红细胞外源13C6-葡萄糖示踪技术揭示遗传性酶病中葡萄糖代谢命运

本研究针对遗传性红细胞酶病（如HK/PK缺陷）导致的能量代谢紊乱问题，通过外源13C6-葡萄糖示踪结合LC-MS技术，首次动态解析了患者红细胞中糖酵解（glycolysis）和磷酸戊糖途径（PPP）的碳流重编程特征，为理解酶缺陷的代谢补偿机制提供了新视角，技术可拓展至其他溶血性贫血研究领域。

　　

成熟红细胞因其独特的无核无细胞器结构，完全依赖糖酵解（glycolysis）产生能量维持功能。遗传性红细胞酶病如己糖激酶（HK）或丙酮酸激酶（PK）缺陷，会破坏细胞能量稳态，导致非球形溶血性贫血（hereditary nonspherocytic hemolytic anemias）。目前对这类疾病代谢紊乱的认知仍存在空白：酶缺陷如何影响葡萄糖碳原子在糖酵解和磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, PPP）的动态分配？代谢重编程是否具有疾病特异性模式？

为解决这些问题，荷兰乌得勒支大学医学中心的Titine J.J. Ruiter团队在《Blood Red Cells》发表研究，创新性采用外源¹³C₆-葡萄糖示踪技术，结合液相色谱质谱（LC-MS），对健康对照和HK/PK缺陷患者的纯化红细胞进行代谢流分析。

关键技术包括：1）从患者和对照组分离纯化红细胞；2）¹³C₆-葡萄糖体外孵育体系建立；3）时间依赖性代谢物采样；4）LC-MS定量¹³C标记的糖酵解和PPP中间产物。

研究结果：

1. 1.

   HK缺陷的代谢特征

   HK缺陷患者红细胞显示：糖酵解下游代谢物（如3-磷酸甘油酸）的¹³C标记率显著降低，而PPP代谢物标记率与对照组无差异，证实HK是糖酵解碳流控制的关键节点。

2. 2.

   PK缺陷的代谢重编程

   PK缺陷组出现：PK上游代谢物（如磷酸烯醇丙酮酸）¹³C标记积累，但更上游代谢物标记减少；同时PPP代谢物标记增加，提示PK缺陷触发碳流向PPP分流以维持NADPH供应。

结论与意义：

该研究首次绘制了HK/PK缺陷红细胞的动态代谢图谱，揭示：1）HK缺陷主要阻断糖酵解碳流；2）PK缺陷引发代谢流双重改变——糖酵解阻滞与PPP代偿性增强。建立的¹³C₆-葡萄糖示踪技术为遗传性贫血的代谢研究提供新范式，未来可应用于葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺陷等更多红细胞疾病机制解析。