临床代谢组学(一项新的代谢组学技术)。
随着代谢组学技术的不断发展、深入研究和丰富应用。从非靶向代谢组学的前十个样本，到后期非靶向与靶向的结合，对代谢组学和应用案例的要求越来越高。代谢流作为一种能够动态反映代谢通量变化的技术，在越来越多的高质量SCI论文中得到了应用。接下来，作者将用十分钟的时间向大家介绍这一新的代谢组学技术。
首先，关于代谢流，你可能需要先了解这一点:
1.什么是代谢流？
代谢流是利用稳定同位素示踪技术追踪代谢物在整个代谢反应 *** 中随时间变化的动态过程。代谢流技术可以帮助我们更好地了解细胞内代谢 *** 中代谢物水平、流量分布和周转率的变化，探索主要代谢异常途径及其生物学功能，揭示其上下游相互调控的机制。这可以为了解疾病的发病机制、发现药物靶点提供有力的科学依据。目前，代谢流分析已广泛应用于糖尿病、癌症、免疫和神经退行性疾病等代谢相关疾病的发病机制研究。
2.代谢流的研究过程。
(1)动物模型的研究过程如下:
通常，动物模型的过程首先根据感兴趣的生物问题选择合适的稳定同位素示踪剂，然后将其应用于模型生物(如输注、注射、管饲固体或液体饮食)。然后，从模型生物收集组织或血液样本并进行处理。然后，使用分析技术(例如质谱)来检测已经从中提取代谢物的样品，并且分析示踪剂中的同位素标记到下游代谢物中的结合。获得的数据可以评价和解释不同代谢物的同位素富集，从而了解不同细胞内代谢途径的活性。此外，这些富集图可以与细胞外(例如血液)测量结果相结合，并整合到系统级代谢模型中，以显示受试者代谢状态的定量读数。
(2)细胞模型研究过程如下:首先，我们应该设计更佳的示踪剂实验，以确保足够的通量分辨率。然后进行标记实验、同位素标记和外速率测量，建立代谢模型，最后进行通量计算和统计分析。
3.飞外要用代谢流。目前，代谢流已广泛应用于生理学研究、基因和蛋白质功能研究、病理学研究(如肿瘤、肥胖和糖尿病代谢)、微生物工程等。代谢流分析可以定量表征细胞代谢的动态变化和代谢途径的精细流动分布，揭示疾病发生发展过程中主要代谢途径的变化，促进对生理或病理机制的认识。还可以找到细胞生长增殖信号转导通路中的关键基因，结合酶的反应动力学描述代谢 *** 的特征。
4.代谢流研究中的常见问题。
(1)示踪剂的选择:体内稳定同位素测定成功的关键在于示踪剂的选择。示踪剂的选择必须基于代谢途径。放射性示踪剂(如18F、3H、14C)和飞外稳定示踪剂(如2H、13C、15N)可用于研究同位素示踪剂在体内的代谢。
放射性示踪剂的特点:灵敏度高，特异性强，可用于测定单一预定路径的活性。然而，放射性示踪剂具有半衰期并且具有放射性，这需要合格的专业实验室。
稳定同位素示踪剂的特点:灵敏度较低，但通常标记深度较高，但可一次查询多种途径，从而更大限度地利用单次实验收集的信息，延伸重复给药更具可行性。
13C标记葡萄糖是体内更受欢迎的示踪剂，它可以以相对较低的成本快速标记中枢碳代谢中的许多途径。除了13C标记的葡萄糖，基于其他分子和同位素(例如15N，2H)的均匀标记示踪剂越来越多地用于体内测定，以全面确定涉及脂肪酸、酮体或氨基酸代谢的途径。
(2)给药方式的选择:到目前为止，已经成功实施了许多体内给药稳定同位素示踪剂的 *** ，包括通过饮食或管饲口服给药，或通过静脉输注或腹腔注射直接导入循环。具体 *** 要根据相关的具体生物学问题来选择。无论选择哪种 *** ，在示踪剂管理和进一步取样过程中，都必须注意实验条件的控制和标准化，以便从示踪剂实验中得出可重复和生物学上合理的结论。
输注是体内测量中最广泛使用的示踪剂给药 *** 。在指定的时间内以恒定的速率将示踪剂应用于血液，然后评估示踪剂进入下游组织的代谢物，可以更大限度地减少与营养管理峰值相关的剧烈瞬时影响。然而，输注具有侵入性增加、技术复杂和成本高的缺点(高成本通常是由于需要大量示踪剂)，并且在研究饮食代谢物时可能不是更佳的。(3)代谢通量分析(MFA):在标准同位素固定MFA中，将细胞内代谢物的稳态标记模式与细胞外营养摄取或分泌以及细胞生长的测量值相结合，整合到细胞内或细胞外代谢通量引起原子转移的数学模型中。然后，在吸收、分泌和生物量增长率的约束下，执行迭代计算过程来估计最适合于测试标记模式的通量值。
