产品概述与化学性质

Sodium pyruvate-1-¹³C（阿拉丁货号S345696）是丙酮酸的钠盐形式，在C-1（羰基）位选择性标记了稳定同位素碳-13。丙酮酸处于中间代谢的核心节点，是糖酵解的终产物，也是三羧酸（TCA）循环、糖异生、氨基酸生物合成和脂质合成的直接前体。C-1位¹³C标记具有重要的策略意义，因为该碳原子在丙酮酸脱氢酶（PDH）催化的氧化脱羧反应中以¹³CO₂形式释放，可提供PDH通量的直接且高度特异性的检测信号。

该化合物水溶性好，在生物学和理化性质上与未标记的丙酮酸钠完全相同，且无放射性，在常规实验室条件下可安全操作，无需专业辐射许可证。¹³C核具有NMR活性（自旋量子数I = 1/2），可通过溶液态¹³C NMR和基于质谱（MS）的同位素丰度分析进行检测，使本试剂兼容多种分析平台。

在代谢研究中的主要应用

1. 代谢通量分析（MFA）与¹³C-MFA：Sodium pyruvate-1-¹³C被广泛用作同位素辅助代谢通量分析的示踪底物。通过将标记化合物加入细胞培养基或灌注组织，并用GC-MS或LC-MS检测下游代谢物中的¹³C标记掺入情况，研究人员可计算TCA循环、回补途径及生物合成支路的绝对通量。C-1标记可产生特征性同位素丰度模式，有助于区分PDH介导的TCA循环入口与其他代谢途径。

2. 超极化¹³C MRI：丙酮酸的C-1羰基碳是体内动态核极化（DNP）超极化¹³C MRI实验的首选标记位点。施加溶液相DNP后，¹³C信号可瞬时增强四至五个数量级，实现对丙酮酸→乳酸（经LDH）、丙酮酸→碳酸氢盐（经PDH和碳酸酐酶）以及丙酮酸→丙氨酸（经ALT）实时成像。该技术在肿瘤学和心脏病学非侵入性代谢成像的转化应用中具有重要前景。

3. ¹³C NMR波谱：C-1位¹³C丰度的提高显著增加了溶液态NMR实验中标记共振信号及其标记代谢产物的检测灵敏度，实现对细胞提取物或完整灌注器官中代谢转化的直接、无损监测。

4. 酶机制与动力学研究：位点特异性标记可借助同位素敏感NMR或质谱读出，追踪C-1在丙酮酸代谢酶（包括丙酮酸羧化酶PC、丙酮酸激酶PK和乳酸脱氢酶LDH）催化过程中的命运，从而开展酶机制的深入研究。

溶液配制与操作规程

储备液配制：

1. 开瓶前，将样品瓶在密封干燥器中平衡至室温，以减少冷凝水和吸湿。
2. 使用分析天平称取所需质量。配制100 mM储备液时，将适量试剂溶于无菌、无核酸酶的水中（或磷酸盐缓冲液等合适缓冲液，pH 7.4）。Sodium pyruvate-1-¹³C在生理pH下可自由溶于水。
3. 若用于细胞培养，通过0.22 µm膜滤器进行过滤除菌。
4. 分装为单次使用量，以减少冻融次数——反复冻融可导致丙酮酸缓慢化学降解（自发脱羧或水化生成丙酮酸水合物）。

储存：干粉应在−20°C密封容器中加干燥剂、避光保存。配制好的水溶液应即配即用；如需储存，可于−80°C短期保存（建议1–2周内使用），避免反复冻融。

质量检验：在定量示踪实验使用前，建议通过¹³C NMR或高分辨质谱确认同位素富集度，验证C-1位¹³C富集度符合标注规格，并记录批次号以保证实验可追溯性。

安全性：Sodium pyruvate-1-¹³C依据标准实验室化学品法规不属于危险品。操作时遵循标准良好实验室规范（GLP）：佩戴丁腈手套、实验服和护目镜。完整危害与处置信息请参阅安全数据表（SDS）。

示踪剂实验设计注意事项

同位素稳态：在定量¹³C-MFA中，细胞或组织应与Sodium pyruvate-1-¹³C孵育至达到同位素稳态，培养细胞通常需要3–6个倍增周期。可通过确认关键代谢物（如柠檬酸盐、苹果酸盐、天冬氨酸）的同位素丰度分布在连续采样时间点保持不变来验证稳态。

示踪剂浓度：尽量采用生理相关的丙酮酸浓度，细胞培养中常用浓度为0.5 mM至5 mM。避免使用超生理浓度，以免干扰代谢表型或引起氧化应激。

与未标记丙酮酸混合：当特定实验设计需要部分标记示踪剂（如[1-¹³C]与[U-¹³C₃]或天然丰度丙酮酸混合使用）时，应清楚记录各同位素丰度的摩尔分数，以便准确进行计算建模。

下游分析：质谱分析时，应迅速淬灭代谢（如液氮骤冷或冷甲醇/水提取）。NMR分析时，使用标准双相提取方案制备细胞提取物，并使用内标物进行定量。使用适当的校正软件或算法对所有检测到的同位素丰度分布进行天然¹³C丰度校正。

对照组：设置使用天然丰度（未标记）丙酮酸钠的平行培养组作为本底对照，并在适用情况下与[U-¹³C₃]-丙酮酸进行比较，以解析模糊的标记模式。

常见问题排查

NMR/MS检测到的¹³C信号弱或缺失：使用前通过独立的¹³C NMR或HRMS分析验证储备液的同位素富集度。确认实验体系中示踪剂浓度满足仪器的检测限要求。检查是否意外被未标记丙酮酸（如培养基添加物中的丙酮酸）稀释。

培养基中丙酮酸迅速消耗：丙酮酸可被细胞快速消耗，在温热水溶液中也会自发脱羧，尤其在pH高于7.4或温度升高时更为明显。应新鲜配制示踪剂溶液，并在实验前立即加入预平衡的培养基中。若通量计算需要精确的胞外浓度数据，应实时监测培养基中丙酮酸的浓度变化。

异常同位素丰度模式：培养箱空气中的CO₂或商业培养基中同位素标记成分造成的本底¹³C掺入可能干扰实验结果。需进行天然丰度校正，并评估所有培养基成分中隐性的未标记或部分标记碳源。

储存溶液降解：若质谱分析发现对应于丙酮酸水合物或乙醛（丙酮酸分解产物）的意外峰，应丢弃该溶液并重新配制储备液。溶液应始终储存于−80°C，冻融次数限制为一次。