肿瘤细胞的营养来源一直是肿瘤代谢领域中的一个重要研究课题。在经典生化代谢通路中,葡萄糖一直被认为是肿瘤细胞的主要碳源和能源之一。然而,最新的研究发现,乳酸也能为肿瘤细胞提供碳源,并且它对三羧酸循环的贡献要大于葡萄糖。因此,关于肿瘤细胞三羧酸循环的主要碳来源(这里指乙酰辅酶二碳)就有了争议。值得注意的是,最新支持乳酸为主要碳源的研究,其结论都是依据带同位素的乳酸和葡萄糖对三羧酸循环底物标记的结果,虽然对三羧酸循环底物的标记明确地显示乳酸的标记效率要高于葡萄糖,但这并不代表乳酸对三羧酸循环的实际贡献就高于葡萄糖,因为同位素标记并不等于净消耗量。因此,仅仅依据同位素标记的结果来判断两者贡献的大小并不可靠。为此,要正确解析在肿瘤细胞中,葡萄糖和乳酸到底哪一个才是三羧酸循环的主要碳源,不仅需要同位素标记,更需要测定清楚它们两者的净消耗量。我们在体外培养细胞模型中,利用同位素标记的葡萄糖和乳酸作为标记底物,同时进行了同位素标记和净消耗量测定,结果发现,虽然乳酸对肿瘤细胞三羧酸循环底物的标记效率在大多数情况下的确要高于葡萄糖,但实际上绝大多数情况下乳酸对三羧酸循环的实际贡献为0。同时,根据我们所建立的数学模型和推导,我们发现葡萄糖对三羧酸循环的实际贡献(CG),同位素贡献(CG’),乳酸对三羧酸循环的实际贡献(CL),同位素贡献(CL’)这四个量之间存在着如下数学关系:CG-CG’=CL’-CL。这个公式清楚地说明了用同位素标记所测得的乳酸贡献被高估了,而葡萄糖贡献被低估了,而被高估的部分恰好等于被低估的部分。这是因为葡萄糖和乳酸进入三羧酸循环前必须经过丙酮酸这一节点,而由乳酸脱氢酶所催化的丙酮酸和乳酸之间的转化是可逆的,因此对葡萄糖和乳酸分别用不同同位素标记以后,丙酮酸与乳酸之间便存在着同位素交换:葡萄糖来源的丙酮酸生成乳酸后弥补了外源乳酸转化为丙酮酸的消耗,但弥补的这一部分不能被三羧酸循环底物的标记结果所反映,因此在同位素标记结果中,这部分本为葡萄糖的贡献被误认为是乳酸的贡献。所以,在排除同位素交换的干扰后,大多数情况下,对三羧酸循环碳源(乙酰辅酶二碳)做主要贡献的应该是葡萄糖而非乳酸。理论上这个结论也适用于体内实验。虽然同位素交换会造成同位素标记结果不能真实反映代谢净流向这一点很早就已被科学家所意识到,但是,在非常多的代谢研究中,这一点被忽略了,因此很多以同位素标记所得出的研究结论其实是错误的。关于该类错误的勘误论文也有很多,但都是定性的描述。而我们的研究首次对这一问题进行了定量的数学分析,最后通过一个简洁的公式来反映其同位素交换的本质。这一公式还可以应用于其他类似存在同位素交换现象的代谢反应中,因此对正确理解同位素标记,正确应用同位素标记于代谢领域研究中有着重要意义。