哺乳動物的胚胎發育過程復雜，其代謝物的調節及機制是動態且極其精細的。在妊娠中期時，隨著胚胎器官的發育，耗氧量和營養物質的需求均顯著增加，代謝活動更為旺盛，而了解這些代謝過程對于胚胎發育的作用和影響至為重要。
Nature在四月的正刊發表了美國德克薩斯州立大學西南醫學中心DeBerardinis教授課題組的研究[1]，該研究使用代謝組學的方法以完整胚胎-胎盤為單位對于小鼠妊娠中期胚胎中的代謝進行了研究，揭示了妊娠中期胚胎和胎盤的代謝特征，并借助同位素標記示蹤技術，對其中的碳水化合物代謝途徑的差異和嘌呤的生物體內快速合成進行了探索，為妊娠中期胚胎發育及胎盤營養的代謝機制研究提供了基礎。
\ 代謝途徑變化分析
妊娠中期是胚胎發育、胎盤及代謝變化非常明顯的階段，在這段發育過程中，胚胎和胎盤重量快速增加，心臟、大腦和肝臟等器官迅速發育，并伴隨耗氧量的增加及代謝物的輪廓劇烈波動。
在小鼠的妊娠過程中，胎盤于妊娠3.5天形成，到9.5天時可同胚胎分離，其妊娠中期(GD10.5~13.5)的胎盤及胚胎重量、代謝物輪廓熱圖及代謝物種類均有明顯變化。由于胚胎和胎盤的細胞組成和功能差異很大，所以兩種組織的代謝輪廓在整個妊娠中期的差異也非常明顯，基于LC-Orbitrap MS的代謝組學的數據結果顯示在GD10.5到11.5之間的波動尤為明顯(見下圖)，提示這段時間的代謝途徑變化非常劇烈。通過代謝通路富集分析及差異代謝物的對比，鎖定嘌呤和嘧啶代謝為胚胎中最重要的代謝變化，大部分嘌呤在GD10.5后持續增加，而嘧啶的量維持平穩，故針對嘌呤的體內合成進行進一步研究。
滑動查看更多
（點擊查看大圖）
\ 嘌呤合成過程研究
眾所周zhi，嘌呤在哺乳動物體內的合成有兩種方式，從頭合成(de novo synthesis)[2]或補救合成(salvage synthesis)[3]。
滑動查看更多
（點擊查看大圖）
針對嘌呤的生物合成過程，使用穩定同位素標記的方法進行了研究。在GD10.5時將[13C]葡萄糖注入懷孕的小鼠，在保持血流供應的情況下，并每隔30 min取其血、胚胎及對應胎盤，對代謝物及其[13C]同位素標記的特征峰進行動態監測。
（點擊查看大圖）
在灌注4小時后，嘌呤的同位素標記比例達到穩定狀態，在胚胎中的同位素標記程度高于胎盤，3種嘌呤(IMP、GMP和AMP)的穩定同位素標記比例及每個同位素標記狀態由柱狀圖展示。同時發現，R5P中同位素標記的比例均低于3種嘌呤，且在嘌呤前體一碳單位氨基酸Ser和Gly中也發現明顯的同位素標記情況，提示3種嘌呤在胚胎中的生物合成均采用從頭合成的方式。
滑動查看更多
（點擊查看大圖）
\ 結論驗證
為驗證這個結論，作者在接下來的研究中進行了[13C]和[15N]的同時標記，在給妊娠中期小鼠[13C]葡萄糖之外，添加注射[γ-15N]gu氨酰胺一小時，不出所料，果然在3種嘌呤中發現了[15N]的同位素標記，從而嚴謹地驗證了胚胎中的嘌呤是從頭合成的方式。
（點擊查看大圖）
使用[13C]和[15N]雙穩定同位素標記進行代謝流的研究，對于分析儀器的分辨率要求非常高，該研究使用Q Exactive HF-X高分辨質譜，在方法設置中使用12萬分辨率，得到穩定可靠的數據。
下圖為使用12萬分辨率設置采集的數據經過Compound Discoverer軟件分析后得到的AMP的[M+H]+特征峰及其質譜峰，在質譜圖中，單同位素峰M+0使用淡紫色標注，M+1同位素峰用綠色標注，放大M+1同位素峰可看到AMP的[13C]和[15N]同位素峰被準確標注，可見其同位素峰分布的準確度非常高。
（點擊查看大圖）
掃碼試用
看了這么多代謝流的研究，是不是對同位素標記的數據很感興趣呢？掃描以下二維碼可進行Compound Discoverer軟件及代謝流示例數據的下載，高質量軟件和數據，一鍵試用！
9
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務