Il-glutamat tal-monosodju jinduċi bidliet fil-profili metaboliċi tal-fwied u tal-kliewi u l-mikrobijoma tal-imsaren tal-firien Wistar
Feb 22, 2022
Astratt:Il-konsum għal żmien qasir u fit-tul ta 'monosodium glutamate (MSG) iżid il-pH fl-awrina iżda l-effetti fuq il-mogħdijiet metaboliċi fil-fwied, kliewi u l-mikrobijota tal-imsaren għadhom mhux magħrufa. Biex nindirizzaw din il-kwistjoni, investigajna firien adulti maskili Wistar allokati biex jirċievu ilma tax-xorb bi jew mingħajr 1 g fil-mija MSG għal ġimagħtejn (n=10, kull wieħed). Aħna wettaqna studju metabolomiku tal-jejunum ibbażat fuq l-ispettroskopija tar-Reżonanza Manjetika Nukleari (NMR),fwied, ukliewi, filwaqt li kampjuni tal-ħmieġ inġabru għall-estrazzjoni tad-DNA batterjali biex tiġi investigata l-mikrobijota tal-musrana bl-użu tas-sekwenzjar tal-ġeni 16S rRNA. Osservajna bidliet sinifikanti fil-fwiedta 'firien ittrattati b'MSG meta mqabbla ma' kontrolli fil-livelli ta 'glukosju, piridossina, leucine, isoleucine, valine, alanine, kynurenate, u nicotinamide. Fostkliewimetaboliti, il-livell ta 'trimethylamine (TMA) żdied, u pyridoxine naqas wara trattament MSG. Is-sekwenzjar tal-ġene 16S rRNA wera li l-firien ittrattati bl-MSG żdiedu Firmicutes, il-batterji tal-musrana assoċjati mal-metaboliżmu tat-TMA, flimkien ma 'speċi Bififidobacterium mnaqqsa. Id-dejta tagħna tappoġġja l-impatt tal-konsum tal-MSG fuqfwiedukliewimetaboliżmu. Ibbażat fuq il-bidliet fil-mikrobijoma tal-musrana, nispekulaw li TMA u l-metaboliti tiegħu bħal trimethylamine-N-oxide (TMAO) jistgħu jkunu medjaturi tal-effetti tal-MSG fuq il-saħħa tal-kliewi.
Kliem ewlieni:glutamat monosodju; mikrobijota tal-imsaren; mogħdija metabolika; Metabolomika; mikrobijoma; trimetilamina; Kilwa; Fwied
IntroduzzjoniIl-glutamat tal-monosodju (MSG) huwa komunement miżjud ma 'l-ikel biex iżid il-togħma, speċjalment fil-kċina Ażjatika u ikel ipproċessat industrijalment [1]. L-MSG huwa meqjus bħala ingredjent sikur għall-konsum mill-bniedem irrispettivament mill-ammont mill-Food and Drug Administration (FDA) [2] minkejja dejta reċenti li turi li l-konsum medju ta’ MSG kuljum huwa ta’ 3–4 g u li kull gramma addizzjonali ta’ MSG iżid ir-riskju. tal-iżvilupp tas-sindromu metaboliku [3]. Ammonti elevati ta 'MSG tad-dieta huma assoċjati ma' piż żejjed [4,5] u pressjoni għolja [6], iżda r-riżultati huma inkonsistenti [7,8].
Saru tentattivi biex jiġu żvelati l-effetti tal-MSG fuq l-organi metaboliċi tal-annimali jew bi teħid parenterali [9,10] jew orali [11,12]. F'wieħed minn dawn l-isforzi biex jiġu investigati l-effetti ta 'MSG fil-farkliewi, ir-riżultati wrew li kemm il-konsum tal-MSG [13] kif ukoll fit-tul [11] ikkawża awrina alkalina fil-firien, għalkemm il-mekkaniżmu tal-alkalinizzazzjoni tal-awrina mhuwiex stabbilit. Il-metabolomika hija approċċ użat komunement biex tiddefinixxi l-bidliet fil-metaboliti minn diversi kundizzjonijiet [14,15]. Il-konsum ta 'MSG għal żmien qasir ikkawża bidliet speċifiċi fil-metaboliti urinarji inklużi dimethylamine (DMA) u methylamine (MA), li huma metaboliti derivati mill-imsaren minn trimethylamine (TMA). TMA hija amina alifatika volatili b'katina qasira li tipprovdi r-riħa karatteristika tal-ħut. Fil-fatt, il-batterji tal-imsaren jipproduċu TMA mill-ħut tad-dieta jew jistgħu jiġu ġġenerati minn nutrijenti oħra inklużi l-kolin u l-karnitina, li huma abbundanti fil-bajd u l-laħam aħmar [16]. Il-parti l-kbira tat-TMA hija kkonvertita b'mod enżimatiku fit-trimethylamine-N-oxide (TMAO) mingħajr riħa, u livelli għoljin ta' TMAO fil-plażma huma assoċjati ma' mard kardjovaskulari (CVD) [17], kroniku.mard tal-kliewi(CKD) [18] u d-dijabete [19].
