Stable isotope-resolved metabolomics (SIRM) in cancer research with clinical application to nonsmall cell lung cancer

doi:10.1089/omi.2010.0088

审查

.2011年3月；15(3):173-82.

doi:10.1089/omi.2010.0088。 Epub 2011年2月17日。

癌症研究中的稳定同位素再溶代谢组学（SIRM）及其在非小细胞肺癌临床应用

安德鲁·莱恩¹, 特蕾莎W-M风扇, 迈克尔·布萨姆拉第二, 理查德·东芝（Richard M Higashi）, Jun Yan先生, 唐纳德·米勒

附属公司

PMID： 21329461
预防性维修识别码： PMC3125551型
内政部： 2008年10月10日/omi.2010.0088

审查

癌症研究中的稳定同位素再溶代谢组学（SIRM）及其在非小细胞肺癌临床应用

安德鲁·莱恩等。 OMICS公司. 2011年3月.

.2011年3月；15(3):173-82.

doi:10.1089/omi.2010.0088。 Epub 2011年2月17日。

作者

安德鲁·莱恩¹, 特蕾莎W-M风扇, 迈克尔·布萨姆拉第二, 理查德·东芝（Richard M Higashi）, Jun Yan先生, 唐纳德·米勒

附属

¹美国肯塔基州路易斯维尔市路易斯维尔大学化学系JG Brown癌症中心，邮编40202。Anlane01@路易斯维尔.edu

PMID： 21329461
预防性维修识别码： PMC3125551型
内政部： 2008年10月10日/omi.2010.0088

摘要

代谢组学提供了细胞或组织代谢状态及其对外界扰动的反应的读数。因此，该方法在临床诊断方面具有巨大潜力。使用稳定同位素解析代谢组学（SIRM）进行路径追踪的临床代谢组学是一种在原位获取人类癌症受试者代谢参数的重要新方法。在这里，我们概述了从培养细胞和小鼠模型中标记细胞的技术发展。通过癌症生物学中的应用实例，描述了用于分析产生的代谢物同位素和同位素的高通量分析方法NMR和质谱，特别是傅里叶变换离子回旋共振。描述了使用稳定同位素示踪剂的代谢组学临床应用的特殊技术考虑。我们正在进行的非小细胞肺癌（NSCLC）代谢组学研究将证明从概念到分析的整个过程。这种强大的新方法已经为肺癌细胞的代谢适应提供了重要的新见解，包括通过NSCLC中丙酮酸羧基化上调无补体。

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数字

**图1。**
简单的代谢方案。G代表细胞外葡萄糖，在细胞内被己糖激酶立即磷酸化为G6P。拉克_o个和Lac_我分别代表细胞外（排泄）和细胞内乳酸。表观速率常数，k个因为代谢转化是酶浓度的函数。在迈克利斯·蒙顿动力学的极限下，*k个_我* = (k个_猫/*K（K）_米*)_我e（电子）_我[1−第页/*瑞典克朗*_等式]，其中*e（电子）_我*是游离酶浓度，第页和秒酶催化的产物和底物浓度*K（K）*_等式是反应的平衡常数（Roberts等人，1985）。

**图2。**
乳酸生产¹³不同硒处理改变了C葡萄糖和释放到培养基中的量。A549细胞在含有0.2%[U-¹³C] -在不存在或存在5μM甲基亚硒酸（MSA）、6.25μM亚硒酸盐（SeO3）或500μM硒代蛋氨酸（SeM）的情况下，葡萄糖持续24小时。通过1D测定培养基代谢物¹核磁共振氢谱。显示中央共振的甲基区域¹H连接到¹²C和两个¹³乳酸C卫星。的拆分模式¹³C卫星表明¹³C-标记乳酸同位素(¹³C类_三-乳酸）。MSA治疗导致¹³C类_三-与对照组相比，其他两种硒处理组的乳酸水平更高。

**图3。**
葡萄糖消耗和乳酸分泌到培养基中的时间过程。MDAMB231细胞在含有0.2%[U的RPMI中生长-¹³C] -葡萄糖。通过1D测量培养基代谢物¹核磁共振氢谱。(A类) •¹³葡萄糖；▪¹³C乳酸；□¹²C乳酸；○ 缬氨酸。连续线是对文本中描述的等式的回归拟合，具体增长率（λ）为0.07 h⁻¹.R（右）²葡萄糖和¹³乳酸C分别为0.996和0.998。缬氨酸的变化率与零无显著差异¹³乳酸C生成量为0.01 mM h⁻¹. (B类)的分数¹³培养基中C标记的乳酸（○）和¹³消耗的C葡萄糖转化为排泄物¹³乳酸C（•）。

**图4。**
TOCSY光谱：影响¹³C源。A549细胞在含有10 mM[U-¹³C] -葡萄糖+2 mM¹²C Gln或10 mM¹²C葡萄糖+2 mM[U-¹³C] -甘氨酸。收集细胞并提取极性代谢物。使用50 ms的各向同性混合时间，在14.1 T和293 K下记录TOCSY光谱(A类)¹³葡萄糖；(B类)¹³C Gln.公司。绿色方框连接¹³C卫星峰值和红色方框追踪¹各种代谢物的H共价键。

**图5：。**
鼠标U-¹³C葡萄糖。SCID小鼠注射[U-¹³C] -葡萄糖经尾静脉，15分钟后采集组织。¹H（H）-{¹³C} 在14.1 T 20°C下记录HSQC光谱。光谱显示了15分钟内葡萄糖衍生代谢物的不同相对标记模式。1分钟和30分钟的左血浆主要显示葡萄糖（1分钟）和葡萄糖加乳酸（30分钟）。右：如图所示的组织。

**图6。**
切除非小细胞肺癌。左上：缝合血管；右上角：收集到一个内袋中；左中取切除肺的肿瘤组织（白色）和非肿瘤肺组织；右中：切取肿瘤病理标本并冷冻；左下：液氮冷冻夹持肿瘤切片；右下：病理样本的吸墨纸组织。切除和冷冻之间的时间<5分钟。

**图7。**
的流量¹³来自[U的C原子-¹³C] -葡萄糖转化为可检测的代谢物。¹³来自葡萄糖（红色）的C原子通过糖酵解进入丙酮酸和丙氨酸，然后通过丙酮酸脱氢酶或丙酮酸羧化酶反应进入克雷布斯循环制造器，最终进入大分子。

**图8。**
FT-ICR MS光谱。脂质是从血浆和肺组织的微泡中提取的溶剂，冷冻干燥，并在甲醇中再溶解。通过直接输注，在7T的Thermo-LTQ-FT-MS光谱仪上记录FT-ICR-MS光谱。(A类)从三名患者的正常和非小细胞肺癌组织中提取的磷脂的扩大区域。(B类)从同一肺癌患者和三名对照受试者的血浆中提取的微泡中提取的脂质（无癌症史）。

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1. 癌症事实和数据-2008年。美国癌症学会；马萨诸塞州波士顿：ACS。（2008）第1–72页。
1. Boyer M.J.Tannock I.F.化疗的细胞和分子基础。In:Tannock I.F，编辑；Hill R.P.，编辑。肿瘤学基础科学。麦格劳·希尔；纽约：1998年。第350-369页。
1. Debrardinis R.J.Mancuso A.Daikhin E.Nissim I.Yudkoff M.Wehrli S.等人。除需氧糖酵解外：转化细胞可以参与谷氨酰胺代谢，这超过了蛋白质和核苷酸合成的要求。美国国家科学院院刊2007；104:19345–19350.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Debrardinis R.J.Sayed N.Ditsworth D.Thompson C.B.一砖一砖：新陈代谢和肿瘤细胞生长。2008年通用操作系统开发；18:54–61.-项目管理咨询公司-公共医学
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[1] 癌症事实和数据-2008年。美国癌症学会；马萨诸塞州波士顿：ACS。（2008）第1–72页。

[2] 癌症事实和数据-2008年。美国癌症学会；马萨诸塞州波士顿：ACS。（2008）第1–72页。

[3] Boyer M.J.Tannock I.F.化疗的细胞和分子基础。In:Tannock I.F，编辑；Hill R.P.，编辑。肿瘤学基础科学。麦格劳·希尔；纽约：1998年。第350-369页。

[4] Boyer M.J.Tannock I.F.化疗的细胞和分子基础。In:Tannock I.F，编辑；Hill R.P.，编辑。肿瘤学基础科学。麦格劳·希尔；纽约：1998年。第350-369页。

[5] Debrardinis R.J.Mancuso A.Daikhin E.Nissim I.Yudkoff M.Wehrli S.等人。除需氧糖酵解外：转化细胞可以参与谷氨酰胺代谢，这超过了蛋白质和核苷酸合成的要求。美国国家科学院院刊2007；104:19345–19350.-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Debrardinis R.J.Mancuso A.Daikhin E.Nissim I.Yudkoff M.Wehrli S.等人。除需氧糖酵解外：转化细胞可以参与谷氨酰胺代谢，这超过了蛋白质和核苷酸合成的要求。美国国家科学院院刊2007；104:19345–19350.-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Debrardinis R.J.Sayed N.Ditsworth D.Thompson C.B.一砖一砖：新陈代谢和肿瘤细胞生长。2008年通用操作系统开发；18:54–61.-项目管理咨询公司-公共医学

[8] Debrardinis R.J.Sayed N.Ditsworth D.Thompson C.B.一砖一砖：新陈代谢和肿瘤细胞生长。2008年通用操作系统开发；18:54–61.-项目管理咨询公司-公共医学

[9] 编辑。预警。自然。2009;458:679–679.-公共医学

[10] 编辑。预警。自然。2009;458:679–679.-公共医学

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