穷尽性同位素示踪揭示了用于生物制造的哺乳动物生产细胞系选择的蝴蝶效应

中国仓鼠卵巢（CHO）细胞是重组生物治疗药物生产的主导平台，然而，生产细胞系选择对哺乳动物细胞代谢的影响仍知之甚少。在本研究中，我们采用均匀标记的葡萄糖或单一氨基酸，开展了41项独立的13C示踪实验，全面绘制了两种主要CHO生产平台中的碳利用图谱：甲氨蝶呤筛选的CHO-K1细胞和谷氨酰胺合成酶筛选的CHO-GS细胞。时间分辨GC-MS分析揭示了涵盖中心碳代谢、氨基酸相互转化、脂质生物合成和一碳代谢的不同代谢表型。CHO-K1细胞表现出广泛的还原性羧化以及丙酮酸羧化酶介导的补充代谢，而CHO-GS细胞则将谷氨酸重新导向谷氨酰胺合成，并依赖天冬酰胺和天冬氨酸来维持TCA循环活性。异位素体分析发现，尽管摄取谱存在显著差异，丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸和丝氨酸仍表现出显著的胞内—胞外循环，并定量揭示了不同氨基酸对脂肪酸和胆固醇合成的差异性贡献。丝氨酸、甘氨酸和蛋氨酸标记结果表明，CHO-K1中存在活跃的叶酸循环相互转化，而CHO-GS中蛋氨酸循环活性增强。研究确定天冬氨酸是关键的氧化还原交换因子，并且是在谷氨酰胺耗竭后进行通路表征时具有独特信息价值的示踪剂。综上，这一全面的同位素示踪框架阐明了生产细胞系选择如何重塑哺乳动物代谢，并为细胞工程、培养基优化、代谢建模和下一代生物制造奠定了基础。

中国仓鼠卵巢（CHO）细胞是重组生物治疗药物生产的主导平台，然而，生产细胞系选择对哺乳动物细胞代谢的影响仍知之甚少。在本研究中，我们采用均一标记的葡萄糖或单个氨基酸作为示踪底物，开展了41项独立的13C示踪实验，以全面绘制两种主要CHO生产平台中的碳利用图谱：经甲氨蝶呤筛选的CHO-K1细胞和经谷氨酰胺合成酶筛选的CHO-GS细胞。基于时间分辨GC-MS分析，我们揭示了涵盖中心碳代谢、氨基酸相互转化、脂质生物合成以及一碳代谢的不同代谢表型。CHO-K1细胞表现出广泛的还原羧化作用和由丙酮酸羧化酶介导的补料反应，而CHO-GS细胞则将谷氨酸重新导向谷氨酰胺合成，并依赖天冬酰胺和天冬氨酸来支持TCA循环活性。异位素体分析发现，尽管摄取特征存在显著差异，丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸和丝氨酸仍表现出显著的细胞内—细胞外循环，并定量表征了不同氨基酸对脂肪酸和胆固醇合成的差异性贡献。丝氨酸、甘氨酸和蛋氨酸标记结果揭示，CHO-K1中存在活跃的叶酸循环相互转化，而CHO-GS中蛋氨酸循环活性增强。研究鉴定天冬氨酸为关键的氧化还原交换因子，并表明其在谷氨酰胺耗竭后进行通路表征时是一种具有独特信息价值的示踪剂。总之，这一全面的同位素示踪框架阐明了生产细胞系选择如何重塑哺乳动物代谢，并为细胞工程、培养基优化、代谢建模和下一代生物制造奠定了基础。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.04.742784v1?rss=1

🏷️ CHO细胞 13C同位素示踪 代谢重编程 中心碳代谢 生物制造 一碳代谢