「青莲聚焦」代谢流带您走出科研emo_公司新闻

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「青莲聚焦」代谢流带您走出科研emo

人阅读发布时间：2021-12-08 09:47

代谢流简介
代谢组学反映的是静态的代谢物丰度，而单独某一种代谢物的增加，既可能是因为合成途径的活跃，也可能是由于消耗途径的抑制。因此，对于特定代谢通路和代谢网络的研究，代谢组学往往不足以解释所有问题。代谢流（Metabolic Flux）是在传统代谢组学基础上演进的新技术，利用稳定同位素13C或者15N标记特定代谢物分子，并结合NMR或者GC-MS/LC-MS色谱质谱联用技术解析和追踪下游代谢产物的同位素标记状态，从而系统的定量细胞内各代谢物在生物体内代谢通路中的周转速率、流向和分布规律，并在动态水平上直观揭示细胞内主要活性途径及其分布变化特点，最终挖掘主要代谢异常通路及其生物学功能，揭示其上下游相互调控机制。简单而言代谢流可以帮助人们解决代谢物从哪里来到哪里去的问题。

代谢流应用

（1）通过比较不同环境条件及各种代谢性疾病的不同代谢途径的代谢流量的分布变化，揭示出相关疾病发生发展过程中的主要代谢通路及其早期诊断的标志物。

（2）通过¹³C代谢流量技术对胞内外的中间代谢物的变化示踪，可以鉴定出基因工程菌的关键的代谢通路和活性，为大程度提高目标代谢产物的合成提供直接的依据。
（3）通过比较分析细胞，组织及其血样和尿液在基因改造的前后的代谢功能变化，为药物靶点治疗提供直接依据。

代谢流研究对象

（1）糖酵解途径（EMP）是指糖原或葡萄糖分子分解至生成丙酮酸的阶段，是体内糖代谢最主要途径。
（2）三羧酸循环是（TCA）需氧生物体内普遍存在的代谢途径，是生物机体获取能量的主要方式，是糖，脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径。在需氧生物中糖酵解生成的丙酮酸可进入线粒体，通过三羧酸循环（TCA）及电子传递链彻底氧化成二氧化碳和水。

（3）磷酸戊糖途径（PPP）是葡萄糖氧化分解的一种方式，除了提供能量外，主要是为合成代谢提供多种原料。如为脂肪酸、胆固醇的生物合成提供还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸（NADPH）；为核苷酸辅酶、核苷酸的合成提供5-磷酸核糖；为芳香族氨基酸合成提供4-磷酸赤藓糖。

代谢流研究流程

代谢流文献分享

文章一

文章名称：还原性TCA循环代谢促进谷氨酰胺和葡萄糖刺激的胰岛素分泌
发表期刊：Cell Metabolism
影响因子：27.287
发表时间：2021.04

研究内容：
为了研究谷氨酰胺(Gln)与胰岛素分泌的代谢途径的关系，研究人员利用基于气相色谱-质谱(GC-MS)平台的代谢流技术分析大鼠胰岛素瘤INS832/13细胞系和原代大鼠胰岛几种枸橼酸和其他代谢产物，追踪了在葡萄糖或Gln + BCH刺激下胰岛细胞中¹³C标记的Gln的代谢命运。发现在大鼠胰岛素瘤(INS832/13)细胞和原代大鼠胰岛中，Gln和BCH所引发的胰岛素分泌减少主要是通过TCA循环的还原方向实现，刺激葡萄糖或Gln + BCH激活了三种不同形式的¹³C标记Gln还原代谢为柠檬酸。此外，发现¹³C标记的Gln标记柠檬酸，以及葡萄糖和Gln + BCH刺激胰岛素分泌、NADPH产生和蛋白去sumo化，而这种还原方向的代谢离不开异柠檬酸脱氢酶-2（IDH2）的调控，都因线粒体IDH2活性的抑制而受损。(IDH2)催化酮戊二酸还原羧化为异柠檬酸，其分子或药理抑制会损害葡萄糖和Gln +BCH刺激的还原性TCA循环通量，降低NADPH水平，并抑制胰岛素分泌。最后，对活鼠IDH2的急性抑制可以抑制葡萄糖诱导的胰岛素分泌的正常增加。这些研究表明，除了在癌细胞生长中发挥作用外，TCA周期中Gln和2KG的还原代谢在B细胞中具有重要的细胞信号传导功能，包括在非分裂原代胰岛细胞中。

