细胞外葡萄糖消耗作为细胞和组织离体葡萄糖摄取的间接测量

对测量葡萄糖摄取的需求随着解决依赖葡萄糖代谢的多种疾病的流行病增加的迫切需要而增加。退行性代谢性疾病、神经和认知障碍¹、炎症² 和传染病³、癌症^4、5 以及衰老⁶ 的潜在机制取决于葡萄糖代谢的能量及其储存、合成代谢过程、蛋白质和基因修饰、信号传导、基因调节以及核酸的合成和复制^7，8，9.糖尿病（DM）与葡萄糖摄取调节功能障碍直接相关。糖尿病是一系列慢性疾病，如1型，-2型和-3型糖尿病，妊娠期糖尿病，年轻人的成熟期发病型糖尿病，以及由环境和/或遗传因素诱导的其他类型的这种疾病。2016年，世卫组织第一份关于糖尿病的全球报告显示，自1980年以来，患有最广泛糖尿病的成年人数量几乎翻了两番，达到4.22亿成年人¹⁰人，而这一糖尿病患者人数在过去几十年中呈指数级增长。仅在2019年，估计就有150万例死亡是由¹⁰地中海米直接造成的。这种戏剧性的激增是由于2型糖尿病的增加和驱动它的条件，包括超重和肥胖¹⁰。COVID-19大流行显示，与普通人群相比，糖尿病患者的死亡率增加了两倍，这表明葡萄糖代谢在^{免疫防御中的作用}深刻但知之甚少3。糖尿病、肥胖症和其他疾病的预防、早期诊断和治疗需要优化不同组织对葡萄糖摄取的测量，并确定影响葡萄糖摄取的环境¹¹、营养¹²、内分泌¹³、遗传¹⁴ 和表观遗传¹⁵ 个因素。

在研究中，细胞内和/或组织对葡萄糖的摄取通常通过体外^16，17，18和体内¹⁹中的荧光标记葡萄糖（FD-葡萄糖）来测量。与使用放射性标记葡萄糖²⁰，分析质谱分析21，代谢组学²²，核磁共振方法²³和正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET / CT）^5，24的更精确方法相比，FD-葡萄糖成为首选方法。与FD-葡萄糖摄取不同，需要更多生物材料的分析方法可能涉及多步骤样品制备，昂贵的仪器和复杂的数据分析。细胞培养物中FD-葡萄糖摄取的有效且廉价的测量已被用于概念验证实验，并且可能需要通过其他方法进行验证。

FD-葡萄糖应用于葡萄糖摄取研究的基础是与内源性葡萄糖²⁵相比，FD-葡萄糖的代谢减少。尽管如此，内源性葡萄糖和FD-葡萄糖都动态分布在所有细胞区室中，用于合成代谢，分解代谢和信号传导过程。FD-葡萄糖的区室化和时间依赖性处理²⁵ 干扰荧光测量，并且是在高通量筛选实验，动力学分析，3D细胞培养，共培养和组织外植体实验中使用该测定的主要限制因素。在这里，我们提供的数据证明了FD-葡萄糖的细胞外消耗与其细胞内摄取之间存在高度相关性，这表明FD-葡萄糖的细胞外消耗作为细胞内葡萄糖摄取的替代测量。应用葡萄糖细胞外消耗的测量来验证用胰岛素治疗的小鼠和实验药物¹⁸ 中葡萄糖摄取的组织特异性差异，以提供该方法的原理证明。

目前的方案描述了3T3-L1细胞中FD-葡萄糖摄取的细胞内和细胞外（图1）测量。方案1-7解释了细胞的培养和生长48小时;细胞饥饿，刺激和基线细胞外测量;和细胞外FD-葡萄糖的刺激后测量和FD-葡萄糖和蛋白质的细胞内测量。协议第8部分描述了在存在和不存在胰岛素和氨基酸化合物2（AAC2）的情况下从ob / ob小鼠解剖的组织中FD-葡萄糖的细胞外摄取的体外测量，该方法在其他地方描述¹⁸。