什么是代謝流？
代謝流是利用穩定同位素示蹤技術析下游代謝產物的同位素標記模式，從而推算出該化合物在代謝通路中的流向和分布；通過對生物體進行代謝流分析，可得到生物體特定代謝通路的活躍程度。
常規代謝組學檢測的是靜態的代謝物濃度，但是靜態的含量有時候不能完全說明問題，打比方說：街道上的車流量會隨著車輛密度的增加而增加，直到交通擁堵，但這個時候道路上高密度的車輛（類比靜態代謝物濃度）并不能說明高的車流量（圖1）。同樣，在新陳代謝中，代謝物的積累可能是由于產量的增加，也可能是由于消費量的減少。

代謝流能幫我們解決什么問題？

代謝流可以幫助人們解決代謝物從哪里來到哪里去的問題，相關的研究成果頻繁登上高分雜志，僅過去一年時間，CELL雜志上運用到Isotope labeling & Metabolic flux的文章就有數十篇。

(1)?疾病研究領域：細胞能量來源、疾病代謝狀態異質性、藥物引起的代謝變化等。
如：將13C乳酸注入人非小細胞肺癌患者，發現TCA循環代謝物被廣泛標記。并在小鼠中，證實了腫瘤細胞可以自主攝取乳酸。

(2)?生物工程領域：改造靶點鑒定和途徑優化、發酵工藝的優化等。
如：應用13C- metabolic flux analysis (13C-MFA)技術，對甘油在大腸桿菌生物轉化為乙酰乙酸過程中的瓶頸進行了研究，建立數學模型，獲得了flux map，確定了NADPH再生工程化是一個有前途的靶點，充足的NADPH供應對乙酰乙酸生產至關重要。

基于質譜的代謝流分析流程和原理

完整的代謝流分析流程一般包括：穩定同位素標記樣本的制備、色譜-質譜檢測、標記和非標記代謝物定量、天然同位素豐度矯正和計算標記特征等幾個步驟：

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1）穩定同位素標記

根據實驗目的選擇合適的穩定同位素標記底物，通過置換標記培養基或者注入動物體內來實現下游代謝物的標記，后達到代謝穩態。如?[U-¹³C]glucose?可流入中心碳代謝途徑（EMP/TCA/PPP）及其分支途徑；[U-¹³C]glutamine?可流入?TCA?循環、谷氨酰胺和谷氨酸代謝、脂肪酸合成途徑；[1,2-¹³C]glucose?可用于區分糖酵解途徑和戊糖磷酸途徑；[U-¹³C]lactate?可流入糖異生途徑……

另外樣本收集的時候要通過快速淬滅代謝酶來獲得更準確的實驗結果，一般可以通過液氮速凍或者快速加入低溫預冷的揮發性有機溶劑來實現。

2）LC-MS?檢測

通過靶向代謝組學方法，同時檢測代謝物的非標記形式（M+0）和標記形式（M+n）來表征代謝的標記狀態。針對目標代謝物的理化性質選擇合適的檢測方案有助于提高檢測的靈敏度。

3）天然同位素矯正

天然穩定同位素也會造成較高的質量數。例如，測量得到的?M+1，有可能是?1?個碳原子被?¹³C??標記，也有可能是?1?個氫原子被?²H??標記，或者?1?個氧原子被?¹⁷O?標記的所有可能情況的豐度總和。因此需要對數據矯正元素的天然同位素豐度，以獲得真實的質量分布向量即?Corrected MDV（MDV?的解釋見下文）。

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4）計算標記特征?MDV／MID

質量分布向量?(mass distribution vector，MDV)?也叫做質量同位素分布向量?(mass isotopomer distribution vector, MID vector)?，描述的是標記模式下代謝物的每個同位素分布的比例，如下圖所示，不同同位素標記形式（M+1，M+2…）反映了通過不同代謝途徑得到的產物量，通過計算?MID?可以幫助比較不同代謝通路的活性。
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Sarah-Maria Fendt etal., Current Opinion in Biotechnology, 2015

02?代謝流應用方向

03?中科新生命代謝流解決方案

中科新生命可提供完善的代謝流檢測服務：
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04?中科新生命代謝流技術優勢

●深度覆蓋：常見代謝流通路中代謝物覆蓋全面
●高靈敏度：優質色譜-質譜方法平臺保證檢測靈敏度
●軟著支持：數據分析成熟穩定且有軟著支持
●快速交付：最快?18?工作日交付
●適用性廣：支持細胞、組織、血、菌等多類型樣本
●可定制方案：支持個性化定制標記底物；支持流量模型計算（需另行評估）

05?項目流程