稳定同位素在组学研究及临床诊断中的应用.docx
背景介绍稳定同位素因其具有可示踪性、良好的稳定性和与非标记试剂化学性而相近等特点,在农残检测、样品溯源等诸多研究中起籽桑要作用.近年来，随箭生命科学的发展和分析检测技术的不Wi提高，柩定同位素在药物研发、精准诊疗等与人民健康息息相关领域的理要性H益突出.本文介绍了稳定网位素试剂在蛋白旗定址、代谢机理确证和潜在生物标记物筛选等多组学研究中的应用，还介绍了其作为内标物或原料试剂在翻床侦谐、核医学成像等IK床诊疗中的应用,并时其未来发展进行了展里.文章亮点O1.介纲，检定同位素试剂在多组学研究中的应用,其常作为内标试剂或示踪剂在蛋白质组学或代谢组学等多组学研究中发挥若定锻、示踪等重要作用：阐明稳定同位素标记技术采用体内外标记方式标记蛋白质及代谢流技术原理，井举例了其在探索疾病机制和潜在靶点等多组学研究中的案例，02.介绍了稳定同位素在临床诊断中的应用尤其在临床检验和核医学成像领域.如利用同位索稀择质谱法可实现临床样本中多种内源性物质的精准检测PET技术、超极化”C破共抿波i普和”C-尿索呼气实脸等在人体牛.命健康检测中发挥着至关审要的作用。内容介绍1定同位素在多更学研究中的应用1.1 稳定同位素在定量蛋白质组学中的应用蛋臼质组学是通过系统研究蛋白质衣达、功能化、翻译后修饰及蛋白旗间的相互作用等来理解红朵的生物体系,其中.定以蛋向质组学通过不同生理状态下蛋Fl质种类及含量的分析检以1.对基因表达产物进行准确的定量分析，是阐明生命活动机制、探究疾病发病机理的奥要手段.1999年，首次使用同位去编码亲和标签（Is”。Pe-Codedafnnityta£.ICAT）技术对比了不同碳源的的酒醉用中蛋白砥的衣达差界。自此，稳定同位素标记技术开始广泛应用于蛋白质组学研究，成为了蛋白质定状的主要策略.1.1.1 体内标记法基于Sl1.AC技术的体内标记法同时采用含同位素标记氨基酸（如,QD,-甲玻级酸、1.W精找展）和未标记朝荔酸的培养基培养细胞，培养若干代后裂解细恂,将细咆裂解液等比例混合后进行定量分析,该方法在分子标志物筛选、蛋白痂翻译后修饰等领域应用广泛.lUUl'3l/41gj.sI“M投旬1”看期Iiabl收定收分析E21!estaYM1.ACin11ArmqjM>HxspM三ra-CnraTCdU(R1.1.2 体外标记法基于体外标记试剂的定量方法不需要考虑细胞培养中同位索标记效率等问题，是一种快速、准确的蛋白城定量方法.ICAT试剂自1999年开发以来受到了学拧的广泛关注,其研究和改进也在持续进行中”提出一类具有荧光特性的同位素编码亲和标签（FlUOrCSCCmisotope.COdCdaMniIytag.FCAT）,该标签可以结合含有半胱熟酸的多肽或蛋臼瓶，为定敏蛋白质组学提供了新的工具。设计合成了同位素编码马来觥亚胺亲和标签,如图2所示，并将其用于溶菌的和肌肉蛋白组的比率分析.图2同位素标记马来酰亚胺亲和标签用于蛋白质组学研究【划Fi.2IsfltOPC-Iabdednalcimi<i<*affinityIa用inr<4e<nio7tHi<J'"1.2 稳定同位素在代谢组学中的应用1.2.1 天然同位素比值在代谢组学中的应用构成生命体的元泰具有不同的枪定同位素，如碳元素和1.F）、氮元素（UN和,5N）等.1.2.2 同位素示踪的代谢流技术在代谢组学中的应用代谢组学是研究生命体内所布代谢物变化规律的学科，反映了不同状态细胞及个体中代谢物的含量变化，随有生物质i普技术和计算机科学的不断发展，基于同位素示踪的代谢组学即代谢流城分析因可监测代谢物的动态变化.逐渐成为了代谢组学的研究热点.S<vti<w,2t定同位素在临床管断中的应用2.1 稳定同位素在临床检验中的应用旗港技术因具任高检测灵敏度、高通玳、样品用玳少及可同时对司样本进行多指标分析等特点，在临床检脸领域尤其是梆症等重大疾精诊断方面展现出巨大的应用潜力.2.2 稳定同位素在核医学成像中的应用核医学成像是利用核素示踪技术，通过影像呈现病灶位置,、体积等，从而为疾病的早期诊断和治疗提供信息。其中，基于正电子反射型计算机断层显像技术(PET)具有高灵敏度、更好的空间分辨率和信噪比等特点，在肿瘤诊疗等临床中发挥着重要作用。M4防/化内【JCHIMH)RH<tWAc4>修4八一JUUlwlU<u2Mel-l,CIul<vwH.JM<*IMK>0UUBMIw-0m2.3 稳定同位素在呼气试验中的应用呼气试验是指通过口服或者静脉注射的方式摄入示踪底物，经体内分解代谢后产生某种特定气体，通过检测呼出气体对机体生理、病理状态进行诊断“呼气忒剂具有无损伤、安全灵敏等优点，受到了研究者的广泛关注。',c-n<*r，安棕的酸y-IK合H油.ffi"c-tee"C-美办K丁»C-«IM比林,C-rz-*rtWW"c-u-tjmtC-D-木格uC-UttBM丸脑不耐爻诊iWS图5呼吸试毅用r疾病检测。诊断EEig.5HcAmkiryIrtingf<»r<li*ra*<lrtr<iio11“nddiagttoVJ")结论稳定同位素试剂因具有无掘射、良好的稳定性及示踪性等特点，在蛋白质定用、代谢机理研究及临床诊断等领域发挥r关键作用.随着蛋白班组学、代谢组学等组学研究的迅猛发展，研究对象及应用场景日益发杂，同位素技术结合高通出、高灵敏度的分析检测手段如质谱技术等已经成为生物医药领域分析检测的重要工具，但高冗杂数据的高效、准询抽提和不同检测方法的相互验证仍然是生物样本分析的重难点.随着计算机科学的快速发展，通过机器学习结合成像技术等新兴工具对数据进行深度挖掘是生物样本分析检测的发展由势,机器学习在基触研究及临床研究中的应用深度和广度也将不断增加.随着临床质谱等生命健康领域的发展,我国同位素试剂需求量都符大幅提升.但目前,我国同位素试剂种类和储存量较少，尤其是应用广泛的”C稳定同位素标记试剂，仍面临严重依赖进口、优期长、存在禁运风险等同应，试剂种类和储存量也产期不足，稔定同位素产业上下游的科研院所、高校和企业应加强沟通协作，以生初医药等领域需求为导向，共同推进行业的高逑、高质胃发展.