Hawnhekk ħadna vantaġġ mill-għodod tal-metabolomika biex ninvestigaw l-effetti tal-konsum tal-MSG għal żmien qasir fuq il-metaboloma tal-plażma,fwied,kliewiu l-imsaren, u analizzat il-korrelazzjoni bejn ir-riżultati metabolomiċi u l-bidliet tal-mikrobijota tal-musrana. Id-dejta tagħna tista 'tipprovdi għarfien mekkanistiku ġdid dwar l-effetti tal-MSG tad-dieta filwaqt li turi wkoll bijomarkaturi ta' ħsara lill-organi kkaġunata mill-MSG.
Materjali u metodi
AnnimaliInkisbu għoxrin 6-firien maskili Wistar (piż bejn wieħed u ieħor 200 g) miċ-Ċentru Nazzjonali tal-Annimali tal-Laboratorju (Mahidol University, Salaya, Bangkok, Thailand), akklimatizzati f'gaġeġ metaboliċi individwali tal-istainless steel għal ġimgħatejn, u imbagħad jinżamm taħt kundizzjoni standard ta 'temperatura (23 ± 2 ◦C), umdità (30-60 fil-mija) u luminożità (350-400 Lux) ta' ċiklu ta '12-il siegħa dlam/12-il siegħa dawl. Il-firien ġew ipprovduti b'pelletdiet kummerċjali Nru CP 082 (Perfect Companion Group, Bangkok, Tajlandja) matul l-istudju. L-esperimenti kollha saru wara l-linji gwida taċ-Ċentru tal-Annimali tal-Laboratorju tal-Grigal (NELAC), l-Università ta 'Khon Kaen, it-Tajlandja. Barra minn hekk, l-istudju ġie approvat mill-Kumitat tal-Etika tal-Annimali tal-Università ta 'Khon Kaen, it-Tajlandja (AEKKU-NELAC5/2558).
ReaġentiL-MSG pur ta 'grad ta' ikel (99 fil-mija) (Ajinomoto, Tokyo, Ġappun) intuża biex jitma 'l-annimali. Metanol u kloroform ta 'grad kummerċjali nxtraw minn RCI LABSCAN LIMITED (Bangkok, Tajlandja) għall-estrazzjoni tat-tessuti, ilma ta' grad LC-MS inxtara minn Merck (Darmstadt, il-Ġermanja), inxtraw fosfat diidroġenu tal-potassju (KH2PO4) u ossidu tad-dewterju (D2O). minn Merck (Darmstadt, l-Isvizzera), sodium azide (NaN3) ġie prodott mill-Aġenzija Ewropea għas-Sustanzi Kimiċi (ECHA, Ħelsinki, il-Finlandja), sodium trimethylsilyl-[2,2,3,3-2H4]-propionate (TSP) , standard intern għall-analiżi NMR, inkiseb minn Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz CA, USA). Għall-ispettrometrija tal-massa, isopropanol ta 'grad kummerċjali (C3H8O) u aċidu formiku (CH2O2) inxtraw minn RCI LABSCAN LIMITED (Bangkok, Tajlandja).
Disinn SperimentaliIl-firien ġew assenjati b'mod każwali biex jirċievu ilma tax-xorb jew bi (n=10) jew mingħajr (n=10) 1 g fil-mija MSG għal ġimagħtejn. Intuża ilma tal-osmosis inversa (RO) (konċentrazzjoni tal-kloru ta '3-4 ppm) għall-istudju tal-annimali meta l-firien kollha kellhom aċċess liberu għall-ikel. Ġie rreġistrat il-konsum ta 'kuljum ta' ilma (ml) u ikel (g), kif ukoll il-piż tal-ġisem ta 'kull ġimgħa (g). L-eskrezzjoni urinarja ta' 24 (ml/far/jum) ġiet irreġistrata matul il-perjodu ta' studju. Ħmieġ u kampjuni tad-demm tad-denb (100 µL ta' plażma) inġabru f'ġimagħtejn qabel is-sagrifiċċju tal-annimali bl-użu tad-dijossidu tal-karbonju (CO2) wara 12-siegħa sawm. Kampjuni tat-tessuti, jiġifieri, jejunum,fwiedukliewi,inġabru u snap-ffriżati fin-nitroġenu likwidu qabel ma nħażnu f't80 ◦C sakemm jintużaw għall-analiżi.
