研究进展|大多数情况下葡萄糖是三羧酸循环的主要营养来源：基于定量分析的结果

要点：
  • 对中心碳代谢采用生理学定量分析；
  • 葡萄糖是三羧酸循环中的主要营养来源；
  • 乳酸交换通量较高，但净循环通量较低；
  • 在许多实验条件下研究结论都是可靠的。

组织内的细胞往往会利用葡萄糖、乳酸、氨基酸和脂肪酸等诸多底物作为它们在三羧酸循环（TCA）中的来源。作为代谢体系的一部分，每个细胞对特定代谢物的利用有着独特的偏好，这些代谢物受组织类型、细胞状态、营养等环境因素和生理状态的影响。营养偏好对器官正常的功能至关重要，并且与疾病的发生密切相关。

美国杜克大学医学院Shiyu Liu等研究人员在Cell Metabolish上发表了相关研究。研究人员利用不同实验条件下体内同位素标记数据，构建了多中心碳代谢模型，开发了基于代谢流分析（MFA）方法，来评价TCA中葡萄糖、乳酸和其他营养素利用的偏好。根据13 C-葡萄糖灌注小鼠的质谱（MS）数据计算通量。输注后，用MS收集和分析组织。不同组织的13C代谢物被区分，它们的相对丰度被称为质量同位素分布（MID）。代谢物（如葡萄糖、乳酸和丙酮酸）的MID可用于求解通量。用信息论中使用的标准度量标准Kull-back-Leibler散度来衡量估计的MID和实验之间的差异（即成本函数），以找到一组最适合数据的通量。成本函数低于阈值的解决方案被认为是可行的解决方案，并将在以下分析中使用。

研究发现，在几乎所有的情况下，葡萄糖作为TCA底物比乳酸的贡献更大。这一结论从不同品系动物研究（Pax7CreER-T2、p53FL/FL、LSL-NrasG12D以及 ROSA26mTmG）及13C-葡萄糖给药过程中得到验证，并扩展到心脏、肝脏、骨骼肌、肾脏等多种组织类型。因此，这种对生物体代谢的定量分析确定了营养通量在生理学中的相对贡献，为体内同位素示踪数据的分析提供了资源，从而得出结论，葡萄糖是哺乳动物所用的主要营养素。

文献相关图表：

图1 方法学及代谢流分析

摘自：Shiyu Liu, Ziwei Dai, Daniel E Cooper, et al. Quantitative Analysis of the Physiological Contributions of Glucose to the TCA Cycle[J]. CellMetab, 2020 Oct 6;32(4): 619-628. e21.

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