代謝組學與同位素示蹤技術應用

數據分析

由于各種代謝物同位素的混合及天然同位素的存在，樣本中同位素豐度會有所升高。因此，在分析同位素數據之前，校正天然同位素豐度的影響是非常重要的環節。比如天然13C豐度可達1.1%，18O豐度為0.2%。考慮到可用同位素及質譜的檢測能力，較好采用所有相關天然同位素進行校正。目前相關軟件可以進行相關校正計算。部分標記可以為完全標記提供相應的補充信息。同位素標記實驗數據可視化可以采用多分類累積柱狀圖（stacked bar），不同的顏色代表不同同位素標記形式。

代謝組學與同位素示蹤技術應用

穩定同位素示蹤技術對生命科學的重大貢獻之一是闡明生物體內的物質處于不斷的動態平衡之中，通過向生物體內引入適當的同位素標記物，在不同時間測定物質中同位素含量的變化，就能夠了解到該物質在體內的變動情況，通過定量計算體內物質的代謝率，獲取物質的更新速度和更新時間等信息。因此，采用同位素示蹤技術可針對特定的通路探索代謝物來源和流向并揭示其活性從而促進對疾病機制的認識。現已越來越多的被應用于各類疾病研究中，它們基本可以實現以下層次水平的研究。

非靶向代謝流分析：通過尋找到代謝網絡中發生代謝變化pathway的關鍵代謝物的13C Flux ratio變化，揭示其相應途徑的酶活性變化情況。

代謝途徑追蹤分析：代謝組學的研究結果無法回答代謝物的升高是因為更快的生成還是更慢的消耗，而這往往是問題的關鍵。穩定同位素標記的代謝流分析將更好的闡述代謝物濃度的變化在特定代謝通路中是如何實現的。通過分析下游標記代謝物的動態變化可以揭示代謝通路中各支路的流量變化。另一個選擇是在同位素標記穩態時進行分析，這樣可以避免對不同時間點進行檢測分析。此時，部分標記的示蹤劑比全標的更**。例如，[1,2 -13C]葡萄糖經過磷酸戊糖途徑（PPP）會生成M+1乳酸，而經過糖酵解途徑會生成M+2乳酸，兩者的比例反應了葡萄糖流向PPP和糖酵解通路的比例。

體內同位素示蹤：體內同位素示蹤研究要比細胞或者微生物實驗更復雜，其不僅是分析標記代謝物的變化，還要考慮同位素標記代謝物的藥代動力學信息，即外周血中示蹤劑和代謝物的水平。對于這種復雜的情況，可以**行簡單的計算，如同位素轉入速率。另一種有價值的分析是檢測外周血中營養物質進入到組織中的比例。比如谷氨酰胺對TCA循環貢獻了多少？通過注射標記的谷氨酰胺，檢測達到穩態時外周血中標記的谷氨酰胺和組織中標記TCA中間產物的比例，可以估算谷氨酰胺進入TCA的循環量。研究人員通過這種方法發現盡管在體外培養**細胞時谷氨酰胺是TCA循環主要的貢獻者，但在機體內卻只貢獻很少一部分。當注入的營養物質通過代謝轉換為其他物質，間接的為組織提供能量，如果要測量不同物質的貢獻量，則需要對循環中所有物質（如glucose, lactate,glutamine）進行標記。例如，通過這種方法，研究人員發現標記的葡萄糖主要是通過外周循環的乳酸進入TCA：某些細胞將葡萄糖分解為乳酸，然后進入血液循環中，再作為主要的TCA底物為大部分組織甚至**提供能量。

穩定同位素示蹤技術已越來越多的被應用于各類疾病研究中，但同位素示蹤研究工作強度大、實驗花費高，如何投入較低的人力和物力而較大限度地獲得驗證通量信息是關鍵。因此，同位素示蹤研究中要時刻注意以下幾個問題：

1）穩定同位素的合理選擇；

2）樣本的處理方法和收集；

3）天然同位素豐度校正。