稳定同位素在脂肪酸及脂质代谢中的应用_热耳科技-稳定性同位素专家

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稳定同位素在脂肪酸及脂质代谢中的应用

脂质是普遍存在的分子，具有多种重要的生物学功能，包括能量储存（甘油三酯）、细胞膜结构和功能的调节（磷脂和胆固醇）、细胞内信号传导和激素调节。脂质代谢功能障碍会导致多种疾病，其中包括动脉粥样硬化、高甘油三酯血症和 2 型糖尿病。因此，了解体内脂质的合成、调节和运输对于开发针对这些疾病的新疗法和改进疗法非常重要。 稳定同位素已被用于研究脂质代谢的多个方面，包括胆固醇、磷脂和三酰甘油的合成和处置。

同位素在脂肪酸代谢中应用案例

中国科学院分子植物卓越创新中心杨琛研究员领衔的科研团队，2021年在《美国科学院院报》发表了一篇题为“Mycobacterial fatty acid catabolism is repressed by FdmR to sustain lipogenesis and virulence”论文。研究结合动态13C代谢流量分析、代谢组、脂质组以及其他组学技术，在致病菌海分枝杆菌中，发现了一个TetR家族的转录调控蛋白FdmR在脂肪酸代谢中起关键调控作用，揭示FdmR是一个潜在的重要药物靶点。

该实验中，为了量化通过脂肪酸分解代谢途径的通量，研究人员使用13C-油酸盐、13C-乙酸盐或 13C-丙酸盐作为示踪剂，对过滤培养物进行了动态 13C 标记实验。使用过滤灌注法将生长中的分枝杆菌培养物从未标记的脂肪酸转换为标记的脂肪酸。然后通过快速和频繁的采样分析单个代谢物的动态标记，然后进行液相色谱-质谱 (LC-MS) 和气相色谱-MS (GC-MS) 测量。在切换到13C-油酸期间，细胞内油酰辅酶 A 和乙酰辅酶 A 在 5 秒内基本上被标记，通过对动态标记数据分析，从而量化油酸消耗通量和脂肪酸氧化通量。

同位素在脂质代谢中应用案例

来自美国加利福尼亚大学的科研团队，通过13C胆固醇同位素标记实验，发现了巨噬细胞胆固醇外流的新途径。相关科研成果发表在2020年3月25日的《美国科学院院报》上。

研究人员假设巨噬细胞具有将胆固醇直接卸载到相邻细胞上的能力。为了验证这一假设，使用甲基-β-环糊精 (MβCD) 向小鼠腹腔巨噬细胞加载13C-胆固醇。然后，将巨噬细胞（在没有血清或 HDL 的情况下）接种到已用15N-胆碱进行代谢标记的平滑肌细胞 (SMC) 上。在没有 HDL 或血清的情况下将细胞孵育过夜后，通过纳米级二次离子质谱 (NanoSIMS) 可视化 13C 和 15N 分布。研究人员观察到与13C负载的巨噬细胞相邻的 SMC 中大量 13C 富集 - 包括在 SMC 的细胞溶质脂滴中。在后续研究中，在将巨噬细胞铺板到 SMC 上之前，用 MβCD 从负载13C胆固醇的巨噬细胞的质膜中去除了“可接近的胆固醇”。过夜孵育后，再次观察到与巨噬细胞相邻的 SMC 中大量 13C 富集。因此，巨噬细胞在没有血清或 HDL 的情况下将胆固醇转移到相邻细胞，从而有助于卸载多余胆固醇的能力。