非損傷微測技術(shù)在細胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用——（4）新陳代謝方面應(yīng)用
非損傷微測技術(shù)在細胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用
——（4）新陳代謝方面應(yīng)用
作者：旭月（北京）科技有限公司 美國揚格非損傷技術(shù)中心
聯(lián)系人：宋瑾，jin@youngerusa.com，010-82622628（電話），010-82622629（傳真）
摘要：本文介紹了非損傷微測技術(shù)在新陳代謝研究領(lǐng)域的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：非損傷微測技術(shù)，新陳代謝, 胰腺β細胞, 胚胎，解偶聯(lián)蛋白UCP3，離子分子
新陳代謝過程是非常重要的生命活動過程，對生物體的存活狀態(tài)具有重要影響。一些嚴(yán)重影響人類健康的疾病，如糖尿病等，與新陳代謝過程密切相關(guān)。非損傷微測技術(shù)[1,2]作為世界尖端水平的特異性離子分子檢測技術(shù)，測量方便、快捷、多維和實時，對樣品無任何傷害，在新陳代謝研究中擁有其他方法無法比擬的優(yōu)勢。下面簡要介紹三個具體應(yīng)用實例。
1 非損傷微測技術(shù)發(fā)現(xiàn)單克隆胰腺β細胞的耗氧量振蕩
胰腺β細胞是胰島素的分泌細胞。人們已經(jīng)知道胰腺β細胞在葡萄糖刺激下，胞外Ca2+存在不同的振蕩模式。而Porterfield DM等[3]利用非損傷微測技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)，在葡萄糖刺激下，單克隆胰腺β細胞的耗氧量也存在大幅振蕩。當(dāng)胞外不存在Ca2+時，振蕩現(xiàn)象依然存在；而恢復(fù)到正常胞外Ca2+后，振蕩幅度會增加。這表明耗氧量振蕩與Ca2+振蕩存在一定關(guān)系，但又不完全相關(guān)。胰腺β細胞的新陳代謝過程與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程間存在復(fù)雜調(diào)控關(guān)系，這種關(guān)系的破壞與糖尿病的發(fā)病可能有密切關(guān)聯(lián)。
圖1單胰腺β細胞葡萄糖誘導(dǎo)的耗氧量振蕩在移除胞外Ca2+和正常胞外Ca2+濃度作用下的不同效果。[3]
2 非損傷微測技術(shù)檢測小鼠胚胎耗氧量變化
母體糖尿病可引起胚胎的多種缺陷，神經(jīng)管缺陷是其中非常重要的一種。Li R等[4]用非損傷微測技術(shù)檢測人工誘導(dǎo)糖尿病小鼠胚胎與正常小鼠胚胎的耗氧量，發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠胚胎的耗氧量顯著低于正常小鼠胚胎，從而證明母體的糖尿病引起的過度葡萄糖代謝消耗了胚胎中的氧，導(dǎo)致氧化應(yīng)激產(chǎn)生，損害胚胎中神經(jīng)管關(guān)閉必須的基因Pax3的表達而引發(fā)神經(jīng)管缺陷。這闡明了新陳代謝過程與疾病發(fā)生的直接關(guān)系。
3 非損傷微測技術(shù)研究解偶聯(lián)蛋白UCP3的功能
解偶聯(lián)蛋白UCP3的減少與糖尿病個體肌肉的胰島素抗性相關(guān)，但UCP3的功能還不清楚。MacLellan JD等[5]采用非損傷微測技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)小鼠L6肌肉細胞中增加UCP3不會影響葡萄糖氧化，而二硝基酚和胰島素的處理會增加葡萄糖氧化。結(jié)合其他實驗結(jié)果證明了UCP3蛋白的功能是促進脂肪酸氧化和減少線粒體活性氧簇的產(chǎn)量。
非損傷微測技術(shù)對人們認識生命體新陳代謝過程及其與疾病間的關(guān)系具有重要意義。對于認識糖尿病等疾病的深層次發(fā)病機制，非損傷微測技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用。
圖2上圖為用于記錄耗氧量的7.5日齡胚胎和接近它測量的微電極圖像。下圖為注射食鹽（正常）和注射葡萄糖（人工誘導(dǎo)糖尿�。┬∈蟮呐咛ズ难趿康臋z測。*P<0.005，n為檢測的胚胎數(shù)。 [4]
圖3 L6肌肉細胞耗氧量在UCP3中等程度過表達時無顯著增加，而輕微的化學(xué)解偶聯(lián)劑作用下增加。從左到右依次為對照細胞（未處理），綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)染細胞，二硝基酚處理細胞和UCP3轉(zhuǎn)染細胞。每組測量值n=8-10。**P < 0.01，***P < 0.001。[5]
參考文獻
[1] Smith PJ. The non-invasive probes - tools for measuring transmembrane ion flux, Nature, 1995, 378(6557):645-646
[2] Reid B, Nuccitelli R, Zhao M. Non-invasive measurement of bioelectric currents with a vibrating probe,Nat Protoc,2007,2(3):661-669
[3] Porterfield DM, Corkey RF, Sanger RH,et al. Oxygen consumption oscillates in single clonal pancreatic beta-cells (HIT). Diabetes, 2000, 49(9):1511-1516
[4] Li R, Chase M, Jung SK,et al. Hypoxic stress in diabetic pregnancy contributes to impaired embryo gene expression and defective development by inducing oxidative stress. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2005, 289(4):E591-599
[5] MacLellan JD, Gerrits MF, Gowing A,et al. Physiological increases in uncoupling protein 3 augment fatty acid oxidation and decrease reactive oxygen species production without uncoupling respiration in muscle cells. Diabetes, 2005, 54(8):2343-2350
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