安捷伦产品联合用于药物代谢机制的多组学整合分析

2025-02-13 19:58:52, 安捷伦细胞分析安捷伦细胞分析事业部（BioTek）

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

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。

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

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。

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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关于安捷伦细胞分析

安捷伦细胞分析平台包括xCELLigence RTCA实时细胞分析仪、Novocyte系列流式细胞仪、Seahorse能量代谢分析仪以及Synergy系列微孔板检测仪和Cytation 系列（共聚焦）细胞成像多功能微孔板检测仪。安捷伦细胞分析平台聚焦基础科研与细胞与基因治疗产品的开发全流程，作为适配新一代疗法的强大分析工具，提供多方位的细胞效力检测和深度的细胞分析，并致力于研发、生产质控以及临床的全方位检测与分析方案开发。