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安捷伦产品联合用于药物代谢机制的多组学整合分析
165 人阅读发布时间：2025-02-12 10:59
癌症细胞通过代谢重编程适应生存，揭示药物对代谢通路的影响有助于开发新疗法。本研究结合细胞水平代谢通量分析与分子水平代谢组学/脂质组学技术，深入探究两种酪氨酸激酶抑制剂（AG-879和SU1498）对白血病细胞 (THP-1) 代谢的调控机制。
方法与技术
1 细胞代谢分析
Seahorse XF Pro：实时监测线粒体呼吸 (OCR) 和糖酵解 (ECAR) ，评估 ATP 生成速率、质子漏 (Proton Leak) 和线粒体备用呼吸能力 (SRC) 。
药物处理：AG-879 和 SU1498 分别处理 THP-1 细胞 2 小时和 18 小时，观察急性与长期代谢效应。
2 分子代谢分析
样本制备：采用 Bravo 自动化平台进行代谢物与脂质的双相提取，结合 HILIC（极性代谢物）和反相色谱（脂质）分离。
LC/Q-TOF 质谱：使用 Agilent Revident 系统进行非靶向代谢组学与脂质组学分析，配套 MassHunter 软件进行数据解析与注释。
Tips：细胞数目的归一化很重要，NovoCyte Quanteon 搭配自动上样器 Q 确保了后续细胞和分子代谢分析的多孔板实验的可信度。
图 1. 工作流程概述，从细胞培养流式细胞仪 NovoCyte Quanteon，从归一化的活细胞到 Seahorse XF，从细胞培养到自动化样品制备，再到 Q-TOF LC/MS 分析。本应用说明中关键技术以蓝色显示。该图像的细胞培养板和微管部分是使用 BioRender.com 创建的。
关键发现
1 线粒体功能与代谢适应
AG-879：导致线粒体解偶联（质子漏随时间增加），并完全丧失 SRC，提示细胞适应能力受限。
SU1498：短期显著增加质子漏，但长期下降，同时降低 SRC，表明细胞通过下调 TCA 循环应对代谢压力。
共同效应：两药物均抑制线粒体 ATP 生成，迫使细胞依赖糖酵解补偿（GlycoATP 上升）。
图 2. 安捷伦 Seahorse XF 实时 ATP 生成速率分析可显示药物治疗对线粒体和糖酵解 ATP 生成速率的调节。用载体对照 (1% DMSO)、1.36 μM AG-879 或 4.98 μM SU1498 预处理 THP-1 细胞 (A) 2 小时和 (B) 18 小时，并分析线粒体 ATP 和糖 ATP 生成速率。(C) 处理 18 小时后，通过流式细胞术和 7-AAD 染色测量细胞活力。
图 3. AG-879 和 SU1498 处理导致线粒体解偶联和细胞适应性降低。用载体对照 (1% DMSO)、1.36 μM AG-879 或 4.98 μM SU1498 预处理 THP-1 细胞 2 小时和 18 小时，并分析 (A) 质子漏和 (B) SRC。
2 代谢组学与脂质组学结果
SU1498 显著改变代谢物：
糖酵解中间体减少（如磷酸戊糖途径代谢物），与 GlycoATP 升高一致。
嘌呤代谢物增加（如尿苷、肌苷），提示代谢重编程支持核酸合成。
脂质组学异常：
甘油三酯 (TG) 显著积累（最高 8 倍），可能通过回补反应 (anaplerosis) 将乙酰辅酶 A 转化为脂质储存能量。
含多不饱和脂肪酸 (PUFA) 的磷脂酰肌醇 (PI) 增加，可能影响癌细胞信号通路。
AG-879 影响较弱：仅少数代谢物/脂质显著变化，可能与 SRC 完全丧失相关。
图 4. AG-879 和 SU1498 代谢结果的比较。(A) 基于 131 种有效化合物的 PCA。(B) 维恩图显示了 AG-879 和 SU1498 处理之间共享的重要化合物组，并指示了注释的代谢物和变化方向。箭头表示相对于载体对照组，药物治疗组的代谢物水平是升高（↑）还是降低（↓）。
图 5. AG-879 和 SU1498 脂质结果的比较。对 (A) SU1498 处理组与载体对照组配对和 (B) AG-879 处理组与载体组进行火山图分析。（t 检验，FC > 1.5，P < 0.05，Benjamini-Hochberg 校正。）(C) 基于 521 种有效化合物的 PCA。(D) 维恩图显示了 AG-879 和 SU1498 处理之间共享的重要化合物组，其中显示了 92 种注释的脂质和变化方向。箭头表示在 S1498 治疗中脂质水平是升高（↑）还是降低（↓）。
结论
结合细胞功能与分子组学数据，揭示了单一技术无法发现的代谢适应机制（如 SU1498 通过 TG 积累和 PUFA-PI 重塑应对代谢压力）。线粒体解偶联与脂代谢重编程可能是癌细胞耐药的新靶点，为开发联合疗法提供思路。
该工作流程为药物代谢机制研究提供标准化方案，适用于抗癌药物筛选、毒性评估及个性化医疗中的代谢标志物发现。
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