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從底物追蹤到機制破解，穩定同位素動物代謝研究技術方案
發布時間： 2025-11-21 點擊次數： 458次穩定同位素技術正以“代謝探針"的創新角色，重塑動物代謝研究的認知邊界。其核心優勢在于突破傳統靜態分析的局限，憑借標記底物與生物體內源分子的天然兼容性，實現代謝過程的實時動態追蹤、多維度通量量化及未知反應挖掘，為解析動物正常生理代謝、疾病相關代謝紊亂機制提供了高精準、無干擾的研究工具，成為連接整體表型與分子機制的關鍵技術橋梁。
文獻一：算清全身“流水賬"——Cell Metabolism 2025
哈佛大學團隊通過構建“小鼠全機體能量通量模型"，量化10種主要循環營養素的氧化、儲存、再循環與互變速率，比較了lean（正常飲食組）、HFD（高脂飲食組）及leptin缺陷ob/ob小鼠（一種先天性缺乏瘦素、極度肥胖且患有嚴重高血糖的模型）的代謝經濟差異。
實驗聯合13C-底物輸注、血清LC-MS及穩定同位素分析儀，對10種主要營養素進行“收支"盤點：循環乳酸鹽96%被氧化，而葡萄糖僅81%，必需氨基酸僅30%左右，顯示不同底物存在固有的“氧化/儲存"分配比；在lean小鼠中，所有營養素的“無效循環"通量（糖原-葡萄糖、TAG-NEFA、蛋白周轉）合計比氧化通量還高23%，浪費約9%的總ATP；ob/ob小鼠的循環通量整體升高2倍，ATP浪費增至12%，而HFD小鼠與lean差異不大，提示造成代謝“無效循環"亢進、能量大量浪費的關鍵原因，是瘦素這種激素的缺失，而不是單純的體重增加或脂肪過多，在臨床治療某些代謝綜合征時，糾正“瘦素信號缺失"比單純“減重"更為關鍵。
文獻二：把葡萄糖“追"到細胞器——Nature Communications 2025
Vanderbilt團隊在《Nature Communications》發表了一項研究成果，給清醒小鼠持續靜脈輸注高vs低劑量[U-13C?]-葡萄糖，他們發現：高劑量組（40mg）60min內13CO2呼出達到平臺期，同時抽血測葡萄糖同位素標記，發現80%的葡萄糖分子6個碳全部被13C取代（M+6），把肝臟取出來測糖原，發現其葡萄糖單元里有30–50%是13C標記的，證明從血液里“現成"的13C-葡萄糖直接被肝臟抓去合成糖原，合成速度極快；結合MALDI-MS成像、MIMS-EM等技術，該研究把“器官-細胞-細胞器"三級代謝圖譜串成一條時間軸。
文獻三：運動時間是否重要？---Metabolism 2024
為了探討運動時間（晝夜節律）對運動后底物代謝的影響，以及肥胖如何改變這種“時間-代謝"可塑性，Karolinska與哥本哈根團隊讓lean與HFD小鼠分別在靜息期（ZT3）或活動期（ZT15）跑臺60min，隨后灌胃[U-13C6]-葡萄糖并連續測13CO2呼出。
結果顯示，Lean小鼠僅在活動期運動后表現出13C-葡萄糖氧化峰值下降、脂解升高，呈現“時間-運動"雙重效應；HFD小鼠則失去晝夜差異，運動時間不再影響氧化曲線，提示肥胖導致代謝可塑性受損；經脂肪組織離體實驗進一步表明運動對代謝的改善效果依賴晝夜時段。
北京易科泰生態技術有限公司作為深耕動物代謝研究領域的專業技術服務商，憑借其十余年行業積淀與國際技術合作資源，成為動物穩定同位素相關設備在國內的核心推廣與技術支撐力量。公司提供的穩定同位素氣體分析系統具備：
l 高精度檢測：δ13C精度達0.6‰
l 多參數同步監測：同步測量13CO?、H2O等關鍵指標，結合耗氧量VO2、二氧化碳產生量VCO2等多維度參數，解鎖代謝過程的全貌
l 響應快速：1Hz測量頻率
l 無需額外耗材校準
該系統可靈活搭配呼吸代謝系統、小動物跑步機等設備，形成從整體代謝到底物氧化追蹤的完整解決方案，高效開展動物生理生態、生物醫學等領域的創新研究。
參考文獻：
[1] Habashy A, Acree C, Kim K-Y, et al. Spatial patterns of hepatocyte glucose flux revealed by stable isotope tracing and multiscale microscopy [J]. Nature Communications, 2025, 16: 5850. DOI:10.1038/s41467-025-60994-w.
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[3] Pendergrast L A, Ashcroft S P, Ehrlich A M, et al. Metabolic plasticity and obesity-associated changes in diurnal postexercise metabolism in mice [J]. Metabolism, 2024, 155: 155834. DOI:10.1016/j.metabol.2024.155834.
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