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稳定同位素示踪技术在激素代谢调控中和核酸代谢调控中的应用
发布时间:2020-12-09     作者:wyf   分享到:

在激素代谢调控中的应用

激素是由内分泌腺或内分泌细胞分泌的高效生物活性物质,在体内作为信使传递信息,对机体生理过程起调节作用的一类化学物质。近年来,稳定同位素自然丰度比在激素代谢研究中广泛应用,通过计算同位素比值,研究激素如何调节组织细胞的代谢活动来影响人体的生理活动。

Ahn[47]研究了头发中碳和氮稳定同位素比值是否与血清瘦素水平有关。血清瘦素是一种调节能量代谢和食物摄入的激素,与胰岛素抵抗和代谢综合征有关。他们收集了399个成年人的头发(其中男、女人数分别为233166,年龄均在4070岁),并计算头发样本中13C15N的自然丰度比,同时用放射免疫分析法测定血清瘦素水平。研究结果表明,头发中氮稳定同位素比值与血清瘦素水平呈正相关,头发中15N的天然丰度比可作为评估血清瘦素代谢风险的临床指标。此外,Rijnsburger[48]通过颈静脉注入稳定同位素,借助同位素测量内源性葡萄糖的产量和胰岛素的敏感性,该技术为研究激素和营养素对葡萄糖代谢的中枢效应提供了新的研究方法。

在核酸代谢调控中的应用

核酸可分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),在蛋白质的复制和合成中起着储存和传递遗传信息的作用。核酸不仅是基本的遗传物质,而且在蛋白质的生物合成上也占据重要位置,因而在生长、遗传、变异等一系列重大生命现象中起决定性作用。早在1958MeselsonStahl针对大肠杆菌,利用15N标记基因组DNA,提出了DNA半保留复制理论。近年来,稳定性同位素核酸探针(DNA/RNA-SIP)技术得到了广泛应用[49]。利用稳定性同位素示踪复杂环境中微生物基因组DNA,实现了单一微生物生理过程研究向微生物群落生理生态研究的转变,能在更高、更复杂的整体水平上定向发掘重要微生物资源,推动微生物生理生态学和生物技术的开发应用。

 

其他

近年来,稳定同位素示踪技术在神经递质及生长因子等其他内源性物质的代谢调控中也得到了广泛应用。在中枢神经系统中,神经递质是担当信使的特定化学物质。Welford[50]给大鼠注射13C/15N-色氨酸,借助稳定同位素示踪技术监测大鼠体内5-羟色胺的合成,从而阐明肺损伤后肺组织中5-羟色胺升高的机制。生长因子是一类与特异的、高亲和的细胞膜受体结合,调节微生物正常生长代谢所必需的多肽类物质。Owino[51]指出国际原子能机构支持使用稳定同位素技术评估和解决营养不良的问题,借助稳定同位素示踪技术研究体内维生素A的生物转化及生物利用度以及铁、锌和蛋白质的吸收和保留等,从而揭示生物体内的转化规律。

结语与展望

   稳定同位素示踪技术已广泛应用于糖、脂、氨基酸及激素等代谢调控的研究中,但目前大部分研究仅限于通过对单一的化合物进行标记并对单一的代谢通路进行分析,对于机体复杂而庞大的代谢网络而言是远远不够的。现已有研究者开始将稳定同位素示踪技术与代谢组学相结合,以同位素标记的前体化合物为起始原料,通过分析其中间代谢产物的同位素峰分布,研究生物体内天然产物在机体内的生物合成路径,该技术的引入给代谢组学的发展带来了新的思路。借助稳定同位素示踪技术,采用不同元素对不同化合物进行同时标记,有望实现对生物体内所有代谢物进行定量分析,寻找代谢物与生理病理变化的对应关系,以探索疾病形成的机制,寻求预防和治疗疾病的有效途径。

    

因此,稳定同位素示踪技术虽以其独特的优势在生命科学和医学领域迅速发展起来,某种程度上对代谢组学的发展也起到了一定的推动作用,但该技术的应用还存在较大的挑战,仍有诸多难题需要不断克服和解决。

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