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穩定性同位素示蹤技術研究進展及其在糖脂代謝研究中的應用

【穩定性同位素示蹤技術研究進展及其在糖脂代謝研究中的應用】1 同位素示蹤技術和穩定性同位素示蹤技術
同位素示蹤技術是一項成熟的技術 ， 其應用于生物醫學、藥物研發、營養代謝領域已有100多年歷史 ， 是這些領域的不可缺少的重要研究手段[1] 。所謂同位素示蹤技術（isotope tracer technique）是從外面加入與生物體內的元素或物質完全共同運行的示蹤物 ， 用以追蹤生物體內某元素或某物質的運行或變化的一種方法 。同位素可分為放射性同位素或穩定性同位素 。檢測以同位素的輻射能或質量的差異為目標 。放射性同位素的優點是靈敏度高 ， 測量方法簡便易行 ， 缺點有輻射線效應 ， 應注意屏蔽 。非放射性同位素(non-radioactive isotope)又稱穩定同位素(stable isotope) ， 或綠色同位素 ， 如碳-13 (13C)、氮-15 (15N)、氘(2H) 和氧-17/18 (17O/18O) ， 存在于自然界而無輻射污染 ， 可安全地用于嬰兒和孕婦 ， 但作為示蹤劑其可獲得的種類少 ， 價格較昂貴 ， 其故應用范圍受到一定限制 ， 近30年來才逐漸應用于醫學領域[2-4] 。上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院內分泌科陸穎理
穩定同位素的檢出測定一般是較困難的 ， 常用的檢測分析技術有：核磁共振(NMR)分析技術[5] ， 該技術使不易被檢測到的分子化合物在較高磁場強度下被檢測到 ， 然而其檢測靈敏度相對較低 。氣相色譜與質譜聯用(GC/MS) [6}是基于色譜和質譜技術的基礎上 ， 充分利用氣相色譜對復雜有機化合物的高效分離能力和質譜對化合物的準確鑒定能力進行定性和定量分析的一門技術 。該技術能使樣品的分離、鑒定和定量一次快速地完成 ， 它主要適用于分析小分子、易揮發、熱穩定、能氣化的化合物 。液相色譜與質譜聯用(LC/MS) [7]同GC/MS相比 ， 主要解決不揮發性化合物、極性化合物、熱不穩定化合物和大分子量化合物（包括蛋白質、多肽、多聚物等）的分析測定問題 。
2 穩定性同位素示蹤劑應用于糖脂代謝研究的意義
糖尿病是一種以糖代謝失常為主的內分泌代謝性疾病 ， 通常表現為整體的代謝紊亂(包括糖、脂、氨基酸代謝紊亂等) ， 因此 ， 非常適合應用穩定同位素示蹤技術來弄清代謝物質的來龍去脈[8] 。該技術的特點是測試的高精度和超高精度, 可達到接近PPM級（百萬分之一),它不但能追蹤化合物的整個分子 ， 還能追蹤其某個原子 ， 比如葡萄糖分子各個原子的不同代謝途徑, 哪些原子進入了三羧酸循環產生能量 ， 而哪些原子用于脂肪酸的合成等 。早在上世紀70年代 ， Bier等[9]就在動物和成人中使用13C和2H標記的穩定性同位素（雙標記法）通過GC/MS監測體內葡萄糖和丙氨酸的代謝 。
2.1 糖代謝異常相關機理的研究：穩定性同位素可以追蹤腸道葡萄糖吸收、肝臟葡萄糖輸出、外圍組織（如肌肉、脂肪）的葡萄糖攝取的代謝過程 。Mayo 實驗室研究發現“輕微”或“嚴重”的2型糖尿病患者空腹血糖產生和消失都存在異常[10] 。其應用1-13C ， 6-3H和6,6 -2H2葡萄糖三標法 ， 使示蹤劑比被示蹤物比例(tracer-to-tracee ratio ， TTR)達到最小 ， 從而更精確反應了餐后血漿葡萄糖的出現(Ra meal)和內源性葡萄糖的產生(EGP)[11] 。近期有學者[12]用 U-13C標記葡萄糖 ， 采用核磁共振技術 ， 發現長期血糖控制不良的1型糖尿病和持續應用胰島素泵血糖控制尚平穩的1型糖尿病患者對比 ， 持續皮下胰島素治療可以明顯減少肝臟內源性葡萄糖產生 ， 改善糖異生作用 ， 提示長期血糖控制不良的T1DM肝糖代謝并非不可逆 。