ISOTOPE TRACING

代谢流同位素示踪

Stable Isotope Tracing — Quantify Flux, Not Just Abundance

同位素示踪代谢流以稳定同位素(13C / 15N)标记底物饲喂细胞或输注动物,待标记掺入下游代谢物后用质谱测定其同位素体分布(MID)与位置同位素体 — 同位素体模式所含的通路信息远超浓度本身:普通代谢组回答"多少",代谢流回答"从哪来、到哪去、走哪条路"。单示踪剂看同位素体比例以发现通路,多示踪剂并行定量绝对通量,位置同位素体解析代谢分岔节点。分析以"标记底物培养 → 质谱检测 MID → 天然丰度校正 → 代谢网络建模"为主线,示踪剂的选择直接决定可解析的通路,需在实验设计阶段与研究目的一同确定。

13C / 15N
稳定同位素示踪
STABLE ISOTOPE TRACING
6
条示踪通路可选
TRACER PATHWAYS
4–6周
标准项目周期
PROJECT CYCLE

技术参数与送样

TECHNICAL SPECIFICATIONS
项目内容
检测平台Q Exactive 高分辨质谱,正负离子切换,同位素体分辨采集;GC-MS / LC-MS 双平台互补
样本要求与体系体外细胞模型(肿瘤细胞、原代细胞、干细胞)· 体内动物模型 · 微生物发酵体系 · 植物组织 · 血浆等体液;标记处理后样本液氮速冻、干冰寄送
交付成果与周期统计表 · MID 表 · 分析报告;标准项目周期 4–6 周
客户需确认的信息研究背景与科学问题 · 样本类型与比较组设计 · 目标代谢通路 · 预计样本量与标记底物

服务流程

SERVICE WORKFLOW
1
标记底物培养
稳定期替换为同位素培养基
2
质谱检测 MID
GC-MS / LC-MS 双平台
3
天然丰度校正
扣除天然同位素本底
4
代谢网络建模
通量估算(符合条件可选)
5
统计与可视化
通量图、热图与解读
实验设计支持:提供 13C / 15N 标记底物选型与采购建议、标记剂量与时长、收样时点设计的全程支持,在保证通量可测的前提下控制示踪成本。

示踪通路与代表性示踪剂

TRACER PATHWAYS
示踪通路常用标记底物 / 代表性示踪剂 · 可解析方向
1 · 糖代谢流 GLUCOSE FLUX[U-13C]葡萄糖 / [1,2-13C]葡萄糖 / [1,6-13C]葡萄糖 / [2,3-13C]葡萄糖 — 糖酵解、TCA 循环与磷酸戊糖通路的通量分配;[1,6-13C] 与 [2,3-13C] 分别用于区分 PPP 分支与丙酮酸脱氢酶活性;肿瘤与增殖细胞的 Warburg 效应定量
2 · 脂肪酸代谢流 FATTY ACID FLUX[U-13C]乙酸 / [U-13C]棕榈酸 — de novo 脂肪酸合成(DNL)vs 外源摄取的相对贡献;乙酰辅酶 A 池与脂肪酸 β-氧化;碳链延长与去饱和去向
3 · 核苷酸代谢流 NUCLEOTIDE FLUX[U-13C]核苷(酸)/ [15N4]次黄嘌呤 — 嘌呤 / 嘧啶从头合成与补救通路的权衡;增殖相关的核苷酸需求来源解析
4 · 氨基酸代谢流 AMINO ACID FLUX[U-13C]谷氨酰胺 / [酰胺-15N]谷氨酰胺 / [U-13C]丝氨酸 — 谷氨酰胺分解、TCA 回补反应与转氨基反应的氮流向;氨基酸之间的碳骨架互换
5 · 叶酸 / 一碳代谢流 ONE-CARBON FLUX[U-13C]丝氨酸 / [U-13C]甘氨酸 — 一碳单位供给、嘌呤合成与甲基化反应的碳源归属;叶酸循环效率评估
6 · 尿素循环代谢流 UREA CYCLE FLUX15N-NH4Cl / [酰胺-15N]谷氨酰胺 — 氮代谢与尿素循环通量;氨清除效率与嘌呤合成中的 15N 去向

