo)記狀態(tài)，從而系統(tǒng)的定量細(xì)胞內(nèi)各代謝物在生物體內(nèi)代謝通路中的周轉(zhuǎn)速率、流向和分布規(guī)律，并在動(dòng)態(tài)水平上直觀揭示細(xì)胞內(nèi)主要活性途徑及其分布變化特點(diǎn)，最終挖掘主要代謝異常通路及其生物學(xué)功能，揭示其上下游相互調(diào)控機(jī)制。簡(jiǎn)單而言代謝流可以幫助人們解決代謝物從哪里來(lái)到哪里去的問(wèn)題。

代謝流應(yīng)用?

? ? ?（1）通過(guò)比較不同環(huán)境條件及各種代謝性疾病的不同代謝途徑的代謝流量的分布變化，揭示出相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的主要代謝通路及其早期診斷的標(biāo)志物。

? ? ?（2）通過(guò)13C代謝流量技術(shù)對(duì)胞內(nèi)外的中間代謝物的變化示蹤，可以鑒定出基因工程菌的關(guān)鍵的代謝通路和活性，為大程度提高目標(biāo)代謝產(chǎn)物的合成提供直接的依據(jù)。
? ? ?（3）通過(guò)比較分析細(xì)胞，組織及其血樣和尿液在基因改造的前后的代謝功能變化，為藥物靶點(diǎn)治療提供直接依據(jù)。

代謝流研究對(duì)象?

? ? ? （1）糖酵解途徑（EMP）是指糖原或葡萄糖分子分解至生成丙酮酸的階段，是體內(nèi)糖代謝最主要途徑。
? ? ? （2）三羧酸循環(huán)是（TCA）需氧生物體內(nèi)普遍存在的代謝途徑，是生物機(jī)體獲取能量的主要方式，是糖，脂肪和蛋白質(zhì)三種主要有機(jī)物在體內(nèi)徹底氧化的共同代謝途徑。在需氧生物中糖酵解生成的丙酮酸可進(jìn)入線粒體，通過(guò)三羧酸循環(huán)（TCA）及電子傳遞鏈徹底氧化成二氧化碳和水。

? ? ? （3）磷酸戊糖途徑（PPP）是葡萄糖氧化分解的一種方式，除了提供能量外，主要是為合成代謝提供多種原料。如為脂肪酸、膽固醇的生物合成提供還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸（NADPH）；為核苷酸輔酶、核苷酸的合成提供5-磷酸核糖；為芳香族氨基酸合成提供4-磷酸赤蘚糖。

代謝流研究流程?

文章一

文章名稱：還原性TCA循環(huán)代謝促進(jìn)谷氨酰胺和葡萄糖刺激的胰島素分泌

發(fā)表期刊：Cell Metabolism
影響因子：27.287
發(fā)表時(shí)間：2021.04

研究?jī)?nèi)容：
? ? ? ?為了研究谷氨酰胺(Gln)與胰島素分泌的代謝途徑的關(guān)系，研究人員利用基于氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)平臺(tái)的代謝流技術(shù)分析大鼠胰島素瘤INS832/13細(xì)胞系和原代大鼠胰島幾種枸櫞酸和其他代謝產(chǎn)物，追蹤了在葡萄糖或Gln + BCH刺激下胰島細(xì)胞中13C標(biāo)記的Gln的代謝命運(yùn)。發(fā)現(xiàn)在大鼠胰島素瘤(INS832/13)細(xì)胞和原代大鼠胰島中，Gln和BCH所引發(fā)的胰島素分泌減少主要是通過(guò)TCA循環(huán)的還原方向?qū)崿F(xiàn)，刺激葡萄糖或Gln + BCH激活了三種不同形式的13C標(biāo)記Gln還原代謝為檸檬酸。此外，發(fā)現(xiàn)13C標(biāo)記的Gln標(biāo)記檸檬酸，以及葡萄糖和Gln + BCH刺激胰島素分泌、NADPH產(chǎn)生和蛋白去sumo化，而這種還原方向的代謝離不開異檸檬酸脫氫酶-2（IDH2）的調(diào)控，都因線粒體IDH2活性的抑制而受損。(IDH2)催化酮戊二酸還原羧化為異檸檬酸，其分子或藥理抑制會(huì)損害葡萄糖和Gln +BCH刺激的還原性TCA循環(huán)通量，降低NADPH水平，并抑制胰島素分泌。最后，對(duì)活鼠IDH2的急性抑制可以抑制葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌的正常增加。這些研究表明，除了在癌細(xì)胞生長(zhǎng)中發(fā)揮作用外，TCA周期中Gln和2KG的還原代謝在B細(xì)胞中具有重要的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)功能，包括在非分裂原代胰島細(xì)胞中。

?

文章二

文章名稱：RIPK1通過(guò)調(diào)節(jié)天冬氨酸分解代謝來(lái)調(diào)節(jié)饑餓抗性
發(fā)表期刊：Nature Communication
影響因子：14.919
發(fā)表時(shí)間：2021.10

研究?jī)?nèi)容:
? ? ? ?受體相互作用蛋白激酶-1 (RIPK1)是細(xì)胞生存和死亡的主要調(diào)控因子，細(xì)胞死亡相關(guān)基因的遺傳消融大多導(dǎo)致產(chǎn)前死亡或胚胎缺陷。然而，RIPK1?/?小鼠在胎兒期表現(xiàn)得幾乎正常。盡管RIPK1敲除挽救了小鼠的產(chǎn)前死亡，但RIPK1?/?小鼠仍然在出生后不久死亡。這表明RIPK1特別促進(jìn)了新生兒期的存活。代謝調(diào)節(jié)和自噬對(duì)出生時(shí)嚴(yán)重饑餓的新生兒生存至關(guān)重要。然而，RIPK1調(diào)控饑餓抗性和生存的機(jī)制尚不清楚。研究人員通過(guò)研究RIPK1的代謝調(diào)節(jié)作用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。首先，利用液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)為基礎(chǔ)的靶向代謝組學(xué)研究了小鼠胚胎纖維原細(xì)胞（MEF)和Jurkat細(xì)胞中RIPK1缺乏的代謝物變化。代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)RIPK1缺乏特異性地增加饑餓條件下新生小鼠和哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的天冬氨酸水平變化顯著，在饑餓條件下，天門冬氨酸都是對(duì)RIPK1表達(dá)一致響應(yīng)的特異性代謝物。這些結(jié)果表明，RIPK1缺乏會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞和小鼠組織中天冬氨酸水平升高，而RIPK1回補(bǔ)會(huì)挽救這些水平。進(jìn)一步使用[U-13C]-天門冬氨酸穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)，驗(yàn)證了對(duì)RIPK1缺乏反應(yīng)增強(qiáng)的TCA活性，RIPK1?/?細(xì)胞中增加的天冬氨酸增加了TCAflux和ATP的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)錄分析表明，ripk1?/?缺失通過(guò)滅活SP1下調(diào)了天門冬氨酸分解代謝中的基因表達(dá)。綜上所述，此研究揭示了RIPK1作為一種代謝調(diào)節(jié)劑負(fù)責(zé)饑餓抗性。

文章三

?文章名稱：白血病發(fā)生過(guò)程中對(duì)丙酮酸脫氫酶的需求取決于細(xì)胞譜系

發(fā)表期刊：Cell Metabolism
影響因子：27.287
發(fā)表時(shí)間：2021.07

研究?jī)?nèi)容:
? ? ? ?癌細(xì)胞在代謝上與其相應(yīng)的正常組織相似。癌癥和正常組織之間的差異可能反映了在轉(zhuǎn)化或維持引發(fā)癌癥的特定正常細(xì)胞類型的代謝過(guò)程中的重編程。研究人員通過(guò)給小鼠注射熒光標(biāo)記的葡萄糖類似物2-NBDG或者同位素標(biāo)記的13C-葡萄糖，對(duì)血液細(xì)胞進(jìn)行代謝組學(xué)分析，結(jié)果顯示與其他造血細(xì)胞相比，CD8+T細(xì)胞是骨髓中糖酵解最活躍的細(xì)胞類型。PDH是丙酮酸生成乙酰輔酶A（acetyl-CoA）的關(guān)鍵酶，敲除Pdha1可通過(guò)抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)凋亡來(lái)抑制Pten（抑癌基因）缺失小鼠T細(xì)胞白血病的發(fā)生，卻無(wú)法阻礙小鼠髓系白血病的發(fā)展，代謝組學(xué)分析證實(shí)Pdha1敲除影響了胸腺細(xì)胞中糖酵解到TCA循環(huán)的過(guò)渡，還影響了胸腺的氧化還原穩(wěn)態(tài)，谷氨酸和谷胱甘肽的產(chǎn)生受到了抑制。整篇文章揭示了糖代謝在造血發(fā)育以及白血病發(fā)生過(guò)程中的組織特異性，發(fā)現(xiàn)了糖酵解到TCA循環(huán)的關(guān)鍵酶-丙酮酸脫氫酶（PDH）在CD4+CD8+雙陽(yáng)性T細(xì)胞發(fā)育及T細(xì)胞白血病中的重要作用。

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