临床代谢组学(一种新的代谢组学技术)
随着代谢组学技术的发展、深入研究和丰富应用。从最初的十几个样本的非靶向代谢组学，到后来的非靶向和靶向代谢组学的结合，对代谢组学和应用案例的要求越来越高。代谢流作为一种可以动态反映代谢流变化的技能，在越来越多的高质量SCI论文中得到了应用。接下来，笔者将用十几分钟的时间向大家介绍这一新的代谢组学技能。
首先，关于代谢流，你可能需要先了解这些:
1.什么是代谢流？
代谢流是利用稳定同位素示踪技术随时跟踪所有代谢反应网络中代谢物变化的动态过程。代谢流技术可以帮助我们更好地了解细胞内代谢网络中代谢物的程度变化、通量分布和周转率，探索重要的代谢异常途径及其生物学效应，揭示高低之间的相互调节机制。这可以为了解疾病产生的机制和发明药物靶点提供有力的科学依据。目前，代谢流分析已被广泛用于研究代谢相关疾病的发病机制，如糖尿病、癌症、免疫和神经退行性疾病等。
2.代谢流的讨论过程
(1)动物模型的研究过程如下:
一般动物模型的流程是根据感兴趣的生物学问题选择合适的稳定同位素示踪剂，然后应用于模型生物(如输液、注射、固体或液体饮食的管饲)。随后，从模型生物中收集组织或血液样品并处理掉。然后通过分析技术(如质谱)检测被示踪剂取代的待测样品，分析示踪剂中同位素标记物对下游代谢物的掺杂。获得的数据可以评价和解释不同代谢物的同位素富集概况，从而了解不同细胞内代谢途径的活性。此外，这些丰富的图谱可以与细胞外(如血液)测量结果结合，并集成到系统级代谢模型中，以显示测试对象代谢状态的定量读数。
(2)细胞模型的研究过程如下:
首先，最好的示踪试验应设计成能保证足够的通量分辨率。但是，后行标记试验、同位素标记和外率测量、代谢模型的建立、后行通量的计算和统计分析。
3.代谢流的应用
目前，代谢流已广泛应用于生理学研究、基因和蛋白质功效研究、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中的动态变化和代谢途径流的精细分布，揭示疾病发生发展过程中重要的代谢途径变化，增强对生理或病理机制的理解。还可以找到细胞生长、增殖等过程的信号转导通路中的关键基因，结合酶的响应动力学来描述代谢网络的特征。
4.关于代谢流研究的常见问题
(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和14C)和稳定示踪剂(如2H、13C和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:高灵敏度和特异性，可用于测量单个预定义路径的运动。但是，放射性示踪剂具有半衰期和放射性，因此需要有资质的专业实验室能力。
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，但可一次查询多个通道，使单次实验收集的信息最大限度地应用，并可延长和重复给药，更具可行性。
13C标记的葡萄糖是最受欢迎的体内示踪剂，它可以用低原型对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)的均相标记示踪剂越来越多地用于体内测定，以全面测定脂肪酸、酮体或氨基酸代谢中涉及的途径。
(2)给药方式的选择:到目前为止，已经成功实现了多种稳定同位素示踪剂的体内给药方式，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。具体方法应根据具体关注的生物学问题来选择。无论选择哪种方法，在示踪管理和进一步取样时，都必须注意对试验条件的掌握和缩放，以便能够从示踪试验中在线提取生物技术资源的可重复的合理结论。
输注是体内测量中最常见的示踪剂给药方法。在特定时间段内以恒定速率向血液中施加示踪剂，然后评估示踪剂进入下游组织的代谢物，可以大大降低与营养管理峰值相关的强烈瞬时效应。但是，输注具有增加侵入性、技术复杂和成本高(高成本通常是由于需要大量示踪剂)的缺点，并且在研究膳食代谢物时可能不是最佳的。
