代谢流产品再登名刊——助力葡萄糖代谢速率和脂质转换动力学的全局测定

2023年4月，广州生物岛实验室、中科院遗传发育所、中科脂典、浙江大学、北京大学等单位的相关研究人员在《Cell Metabolism》（IF: 31.4）在线发表了题为“Global determination of reaction rates and lipid turnover kinetics in Mus musculus”的研究论文，将代谢流检测技术与数学建模相结合，揭示体内葡萄糖代谢的途径和速率，以及其合成产物是如何被局部限制或输送至远程部位的。

新陈代谢是生物学最基本的体现之一。数百年来，测量新陈代谢一直是生物研究的核心主题。理解疾病和剖析代谢调节需要对组织、细胞和分子水平有更精细的了解。在个体组织内，同位素标记可以追踪被标记底物的代谢途径和命运。对于非实时研究，同位素掺入可以通过质谱法在数百种代谢物中进行量化。然而，到目前为止，新陈代谢相互关联的性质阻碍了对组织内单个代谢物反应速率的测量。

该研究使用一种流体饮食形式，在体内实现同位素稳定状态，应用C13标记代谢流在4天时间里监测了12个组织、9个脑区中饮食葡萄糖的碳代谢。中科脂典为该研究提供了全面的代谢通路代谢流分析，共定量超过1,000个同位素标记代谢物, 不仅涵盖了糖代谢（如TCA循环、糖酵解、磷酸戊糖途径）通路，也覆盖到氨基酸代谢、核苷酸代谢、脂肪酸合成、脂质转换等代谢通路。基于代谢流结果，该研究确定了乳酸是进入TCA的主要丙酮酸来源，还揭示了尿苷稳态的非组织自主调节和棕色脂肪组织（BAT）中葡萄糖-棕榈酸氧化的组织自主途径。

中科脂典提供的代谢流分析服务已经广泛应用于各个生命科学的研究领域，并且硕果累累。例如，通过果蝇幼虫脂肪体同位素标记葡萄糖的碳代谢通量追踪，高分辨代谢流分析揭示Seipin 缺陷对线粒体代谢的影响（EMBO J, 2018）；通过葡萄糖同位素示踪，揭示源自丝氨酸代谢的S-腺苷甲硫氨酸对于抑制抗病毒先天免疫应答的重要作用（Cell Metabolism, 2021）。在靶向代谢流方面，通过对同位素示踪的糖酵解、TCA循环、脂肪酸β氧化分析，发现连接初级碳代谢和聚酮生产的动态TAG存储过程（Nature Biotechnology, 2019）；通过同位素标记脂肪酸的代谢追踪，发现鼻咽癌（NPC）细胞中脂肪酸氧化（FAO）的异常激活，并进一步确定肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）是FAO异常激活的关键分子（Cell Death & Disease, 2022）。