MFA在体内的应用会带来一些障碍。主要问题是体内吸收和分泌速率的确定，不同器官之间的循环代谢物交换使其复杂化。此外，鉴于体内示踪实验持续时间短，根据同位素固定MFA的要求，在组织中可能并不总能实现稳态标记，而动态体内测量通常只对血样可行，这限制了INST-MFA的适用性。5.当前代谢流研究中存在的问题及对策。
遇到的问题主要包括:组织异质性、真核生物代谢的房室特征、缺乏已建立的单细胞和单细胞器官代谢组学 *** 。
主要解决方案有:
(1)在代谢淬灭和代谢物提取之前，使用荧光激活细胞分选(FACS)根据细胞类型特异性标记对异质细胞群进行预分选。
(2)通过全细胞线粒体和溶酶体成分的快速分离检测这些细胞器的代谢。或基于线粒体的表位标记，用于通过磁性免疫沉淀进一步分离。
(3)质谱成像(MSI)空代谢组学可能是应用最广泛的技术，它具有在亚细胞(甚至亚细胞器)分辨率下表征代谢物水平和同位素标记模式的能力。目前，基于MSI的 *** 需要在分辨率、代谢物覆盖率和灵敏度之间进行必要的权衡。但是，可以预期的是，随着MSI仪器的不断改进以及更高效的电离 *** 和替代采样 *** 的发展，单细胞示踪剂分析和代谢组学将很快成为体内代谢研究中的常规应用。
二、代谢流研究实例。
1.实验材料:结直肠癌组织样本。
正常组织样本
2.研究 *** :
本研究通过质谱和基于13C的代谢通量分析，证实了谷氨酰胺依赖性三羧酸(TCA)是SIRT5调控结直肠癌细胞的主要代谢途径。它还揭示了SIRT5对谷氨酸生成和GLUD1功能激活的调节作用，表明SIRT5是结直肠癌的潜在治疗靶点。
3.研究结果:
SIRT5的下调导致TCA循环和谷氨酰胺代谢的改变，包括谷氨酸丰度的增加和-酮戊二酸(-KG)水平的降低。几乎所有的TCA循环中间体都大幅减少。谷氨酰胺被代谢为-KG，提供碳的关键进入点，为TCA循环提供燃料，并支持癌症中的合成代谢过程。这些结果表明SIRT5可能在肿瘤中发挥调节谷氨酰胺代谢的作用，从而影响TCA循环代谢物的丰度。
三、光谱生物代谢流服务方案:
如果你对代谢流感兴趣，也可以通过谱领生物获得进一步的相关知识或咨询服务。
光谱生物可以提供世界一流的代谢组学服务，主要基于稳定同位素标记实验(即同位素示踪)。其原理是在代谢 *** 的中间体中掺入同位素标记的底物，不仅可以定量确定代谢 *** 中的流量结构，还可以定性评估代谢流量，如代谢途径对某些碳源的依赖性以及节点处不同路径的流量分布。代谢组学是评估代谢反应速率的有力工具，为分析代谢通量提供了解决方案。它可以帮助我们深入了解代谢 *** 的代谢通量，帮助我们了解代谢变化对病理的贡献。
1.常用试剂:
用稳定同位素如13C、15N和2H标记的代谢前体；
[1，2-13 C2]-葡萄糖、[U-13 C6]-葡萄糖、[U-13 C5]-谷氨酰胺、[13C5，15 N2]-谷氨酰胺、[13 C4]-天冬氨酸、[13C3，15n]-丝氨酸、[13C2，15n]-甘氨酸、[U-13 C6]-果糖、D2O
2.常见示例:
各种细胞、组织、微生物细胞、培养基和发酵液。
3.覆盖方式:
糖酵解途径、三羧酸循环途径、戊糖磷酸途径、氨基酸代谢(如飞外中的谷氨酰胺、丝氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸等。)，脂肪酸代谢、一碳代谢(叶酸代谢、蛋氨酸循环)、核苷酸代谢、NADPH等能量代谢途径。
4.仪器平台:
根据不同的实验要求，我们匹配了不同的质谱平台进行检测。
5.服务优势:(1)涵盖多种代谢途径，满足各种研究需求。
(2)支持客户发表多篇代谢流高影响因子的文章，受到业内大咖的高度评价。
(3)大型项目经验。
(4)包括QC等多重质控体系，结果更准确。
6.服务示例图: