百趣代謝組學文獻分享，您對哺乳動物不同器官之間的代謝物交換情況了解嗎？
本期百趣代謝組學小趣給大家分享的是美國普林斯頓大學Joshua D. Rabinowitz團隊發表在Cell Metabolism上的研究成果。該團隊以豬為模型，利用高通量靶標技術定量測定了哺乳動物器官之間代謝產物交換。
接下來跟著小趣仔細看看這篇文獻吧~
代謝組學文獻分享，哺乳動物的器官通過循環不斷地來交換代謝物，但是缺乏對這種全身性過程的系統級分析（有助于診斷或治療涉及器官或代謝物的疾?。?。代謝組學文獻分享，在這篇文章中，作者比較了禁食豬中動脈血和11個器官（肝、腎、腸、結腸、脾、胰腺、心、肺、腦、耳皮膚和腿部肌肉）的靜脈血中代謝物的濃度，動靜脈（AV）濃度差異的測量是一種公認的量化器官特異性代謝產物產生和消耗的方法，其中有超過90%的代謝物在至少一個器官上顯示出動靜脈差異。
下面我們一起來看看這篇文章的結果：
Part Ⅰ 代謝物交換的一般特征
代謝組學文獻分享，對禁食過夜的成年豬（50公斤）進行了短暫麻醉，并從動脈循環和特定器官的引流靜脈中抽血，每根血管抽取血液2次，分別獨立提取血清樣品，用液相色譜-質譜法(LC-MS)測定3次，計算了引流靜脈（Cv）相對于全身動脈血（Ca）的代謝物豐度的對數比, log2（Cv/Ca）大于0表示凈釋放，小于0表示凈吸收，其中，在豬血清中檢測到280種代謝產物（圖1E），其中91％的代謝產物對至少一個器官的AV差異具有統計學意義（圖1E和1F）。
圖1 器官間代謝物交換
Part Ⅱ 腎臟代謝
腎臟會產生葡萄糖和其他特定的代謝產物，包括糖胺（肌酸前體）和絲氨酸，腎衰竭患者的糖胺循環水平明顯降低，還確定了鳥嘌呤，尿囊酸和乙酸苯酯是其他腎臟特異性代謝產物，它們可能是腎功能不全的有用診斷標記（圖2A）。代謝組學文獻分享，作者觀察到血液中代謝物的絕對濃度與其重吸收效率之間存在相關性，更豐富的代謝物被更有效地重吸收，但是也有顯著例外，例如尿酸和肌酐（圖2B）。代謝組學文獻分享，腎臟對代謝物濃度梯度的連續重吸收需要大量能量，腎臟可以攝取循環中的TCA（三羧酸）循環中間體，其中最豐富的是檸檬酸鹽。代謝組學文獻分享，為了確定這些物質的流向，作者通過靜脈注射13C標記的檸檬酸到小鼠體內，確認腎臟在使用檸檬酸循環鹽作為燃料方面是特殊的（圖2C D）。
圖2.腎臟代謝
Part Ⅲ 葡萄糖和乳酸
為了維持代謝物循環的穩態，每個代謝物的所有器官的生產和消耗總量必須平衡(包括從飲食中攝取的凈量和從尿液和糞便中排泄的凈量)。代謝組學文獻分享，對于一個器官i，凈通量(Fi)可以從AV差值數據和文獻數據來計算出絕對代謝物濃度和區域血流量。
Qi是器官的血流量，Ca是動脈血中的絕對代謝物濃度，Ri是測量到的器官i的引流靜脈與動脈血的相對濃度比
總的來說，葡萄糖的生產和消耗是平衡的，這支持了AV差異數據的定量通量解釋。與葡萄糖的交換模式相反，乳酸和丙酮酸具有相同的碳骨架，只是氧化還原狀態不同。代謝組學文獻分享，丙酮酸在器官特異性的產生和消耗方面與乳酸相似，但有一個明顯的例外：腎臟吸收乳酸但釋放丙酮酸。因此，腎臟可以氧化乳酸為丙酮酸，從而有助于循環氧化還原穩態。代謝組學文獻分享，與此一致的是，慢性腎臟疾病與全身氧化還原失衡有關。
圖3.葡萄糖和乳酸
Part Ⅳ 氨基酸
觀察到腿部產生大量谷氨酰胺，推測主要來自骨骼肌(圖4A)。相反，肝臟消耗谷氨酰胺并分泌谷氨酸，絲氨酸和甘氨酸主要由腎臟產生（圖4B），認為腎臟在全身一碳代謝穩態中的重要作用。代謝組學文獻分享，在禁食狀態下，觀察到腿部對EAA的凈攝取，循環EAA水平通過肝臟和腎臟的釋放維持（圖4C），在小鼠中進行了13C -亮氨酸示蹤劑輸注，觀察到內臟器官的蛋白質生產最快，它們是最大的氨基酸消耗者（圖4D）。
圖4.氨基酸
Part Ⅴ 短酸和長鏈脂肪酸
除了是葡萄糖和氨基酸的最大消費者外，腸道還從腸道微生物群中產生一組獨特的代謝物（圖1G），最豐富的是短鏈脂肪酸（SCFA），觀察到除了腸道釋放的醋酸外，頭部也大量釋放醋酸（圖5A），這表明大腦可能合成醋酸。代謝組學文獻分享，醋酸鹽隨后被包括肝臟、脾臟、腿部和腎臟在內的多個器官消耗（圖5A）。
與SCFA相比，大多數器官會釋放長鏈脂肪酸（LCFA），對LCFA種類的詳細分析顯示出肝臟優先消耗不飽和（相對于飽和）LCFA（圖5C）。相應地，腿部優先釋放不飽和LCFA（圖5D）。代謝組學文獻分享，使用小鼠中的13C-LCFA同位素示蹤，我們確認了不飽和LCFA與飽和LCFA的優先肝氧化作用（圖5F），這可能與飽和和不飽和LCFA對心血管疾病和代謝性疾病的不同作用有關。
圖5.短酸和長鏈脂肪酸
總結
在這里，作者提供了一個器官間代謝物交換的定量圖譜，除了確認典型的器官特異性代謝功能，還發現了意外的代謝物交換情況。代謝組學文獻分享，展望未來，關鍵挑戰是AV差異和同位素標記數據的定量整合，是理解循環代謝組的穩態的關鍵一步。
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