(3)代谢通量分析(MFA):在刻度同位素固定的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，并整合到细胞内或细胞外代谢通量引起的原子转移的数学模型中。然后，在由接收、分泌和生物量生长的速率所施加的约束下，进行计算的迭代过程，以估计要测量的最合适的标记模式的通量值。
MFA在体内的应用会带来一些障碍。重要的问题是体内接收和分泌速率的确认，这使得代谢物在不同器官之间的循环使过程变得复杂。此外，鉴于体内示踪试验持续时间短，根据同位素固定MFA的要求，在组织中不一定能达到稳态标记，动态体内测量通常只对血液样品可行，这限制了INST-MFA的实用性。
5.当前代谢流研究的问题与对策
遇到的问题包括:组织异质性，真核生物代谢的分室特征，没有单细胞和单细胞器官的代谢组学方法。
重要的解决方案是:
(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物对异质细胞群进行预分选。
(2)通过快速区分全细胞中的线粒体和溶酶体成分来检测这些细胞器的代谢。或者基于要通过磁性免疫沉淀进一步区分的线粒体表位标记。
(3)质谱成像(MSI)空代谢组学可能是最常用的技术，它能够以亚细胞(甚至亚细胞器)分辨率表征代谢物和同位素标记模式的程度。目前，基于MSI的方法仍然需要测量空之间的分辨率、代谢物覆盖的规模和灵敏度。然而，可以预期的是，MSI仪器的不断改进以及更高效电离方法和替代取样方法的发展将很快使单细胞示踪分析和代谢组学成为体内代谢研究的常规应用。
二、代谢流的讨论例子
1.测试材料:
CRC(结肠直肠癌)组织样本
正常组织样本
2.研究方法:
通过质谱和基于13C的代谢通量分析，证实了补充谷氨酰胺的TCA循环是SIRT5调节结直肠癌细胞的重要代谢途径。它还揭示了SIRT5对GLUD1的去乙酰化和功效激活的调节作用，表明SIRT5是结肠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变化，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TCA循环中间产物的急剧减少。
谷氨酰胺代谢至-KG，提供碳的关键进入点，为TCA循环提供燃料，支持癌症中技术资源网络的合成和代谢过程。这些结果使我们推测SIRT5可能在肿瘤中调节谷氨酰胺代谢中起作用，从而影响TCA循环代谢物的丰度。
三.光谱引导的生物代谢流服务计划:
如果对代谢流感兴趣，还可以通过谱领生物获得进一步的相关知识或咨询服务。
Spectra可以提供国际一流的代谢组学服务，主要基于稳定同位素标记试验(即同位素示踪)。其原理是在代谢网络的中间体中混入同位素标记的底物，不仅可用于定量确认代谢网络中的流动结构，还可用于定性评价代谢流动，如代谢途径对某些碳源的依赖性，以及在节点处将流动扩散到不同的路径。代谢组学是评估代谢反应率的有力工具。提供一个分析代谢通量的解决方案，可以帮助我们深入理解代谢网络的代谢通量，帮助我们理解代谢转化对病理学的贡献。
1.常用试剂:
基于13C、15N和2H稳定同位素标记的代谢前体；
[1，2-13C2]葡萄糖、[U-13C6]葡萄糖、[U-13C5]谷氨酰胺、[13C5，15N2]谷氨酰胺、[13C4]天冬氨酸、[13C3，15N]丝氨酸、[13C2，15N]甘氨酸、[U-13C6]果糖、D2O
2.常见样本:
各种细胞、组织、微生物细胞、培养基和发酵液。
3.盖住门:
糖酵解途径、三羧酸循环途径、戊糖磷酸途径、氨基酸代谢(谷氨酸、丝氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸等。)、脂肪酸代谢、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:
根据不同的测试需求，我们支持不同的质谱平台进行测试。
5.服务优势:
(1)涵盖多种代谢途径，满足各种研究需求
(2)已支持客户发表多篇代谢流高影响因子文章，受到业内大咖的高度重视。
(3)具有丰富的大型项目技术资源网络经验。
(4)包括QC等多重质量控制体系，结果更加准确。
6.服务示例图:
