Journal of Molecular Biology | β-Cells在营养代谢过程的代谢组学分析

推荐：江舜尧

编译：李佩

编辑：马莉

瑞典隆德大学糖尿病研究中心Peter Spégel等人于2019年7月17日在国际著名生化与分子生物学期刊《Journal of Molecular Biology》在线发表题为《Metabolomics Analysis of Nutrient Metabolism in β-Cells》的综述文章，该文章详细总结了近年来利用代谢组学分析技术揭示β-Cells在营养代谢过程中的研究进展。

文章摘要

研究背景：胰岛含有多种不同类型的内分泌细胞，这些细胞可以通过体循环营养物质代谢的变化来促进或者抑制胰岛素的分泌信号，即细胞刺激-分泌偶合代谢。代谢组学旨在表征细胞、组织和体液的代谢图谱。本文总结了利用代谢组学技术系统地研究β-Cells生物代谢过程的研究成果，使我们能够更深入了解β-Cells的代谢以及在Ⅱ型糖尿病中胰岛素的分泌调节变化。

方法：目前，代谢组学领域主导两种技术：核磁共振NMR和质谱MS。NMR具有提供更多可重复数据的优势，但受到相对较高的检测限和代谢组覆盖度差的阻碍目前该技术只有用于克隆β-Cells中代谢图谱的研究报道，尚未广泛用于胰岛代谢的详细研究；MS具高灵敏度和高覆盖度的优势，因此该技术是迄今为止应用于胰岛代谢研究的最主要的技术，本文总结用MS来研究β-Cells的代谢。

结果：代谢组学在胰岛研究中最成功的应用是对营养物质刺激胰岛素分泌过程中发生的代谢变化的详细表征。代谢组学研究中确定的葡萄糖引发的β-Cells代谢改变总结包括以下方面：（1）糖酵解和TCA循环途径；在葡萄糖的刺激下，β-Cells糖酵解和TCA循环代谢通路中泛酸水平升高，PDH催化反应变化，柠檬酸盐脱离了TCA循环等变化，但是目前TCA循环对胰岛素分泌调节（GSIS）仍然不清楚。（2）戊糖磷酸途径；葡萄糖在β-Cells和胰岛中引起 PPP 中间体水平的显著增加，从而抑制GSIS信号。（3）线粒体穿梭和底物循环；代谢组学研究表明丙酮酸循环和PPP都可能产生GSIS的偶联信号。（4）脂质代谢；代谢组学和脂质组学分析发现β-Cells内存在几种酯类物质的代谢变化，如葡萄糖引起长链饱和甘油酯水平升高，从而刺激GSIS信号，促进胰岛素释放。（5）氨基酸代谢；代谢组学研究总体表明葡萄糖引起谷氨酸和丙氨酸水平升高，但降低天冬氨酸水平，其他氨基酸的改变不太确定。（6）其他途径；如利用MALDI-TOF-MS研究核苷酸代谢途径变化，果糖和山梨醇是多元醇途径等。另外，代谢组学研究高营养代谢水平的延迟效应。

结论：代谢组学技术更新与代谢物数据库的扩展，为发现在控制胰岛素分泌方面具有潜在意义的新的代谢调控打开了大门。使人们更全面、更深入的理解营养物质刺激β-Cells的代谢变化以及在Ⅱ型糖尿病中对胰岛素分泌调节的影响。

文中重要图片说明

图1 | β-Cells中的刺激-分泌偶合

图2 | β-Cells和胰岛的代谢组学研究方法和步骤