不变同位素技术正以“代谢探针”的创新角色,沉塑动物代谢钻研的认知天堑。其主题优势在于突破传统静态分析的局限,凭借象征底物与生物体内源分子的天然兼容性,实现代谢过程的实时动态追踪、多维度通量量化及未知反映挖掘,为解析动物正常生理代谢、疾病有关代谢错乱机造提供了高精准、无滋扰的钻研工具,成为衔接整体表型与分子机造的关键技术桥梁。

图1 左:动物不变同位素分析仪;中:分歧剂量13C-葡萄糖示踪剂的剂量反映曲线;右:活动状态下13C-棕榈酸象征体脂的氧化动态变动
文件一:算清全身“流水账”——Cell Metabolism 2025
哈佛大学团队通过构建“幼鼠全机体能量通量模型”,量化10种重要循环营养素的氧化、贮存、再循环与互变速度,比力了lean(正常饮食组)、HFD(高脂饮食组)及leptin缺点ob/ob幼鼠(一种先性子不足瘦素、极端肥胖且患有严沉高血糖的模型)的代谢经济差距。

图2 左:尝试示意图;右:分歧饮食组(control、HFD、ob/ob)代谢底物含量对比图
尝试结合¹³C-底物输注、血清LC-MS及不变同位素分析仪,对10种重要营养素进行“出入”盘点:循环乳酸盐96%被氧化,而葡萄糖仅81%,必须氨基酸仅30%左右,显示分歧底物存在固有的“氧化/贮存”分配比;在lean幼鼠中,所有营养素的“无效循环”通量(糖原-葡萄糖、TAG-NEFA、蛋白周转)计算比氧化通量还高23%,浪费约9%的总ATP;ob/ob幼鼠的循环通量整体升高2倍,ATP浪费增至12%,而HFD幼鼠与lean差距不大,提醒造成代谢“无效循环”亢进、能量大量浪费的关键原因,是瘦素这种激素的缺失,而不是单纯的体沉增长或脂肪过多,在临床医治某些代谢综合征时,纠正“瘦素信号缺失”比单纯“减沉”更为关键。
文件二:把葡萄糖“追”到细胞器——Nature Communications 2025
Vanderbilt团队在《Nature Communications》颁发了一项钻研成就,给复苏幼鼠持续静脉输注高vs低剂量[U-¹³C?]-葡萄糖,他们发现:高剂量组(40mg)60min内13CO2呼出达到平台期,同时抽血测葡萄糖同位素象征,发现80%的葡萄糖分子6个碳全数被13C取代(M+6),把肝脏取出来测糖原,发显熹葡萄糖单元里有30–50%是13C象征的,证明从血液里“现成”的13C-葡萄糖直接被肝脏抓去合成糖原,合成速度极快;结合MALDI-MS成像、MIMS-EM等技术,该钻研初次把“器官-细胞-细胞器”三级代谢图谱串成一条功夫轴。

图3 分歧剂量 [U-¹³C?]- 葡萄糖在幼鼠体内的代谢动态图
文件三:活动功夫是否沉要?---Metabolism 2024
为了探求活动功夫(昼夜节律)对活动后底物代谢的影响,以及肥胖若何扭转这种“功夫-代谢”可塑性,Karolinska与哥本哈根团队让lean与HFD幼鼠别离在静息期(ZT3)或活动期(ZT15)跑台60min,随后灌胃[U-¹³C6]-葡萄糖并陆续测¹³CO2呼出。
了局显示,Lean幼鼠仅在活动期活动后阐发出¹³C-葡萄糖氧化峰值降落、脂解升高,出现“功夫-活动”双沉效应;HFD幼鼠则失去昼夜差距,活动功夫不再影响氧化曲线,提醒肥胖导致代谢可塑性受损;经脂肪组织离体尝试进一步批注活动对代谢的改善成效依赖昼夜时段。

图4 活动功夫(ZT3 与 ZT15)对分歧饮食组幼鼠代谢的影响系列图
南宫NG28作为深耕动物代谢钻研领域的专业技术服务商,凭借其十余年行业积淀与国际一流技术合作资源,成为动物不变同位素有关设备在国内的主题推广与技术支持力量。公司提供的不变同位素气体分析系统具备:
该系统可矫捷搭配呼吸代谢系统、幼动物跑步机等设备,形成从整体代谢到底物氧化追踪的齐全解决规划,高效发展动物生理生态、生物医学等领域的创新钻研。
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主题示踪工具,精准捉拿象征底物氧化动态,为代谢通量推算提供基础数据 |
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联动同位素产品,解析整体代谢稳态与象征底物氧化的关联 |
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联动同位素产品,满足活动过问、环境适应等动态场景下的急剧监测需要,方便携带 |
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仿照生理过问场景(活动、温度),美满代谢钻研的变量节造与表型关联 |
参考文件:
[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.
[2] Yuan B, Doxsey W, Tok Ö, et al. An organism-level quantitative flux model of energy metabolism in mice [J]. Cell Metabolism, 2025, 37(4): 1-12. DOI:10.1016/j.cmet.2025.01.008.
[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.
[4] Welch K C Jr, Péronnet F, Hatch K A, et al. Carbon stable-isotope tracking in breath for comparative studies of fuel use [J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 2016, 1365: 15-32. DOI:10.1111/nyas.12737.
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