重水标记技术揭示了哺乳动物细胞中氨基酸和多胺代谢途径的灵活性

《Communications Chemistry》：Heavy water labeling reveals metabolic flexibility of amino acid and polyamine pathways in mammalian cells

　　

摘要

氨基酸和多胺的代谢是许多细胞过程的基础，如细胞生长、应激适应和信号传导。然而，特定代谢途径的利用高度依赖于具体环境，并且存在许多补偿机制来参与氨基酸的生物合成。在这里，我们采用低剂量重水（D?O）作为示踪剂，以监测哺乳动物系统中的氨基酸和多胺代谢。通过针对伯胺的HPLC–MS分析，我们量化了小鼠胚胎成纤维细胞、胰腺β细胞衍生的MIN6细胞以及小鼠组织中的氘掺入情况，并将其与正交示踪剂（¹³C-葡萄糖和¹⁵NH??）进行了对比。我们证实了D?O能够标记非必需氨基酸和多胺。通过抑制关键代谢步骤，我们验证了其特异性，发现这会改变Ala/Ser/Gly和多胺中的氘掺入情况，并揭示了支链氨基酸代谢的不同参与程度。研究发现，谷氨酰胺缺乏会引发综合性的应激反应，增加Glu和糖酵解氨基酸中的氘掺入，同时改变氨基酸的流出情况。最后，体内短期暴露于D?O可以区分不同组织的生物合成能力。总体而言，这些数据挑战了D?O均匀标记丙氨酸的假设，表明D?O能够敏感地反映不同细胞类型和组织间的代谢灵活性、转运相互作用以及代谢途径的调控。