生信分析内容

BIOINFORMATIC MODULES
分析模块方法与指标 · 主要产出
数据预处理代谢物峰提取与积分、质量同位素体(M+0 / M+1 / M+2 …)信号提取、样本命名与分组映射、低质量峰过滤 — 原始与校正后的 MID 数据表
天然丰度校准扣除 13C / 15N / 18O / 2H 等天然同位素本底(矩阵法校正);以校准残差 RMS 评估校正质量 — RMS 条形图、校正前后对比图
标记率总览标记率(富集度)= 各 m+ 加权平均标记比例;分组平均标记率比较、样本间相关性矩阵 — 标记率热图、分组平均条形图
MID 组成分布样本间同位素标记比例分布、样本内 m+ 分布、分组 MID 组成对比(均值 ± SD)— 分布图组、MID 组成统计表
组间对比与跨对比汇总每个比较组独立统计(标记率差异、差异 MID);多比较组汇总热图与差异代谢物韦恩图 — 差异标记代谢物列表与交集列表

示例结果图

SELECTED FIGURES FROM ACTUAL REPORTS
校准残差(RMS)条形图
校准残差(RMS)条形图
按代谢物展示天然丰度校正残差,RMS 越小说明校正越可靠。
分组平均标记率条形图
分组平均标记率条形图
各组标记率(富集度)均值比较,给出组间通量差异的整体轮廓。
差异MID热图
差异MID热图
差异代谢物各 m+ 的分组聚类热图,红蓝标注组间标记差异方向与幅度。
标记率热图
标记率热图
代谢物 × 样本的标记率矩阵,快速定位高标记通路与异常样本。
KEGG 途径占比分析
KEGG 途径占比分析
检出标记代谢物的 KEGG 三级通路占比,明确代谢流覆盖范围。
样本内同位素标记分布
样本内同位素标记分布
单个样本内各代谢物 m+ 构成,读数的基本单元。
样本间同位素标记比例分布
样本间同位素标记比例分布
各 m+ 比例在样本间的分布,判断标记是否达到稳态。
分组 MID 组成对比
分组 MID 组成对比
分组 MID 均值 ± SD 堆叠对比,比较通路上下游标记传递。
标记率差异条形图
标记率差异条形图
指定比较组的标记率差异及显著性,筛选差异标记代谢物。

应用场景

APPLICATIONS
肿瘤代谢重编程研究糖酵解/TCA 循环通量分析同位素示踪底物去向追踪细胞能量代谢评估药物代谢机制研究

常见问题

FAQ
代谢流同位素示踪的检测周期是多久?
成熟靶向 Panel 常规周期为 1–3 周,非靶向类项目为 2–4 周(自样本接收并质检合格起算)。具体周期在项目启动前以实验方案书面确认,全程可在 OmicsHub 云平台查看进度。
我的样本量达不到推荐量怎么办?
请先不要稀释样本。微量样本可通过调整前处理方法完成检测,把实际样本量告知我们,技术团队会评估可行性并在方案中注明调整口径。
可以在现有列表基础上增加目标物质吗?
可以。成熟 Panel 支持按需增加物质;列表外的新物质可通过定制方法开发实现(需标准品与额外的方法学验证周期),详见"常用定制类靶向物质"服务。
代谢流同位素示踪对样本有什么要求?怎么收集?
血清/血浆 ≥100 μL(空腹、避免溶血)、组织 ≥50 mg(离体后液氮速冻)、细胞 ≥1×10⁶(PBS 洗净培养基)、尿液 ≥200 μL。统一空腹时间、单次用量分装、避免反复冻融是关键。完整采集与处理指引见《技术资源 → 样本相关》。

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