稳定同位素技术正以“代谢探针”的创新角色，重塑动物代谢研究的认知边界。其核心优势在于突破传统静态分析的局限，凭借标记底物与生物体内源分子的天然兼容性，实现代谢过程的实时动态追踪、多维度通量量化及未知反应挖掘，为解析动物正常生理代谢、疾病相关代谢紊乱机制提供了高精准、无干扰的研究工具，成为连接整体表型与分子机制的关键技术桥梁。

图1 左：动物稳定同位素分析仪；中：不同剂量¹³C-葡萄糖示踪剂的剂量反应曲线；右：运动状态下¹³C-棕榈酸标记体脂的氧化动态变化

文献一：算清全身“流水账”——Cell Metabolism 2025

哈佛大学团队通过构建“小鼠全机体能量通量模型”，量化10种主要循环营养素的氧化、储存、再循环与互变速率，比较了lean（正常饮食组）、HFD（高脂饮食组）及leptin缺陷ob/ob小鼠（一种先天性缺乏瘦素、极度肥胖且患有严重高血糖的模型）的代谢经济差异。

图2 左：实验示意图；右：不同饮食组（control、HFD、ob/ob）代谢底物含量对比图

实验联合¹³C-底物输注、血清LC-MS及稳定同位素分析仪，对10种主要营养素进行“收支”盘点：循环乳酸盐96%被氧化，而葡萄糖仅81%，必需氨基酸仅30%左右，显示不同底物存在固有的“氧化/储存”分配比；在lean小鼠中，所有营养素的“无效循环”通量（糖原-葡萄糖、TAG-NEFA、蛋白周转）合计比氧化通量还高23%，浪费约9%的总ATP；ob/ob小鼠的循环通量整体升高2倍，ATP浪费增至12%，而HFD小鼠与lean差异不大，提示造成代谢“无效循环”亢进、能量大量浪费的关键原因，是瘦素这种激素的缺失，而不是单纯的体重增加或脂肪过多，在临床治疗某些代谢综合征时，纠正“瘦素信号缺失”比单纯“减重”更为关键。

文献二：把葡萄糖“追”到细胞器——Nature Communications 2025

Vanderbilt团队在《Nature Communications》发表了一项研究成果，给清醒小鼠持续静脉输注高vs低剂量[U-¹³C₆]-葡萄糖，他们发现：高剂量组（40mg）60min内¹³CO2呼出达到平台期，同时抽血测葡萄糖同位素标记，发现80%的葡萄糖分子6个碳全部被¹³C取代（M+6），把肝脏取出来测糖原，发现其葡萄糖单元里有30–50%是¹³C标记的，证明从血液里“现成”的¹³C-葡萄糖直接被肝脏抓去合成糖原，合成速度极快；结合MALDI-MS成像、MIMS-EM等技术，该研究首次把“器官-细胞-细胞器”三级代谢图谱串成一条时间轴。

图3 不同剂量 [U-¹³C₆]- 葡萄糖在小鼠体内的代谢动态图

文献三：运动时间是否重要？---Metabolism2024

为了探讨运动时间（昼夜节律）对运动后底物代谢的影响，以及肥胖如何改变这种“时间-代谢”可塑性，Karolinska与哥本哈根团队让lean与HFD小鼠分别在静息期（ZT3）或活动期（ZT15）跑台60min，随后灌胃[U-¹³C₆]-葡萄糖并连续测¹³CO2呼出。

结果显示，Lean小鼠仅在活动期运动后表现出¹³C-葡萄糖氧化峰值下降、脂解升高，呈现“时间-运动”双重效应；HFD小鼠则失去昼夜差异，运动时间不再影响氧化曲线，提示肥胖导致代谢可塑性受损；经脂肪组织离体实验进一步表明运动对代谢的改善效果依赖昼夜时段。

图4 运动时间（ZT3 与 ZT15）对不同饮食组小鼠代谢的影响系列图

北京易科泰生态技术有限公司作为深耕动物代谢研究领域的专业技术服务商，凭借其十余年行业积淀与一流技术合作资源，成为动物稳定同位素相关设备在的核心推广与技术支撑力量。公司提供的稳定同位素气体分析系统具备：

● 高精度检测：δ¹³C精度达0.6‰

● 多参数同步监测：同步测量¹³CO₂、H2O等关键指标，结合耗氧量VO2、二氧化碳产生量VCO2等多维度参数，解锁代谢过程的全貌

● 响应快速：1Hz测量频率

● 无需额外耗材校准

该系统可灵活搭配呼吸代谢系统、小动物跑步机等设备，形成从整体代谢到底物氧化追踪的完整解决方案，高效开展动物生理生态、生物医学等领域的创新研究。

参考文献：

[1] Habashy A, Acree C, Kim K-Y, et al. Spatial patterns of hepatocyte glucose flux revealed by stable isotope tracing and multiscale microscopy [J]. Nature Communications, 2025, 16: 5850. DOI:10.1038/s41467-025-60994-w.

[2] Yuan B, Doxsey W, Tok Ö, et al. An organism-level quantitative flux model of energy ｍmbedbolism in mice [J]. Cell Metabolism, 2025, 37(4): 1-12. DOI:10.1016/j.cmet.2025.01.008.

[3] Pendergrast L A, Ashcroft S P, Ehrlich A M, et al. Metabolic plasticity and obesity-associated changes in diurnal postexercise ｍmbedbolism in mice [J]. Metabolism, 2024, 155: 155834. DOI:10.1016/j.ｍmbedbol.2024.155834.

[4] Welch K C Jr, Péronnet F, Hatch K A, et al. Carbon stable-isotope tracking in breath for comparative studies of fuel use [J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 2016, 1365: 15-32. DOI:10.1111/nyas.12737.