综述：放射性碳和氢标记的D-葡萄糖及其衍生物：研究生物过程和分子机制的关键工具

这篇综述系统阐述了放射性同位素标记的D-葡萄糖及其衍生物（如2-脱氧-D-葡萄糖和甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷）在追踪葡萄糖代谢途径中的核心作用。通过14C和3H标记技术，研究者能够精准解析葡萄糖转运体（GLUTs/SGLTs）功能、糖酵解/TCA循环代谢流，以及在糖尿病、癌症等疾病中的异常代谢机制，为靶向治疗提供关键理论依据。

　　

背景

D-葡萄糖作为生物体最主要的能量来源，其代谢过程涉及糖酵解、三羧酸循环（TCA）和磷酸戊糖途径（PPP）等核心通路。放射性同位素标记技术通过将¹⁴C或³H引入葡萄糖分子，成为揭示这些代谢网络动态的"分子探针"。例如，G-[1-¹⁴C]在糖酵解中通过丙酮酸脱氢酶释放¹⁴CO₂，而G-[6-¹⁴C]则在PPP中丢失标记，这种位置特异性标记为区分代谢分支提供了独特视角。

葡萄糖转运体机制研究

葡萄糖跨膜运输依赖两类转运蛋白：钠非依赖型葡萄糖转运体（GLUTs）和钠依赖型协同转运体（SGLTs）。研究者通过甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷（MeG-[U-¹⁴C]）这类非代谢型类似物，在钠离子存在条件下量化SGLT活性。例如，在肾刷状缘囊泡实验中，Na⁺依赖性MeG-[U-¹⁴C]摄取证实了鲨鱼肾脏存在低亲和力的SGLT2样转运体。

疾病研究的应用

在糖尿病领域，放射性标记的2-脱氧-D-葡萄糖（DG-[³H]）揭示了骨骼肌GLUT4转位缺陷是胰岛素抵抗的关键机制。而癌症研究则利用FDG-[¹⁸F]正电子发射断层扫描（PET）捕捉肿瘤细胞的"Warburg效应"——即便在富氧环境下仍优先进行糖酵解的特性。例如，肝癌细胞对G-[U-¹⁴C]的氧化代谢抑制与脂质合成增强，解释了索拉非尼耐药性的代谢基础。

跨学科技术融合

从离体心脏灌流（测量³H₂O和¹⁴CO₂生成）到胎盘微绒毛膜囊泡实验，放射性标记技术跨越了从分子到整体的研究尺度。近期发展将代谢组学与放射性示踪相结合，如AKT1磷酸化己糖激酶的发现，正是通过DG-[1,2-³H]摄取实验揭示了肿瘤代谢重编程的驱动机制。

未来展望

尽管短半衰期同位素（如¹¹C）的应用受限于设施要求，长寿命同位素（¹⁴C）的稳定性使其在基础研究中不可替代。新兴的^99mTc标记葡萄糖衍生物为单光子发射计算机断层扫描（SPECT）提供了更经济的替代方案，但其空间分辨率仍需优化。多模态成像与人工智能的结合，或将开启代谢研究的新纪元。