從底物追蹤到機制破解，穩(wěn)定同位素動物代謝研究技術方案

穩(wěn)定同位素技術正以“代謝探針"的創(chuàng)新角色，重塑動物代謝研究的認知邊界。其核心優(yōu)勢在于突破傳統(tǒng)靜態(tài)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(xiàn)代謝過程的實時動態(tài)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(huán)營養(yǎng)素的氧化、儲存、再循環(huán)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(jīng)濟差異。

實驗聯(lián)合13C-底物輸注、血清LC-MS及穩(wěn)定同位素分析儀，對10種主要營養(yǎng)素進行“收支"盤點：循環(huán)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(yǎng)素的“無效循環(huán)"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(huán)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(huán)"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(fā)表了一項研究成果，給清醒小鼠持續(xù)靜脈輸注高vs低劑量[U-13C?]-葡萄糖，他們發(fā)現(xiàn)：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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)其葡萄糖單元里有30–50%是¹³C標記的，證明從血液里“現(xiàn)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(jié)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(xù)測13CO2呼出。

結果顯示，Lean小鼠僅在活動期運動后表現(xiàn)出13C-葡萄糖氧化峰值下降、脂解升高，呈現(xiàn)“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(jīng)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(tài)技術有限公司作為深耕動物代謝研究領域的專業(yè)技術服務商，憑借其十余年行業(yè)積淀與國際技術合作資源，成為動物穩(wěn)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(wěn)定同位素氣體分析系統(tǒng)具備：

l 高精度檢測：δ13C精度達0.6‰

l 多參數(shù)同步監(jiān)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(shù)，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(tǒng)可靈活搭配呼吸代謝系統(tǒng)、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(tài)、生物醫(yī)學等領域的創(chuàng)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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