中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心研究員朱正江、劉南課題組合作在Nature Communications上，在線發(fā)表了題為Global Stable-isotope Tracing Metabolomics Reveals System-wide Metabolic Alternations in Aging Drosophila的研究論文 (Nature Communications, 2022, 13: 3518) 。該工作發(fā)展了基于穩(wěn)定同位素標(biāo)記的非靶向代謝流組學(xué)技術(shù)MetTracer，并以模式動物果蠅為例，在系統(tǒng)層面上揭示了果蠅衰老過程中發(fā)生的代謝穩(wěn)態(tài)變化。

　　代謝是生命體的基本特征，代謝紊亂跟多種重大疾病密切相關(guān)。目前基于質(zhì)譜的非靶向代謝組學(xué)研究大多是“靜態(tài)分析”，即在某個時間點采樣分析，難以測定生物體內(nèi)代謝物合成和降解等動態(tài)變化規(guī)律。代謝流分析技術(shù)通常采用穩(wěn)定同位素示蹤（Stable-isotope tracing）實驗來追蹤穩(wěn)定同位素在代謝物中的流向，進(jìn)而通過測定代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物的同位素分布來計算代謝物合成和降解等動態(tài)變化規(guī)律。但是，當(dāng)前代謝流分析大多只靶向分析特定的代謝通路，如糖酵解、三羧酸循環(huán)、氨基酸代謝、脂肪酸代謝等，難以全面地對整個代謝組的動態(tài)變化進(jìn)行大范圍檢測和解析，并且限制了發(fā)現(xiàn)新的代謝通路和代謝反應(yīng)。為了對生命體的整個代謝組進(jìn)行全面的代謝流動態(tài)分析，朱正江課題組結(jié)合了前期發(fā)展的大規(guī)模代謝物結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)MetDNA（Nature Communications, 2019, 10: 1516）和穩(wěn)定同位素標(biāo)記代謝物檢測技術(shù)，發(fā)展了基于穩(wěn)定同位素標(biāo)記的非靶向代謝流組學(xué)技術(shù)MetTracer。該技術(shù)具有以下特點：追蹤覆蓋范圍高，能夠?qū)ι锨€代謝物同時進(jìn)行穩(wěn)定同位素標(biāo)記的追蹤；對穩(wěn)定同位素標(biāo)記代謝物的定量準(zhǔn)確性高且可重復(fù)性好；大規(guī)模數(shù)據(jù)分析的假陽性低。

　　果蠅是衰老研究中常用的模式動物。該工作首先用[U-13C]-葡萄糖喂養(yǎng)果蠅，然后解剖果蠅的腦組織和肌肉組織進(jìn)行非靶向代謝流組學(xué)的分析，在腦組織和肌肉組織中分別追蹤到390個和597個標(biāo)記的代謝物。通過多個時間點標(biāo)記程度的聚類分析表征了代謝物可以根據(jù)標(biāo)記速率分為高、中、低標(biāo)記速率三類，分別富集于糖相關(guān)代謝、氨基酸相關(guān)代謝和嘌呤代謝脂肪酸合成等代謝通路。該工作重點對年輕果蠅和衰老果蠅進(jìn)行了代謝穩(wěn)態(tài)變化的系統(tǒng)性分析。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，衰老能夠調(diào)控代謝物之間的代謝關(guān)聯(lián)，在果蠅衰老過程中，腦組織內(nèi)、肌肉組織內(nèi)、腦組織和肌肉組織間關(guān)聯(lián)代謝物數(shù)目均明顯降低，即衰老伴隨著系統(tǒng)層面的組織內(nèi)和組織間的代謝穩(wěn)態(tài)丟失。此外，該工作還發(fā)現(xiàn)果蠅衰老過程中存在糖酵解代謝減弱、絲氨酸代謝增強(qiáng)的代謝轉(zhuǎn)變，這為衰老相關(guān)的代謝調(diào)控研究提供了新思路和潛在干預(yù)手段?！　?/div>