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质谱成像

更新时间:2022-08-15 11:53:46

辨的同位素示踪揭示组织代谢活性

   空间代谢组学就是质谱成像(Mass Spectrometry Imaging,MSI)联合代谢组学,利用前者可准确识别并定位多种代谢物在组织、甚至细胞间的差异性分布,利用后者可对目标微区域组织进行深度代谢组学分析,获得代谢物种类和含量。

      开展生物组织中代谢物成像与原位分析,有利于掌握机体生理或病理相关的代谢物变化规律和时空分布特征,能深层次地理解其在生命活动及病变过程中的作用和机制。

      近日,普林斯顿大学 Joshua D. Rabinowitz组和Shawn M. Davidson组在Natur发表了题为《Spatially resolved isotope tracing reveals tissue metabolic activity》的文章。探讨通过结合活体同位素示踪和质谱成像技术,研究哺乳动物肾脏和大脑中能量代谢活动的空间分布。

实验通过稳定同位素注射与 MSI 结合,并可视化和定量评估区域特异性代谢,这种方法集成稳定同位素标记的营养物质的注入、MS成像和标记模式的定量分析等技术。在同位素拟稳态下通过等值成像分析标记的代谢物有助于量化不同营养素对跨组织区域下游代谢物的贡献。

     通过给小鼠注入了 13C标记葡萄糖和13C标记甘油,来评估肾脏中糖酵解和糖异生的空间模式。当标记葡萄糖进入糖酵解时,它会产生 13C6-UDP-葡萄糖,并且这种标记界定了肾髓质。当标记甘油用于糖异生时,它会产生13C3-UDP-葡萄糖,并且在肾皮质中观察到这种标记。实验数据突出了肾髓质糖酵解和肾皮质糖异生的倾向。

   基于在髓质和皮质中的糖酵解和糖异生的空间差异。给小鼠注入与能量底物相对应的 13C 标记的营养示踪剂,并苹果酸的标记示踪探究每个碳源对三羧酸循环的贡献。实验数据显示谷氨酰胺和柠檬酸盐优先用于皮质,而脂肪酸用于髓质。

  接下来,研究人员将注意力转向另一个具有明确解剖区域的主要器官,即大脑。在大脑中,研究人员观察到在生酮饮食下三羧酸循环和谷氨酸的碳输入的空间梯度。在富含碳水化合物的饮食中,葡萄糖始终占主导地位为 TCA 循环提供底物。但在生酮饮食中出现了使用葡萄糖与 3-羟基丁酸盐的区域差异,3-羟基丁酸在海马中的作用最强,在中脑中的作用最小。

大脑通过氨基转移酶和谷氨酸脱氢酶吸收氮来合成谷氨酸,但氮的来源以及它们的使用是否具有区域特异性尚不清楚。实验探究了脑中谷氨酸合成的氮底物,发现脑氮源在空间上也有所不同,支链氨基酸在中脑起主要作用,氨在丘脑起主要作用。

      该研究证明了质谱成像技术在研究代谢过程动态分布上的可能性。同时也指出由于受到仪器分辨率的限制,此工作局限在对代谢过程在各个功能区域间分布差异的监测。

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