穩定同位素示蹤技術在氨基酸代謝調控中的應用

氨基酸在合成代謝和分解代謝中起著關鍵作用，它們不僅是蛋白質的組成部分，而且是許多關鍵代謝產物的前體，并被氧化以提供能量。氨基酸在體內的代謝包括4個方面（圖2）：

①轉化為非蛋白的含氮化合物，如嘌呤、嘧啶、膽堿等；

②通過脫氨基作用轉化為NH3或α-酮酸，α-酮酸較終轉變成糖類、酮體或經過TCA氧化成二氧化碳和水，并放出能量；

③通過脫羧作用依次轉化為胺、醛、酸，較終生成二氧化碳和水；

④過剩氨基酸將通過排泄方式排出體外。在氨基酸代謝調控研究中，穩定同位素示蹤技術多用于研究氨基酸的合成與轉化，通過對特定氨基酸進行同位素標記，根據標記原子追蹤該氨基酸的代謝路徑，**了解氨基酸的代謝情況，進而研究其在機體內的重要功能。

研究了冬蟲夏草中茶氨酸的積累多于其他植物的機制，比較了冬蟲夏草與其他植物（如金花茶、山茶花、玉米、擬南芥和番茄）中茶氨酸的含量，并用穩定同位素示蹤技術闡明其生物合成途徑。通過質譜法對相關中間體和代謝物進行定量分析發現，補給2N5-乙胺后，所有植物均產生2N5-茶氨酸，這就暗示乙胺的可用性將是茶氨酸在冬蟲夏草和其他植物中積累差異的原因。

前期發現嚙齒目動物膳食必需氨基酸（NEAAs）作為氮源的重要性，且每個必需氨基酸均具有不同的促生長活力。他們對必需氨基酸進行同位素標記（15N），比較膳食中必需氨基酸氮素代謝的差異，借助氨基酸分析儀和串聯質譜分別測定腸道及血漿中氨基酸的濃度和相應的15N豐度。較終揭示了大鼠腸道中必需氨基酸氮代謝的異同，暗示膳食中必需氨基酸的氮素主要通過腸內代謝大量進入氨基酸氮循環。

通過描述載脂蛋白M與脂代謝其他成分間的相互作用來更好地明確其在動脈粥樣硬化中的潛在優勢。給14名男性受試者持續注入14 h 2H3-亮氨酸，每小時取1次血樣并用液相色譜串聯質譜進行分析，脂蛋白中的部分分解速率和產率采用房室模型進行計算。結果表明，低密度脂蛋白動力學在載脂蛋白M周轉過程中發揮關鍵作用，血漿三酰甘油對載脂蛋白M和1-磷酸鞘氨醇在脂蛋白間的分布均起作用，進一步證實了載脂蛋白M分泌后可被結合到高密度脂蛋白中，然后與非脂蛋白相關的室進行快速交換，也可被結合到低密度脂蛋白被慢慢分解代謝。

此外，CO2呼氣法是同位素標記氨基酸用于臨床診斷的一種新方法。其原理是給患者口服或靜脈注射一定量某種13C標記的氨基酸，根據其身體某部位上發生特定的氧化代謝，產生含13C的CO2，經肺呼出后用NaOH吸收，將生成的Na213CO3用酸處理獲得13CO2氣體，經純化后，利用13C-呼氣試驗專用質譜儀來檢測13CO2的濃度變化，繪出13CO2排出特征曲線。某種疾病的患者對某種氨基酸的氧化能力與正常人不同，因此，所獲得曲線也存在明顯的差異，從而可以進行臨床診斷。Kirschman等[46]用實驗的方法控制兩棲類動物的生理應激，通過呼吸測量法和13C呼氣試驗檢測發展和蛻變過程中能量和營養物質的消耗。研究結果為幼蟲生長和發育之間生理平衡的近因提供了證據，并為整個生命階段能量和營養的消耗提供了新的認識。

穩定同位素標記氨基酸的檢測方法快速準確、靈敏度高，現已應用于科學研究的各個領域。采用穩定同位素標記的氨基酸作為示蹤劑，可準確把握氨基酸的合成與代謝途徑，對揭示其在生物體內的轉化規律起到了關鍵性作用；同時還可追蹤蛋白質合成與代謝過程，利用患病狀況下蛋白質合成的異常來診斷疾病。

來源：本文來源網絡，版權歸相關權利人所有，如侵權，請聯系刪除