文章二

文章名称：RIPK1通过调节天冬氨酸分解代谢来调节饥饿抗性
发表期刊：Nature Communication
影响因子：14.919
发表时间：2021.10

研究内容:
受体相互作用蛋白激酶-1 (RIPK1)是细胞生存和死亡的主要调控因子，细胞死亡相关基因的遗传消融大多导致产前死亡或胚胎缺陷。然而，RIPK1−/−小鼠在胎儿期表现得几乎正常。尽管RIPK1敲除挽救了小鼠的产前死亡，但RIPK1−/−小鼠仍然在出生后不久死亡。这表明RIPK1特别促进了新生儿期的存活。代谢调节和自噬对出生时严重饥饿的新生儿生存至关重要。然而，RIPK1调控饥饿抗性和生存的机制尚不清楚。研究人员通过研究RIPK1的代谢调节作用来解决这个问题。首先，利用液相色谱-质谱(LC-MS)为基础的靶向代谢组学研究了小鼠胚胎纤维原细胞（MEF)和Jurkat细胞中RIPK1缺乏的代谢物变化。代谢组学分析发现RIPK1缺乏特异性地增加饥饿条件下新生小鼠和哺乳动物细胞中的天冬氨酸水平变化显著，在饥饿条件下，天门冬氨酸都是对RIPK1表达一致响应的特异性代谢物。这些结果表明，RIPK1缺乏会导致细胞和小鼠组织中天冬氨酸水平升高，而RIPK1回补会挽救这些水平。进一步使用[U-¹³C]-天门冬氨酸稳定同位素示踪技术，验证了对RIPK1缺乏反应增强的TCA活性，RIPK1−/−细胞中增加的天冬氨酸增加了TCAflux和ATP的产生。转录分析表明，ripk1−/−缺失通过灭活SP1下调了天门冬氨酸分解代谢中的基因表达。综上所述，此研究揭示了RIPK1作为一种代谢调节剂负责饥饿抗性。

文章三

文章名称：白血病发生过程中对丙酮酸脱氢酶的需求取决于细胞谱系
发表期刊：Cell Metabolism
影响因子：27.287
发表时间：2021.07

研究内容:
癌细胞在代谢上与其相应的正常组织相似。癌症和正常组织之间的差异可能反映了在转化或维持引发癌症的特定正常细胞类型的代谢过程中的重编程。研究人员通过给小鼠注射荧光标记的葡萄糖类似物2-NBDG或者同位素标记的¹³C-葡萄糖，对血液细胞进行代谢组学分析，结果显示与其他造血细胞相比，CD8+T细胞是骨髓中糖酵解最活跃的细胞类型。PDH是丙酮酸生成乙酰辅酶A（acetyl-CoA）的关键酶，敲除Pdha1可通过抑制细胞增殖和促进凋亡来抑制Pten（抑癌基因）缺失小鼠T细胞白血病的发生，却无法阻碍小鼠髓系白血病的发展，代谢组学分析证实Pdha1敲除影响了胸腺细胞中糖酵解到TCA循环的过渡，还影响了胸腺的氧化还原稳态，谷氨酸和谷胱甘肽的产生受到了抑制。整篇文章揭示了糖代谢在造血发育以及白血病发生过程中的组织特异性，发现了糖酵解到TCA循环的关键酶-丙酮酸脱氢酶（PDH）在CD4+CD8+双阳性T细胞发育及T细胞白血病中的重要作用。