Preparazzjoni u Analiżi tal-KampjunKull tessut (100 mg massa mxarrba) intuża għall-estrazzjoni tal-metaboliti skont il-protokolli ppubblikati qabel [20]. Qabel l-akkwist tal-NMR, il-fażi polari tal-estratti tat-tessut ġiet sospiża mill-ġdid f'buffer NMR ta' 580 µL (buffer tal-fosfat tas-sodju 100 mM, pH 7.4, f'D2O, li fih 0.1 mM TSP u 0.2 fil-mija NaN3), imqassam fil-qosor, u ċentrifugat f' 12,000× g għal 5 min f'4 ◦C. Sussegwentement, 550 µL tat-taħlita ġew trasferiti għal tubu tal-ħġieġ NMR (Duran Group, Mainz, il-Ġermanja) b'dijametru ta 'barra ta' 5 mm qabel l-analiżi NMR. Madwar 250 mg ta’ ħmieġ tħallat ma’ 500 µL ilma ta’ grad HPLC (Merck, Darmstadt, il-Ġermanja) u omoġenizzat bl-użu ta’ vortex mixer b’veloċità ta’ 2500 rpm għal 15-il minuta f’temperatura tal-kamra. Is-sospensjoni tal-ħmieġ imbagħad ġiet ċentrifugata fi 12,000x g għal 15-il minuta f'4 ◦C u 540 µL ta' supernatant ġew trasferiti f'mikrotubi nodfa ta' 1.5 mL, u 60 µL ta' buffer NMR (1.5 M KH2PO4 buffer, pH 7.4). , f'D2O, li fih 2 mM TSP u 1 fil-mija NaN3) ġie miżjud. Sussegwentement, it-tubi ġew vortexed fil-qosor, ċentrifugati fi 12,000× g għal 10 min, u fl-aħħarnett, 580 µL tat-taħlita ġew trasferiti għal tubu tal-ħġieġ NMR b'dijametru ta 'barra ta' 5 mm għall-analiżi.
Estratti tat-tessuti u kampjuni tal-ħmieġ ġew analizzati bl-użu ta' spettromu NMR ta' 400 MHz (Bruker Biospin, Rheinstetten, USA) f'temperatura ta' 298.15 K. L-ispettri ġew referenzjati għall-quċċata TSP (δ1H { {14}}.00), f'fażijiet u linja bażi kkoreġuta bl-użu ta' MATLAB (Mathworks, Natrick, MA USA). Is-sinjal tal-quċċata TSP (δ1H H1.000-0.005) mit-tessuti kollha u l-quċċata TSP (δ1H H1.20-0.157) mill-ippurgar tneħħew. Barra minn hekk, il-quċċata tal-ilma tneħħa mill-jejunum (δ1H 4.50 u 5.20),fwied(δ1H 4.68 u 5.00),kliewi(δ1H 4.31 u 5.74) u ħmieġ (δ1H 4.18 u 5.23). Barra minn hekk, l-ispettri mhux ipproċessati kienu soġġetti għall-allinjament u n-normalizzazzjoni tal-quċċata [21]. Id-dejta spettrali tal-kampjuni kollha ġiet analizzata bl-użu ta' analiżi tal-komponenti prinċipali mhux sorveljati (PCA) u korrezzjoni-projezzjoni tas-sinjali ortogonali sorveljata għal strutturi latenti-analiżi diskriminanti (O-PLS-DA). Id-dejta kienet iċċentrata fuq il-medja u skalata b'varjanza tal-unità (UV). Il-mudelli O-PLS-DA huma evalwati mill-valuri R2X, R2Y u Q2Y, li jirrappreżentaw il-fifitness, il-frazzjoni tal-varjanzi tal-matriċi Y, u l-kapaċità tat-tbassir tal-mudell, rispettivament [22]. Biex jiġi evitat twaħħil żejjed, 7-darbtejna cross-validation saret għal 500 ripetizzjonijiet. Il-valur p tal-permutazzjoni ntuża biex jindika l-validità tal-mudell. Intgħażlu varjabbli sinifikanti ta 'kull mudell validu permezz ta' koeffiċjenti ta 'korrelazzjoni O-PLS-DA b'korrezzjoni tar-rata ta' skoperta falza Benjamini-Hochberg (p <0.05). spettroskopija="" ta'="" korrelazzjoni="" totali="" statistika="" (stocsy)="" [23],="" databases="" ta'="" bidla="" kimika="" interna="" u="" l-bażi="" tad-dejta="" tal-metaboloma="" uman="" (verżjoni="" hmdb="" 4,="" usa)="" [24]="" intużaw="" għall-identifikazzjoni="">
L-analiżi tal-arrikkiment tal-mogħdijiet saret ukoll bl-użu ta’ MetaboAnalyst (http://www.metaboanalyst.ca/ (aċċessat fl-14 ta’ Lulju 2020)) [25]. L-illustrazzjoni tal-mogħdija metabolika ġiet iġġenerata minn Cytoscape [26]. Bidliet fil-metaboliti ġew identifikati minn STOCSY u saret analiżi univarjata billi ġiet investigata l-konċentrazzjoni relattiva ta 'metaboliti differenzjali b'mod sinifikanti, ikkalkulat l-integrazzjoni tal-qċaċet tal-ispettri. Skont il-valur p ikkalkulat mit-test t tal-Istudent li juża GraphPad Prism 7 (Ver. 7, GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA, USA).
Preparazzjoni tal-Kampjun tal-Plażma għall-Analiżi UHPLC-ESI-QTOF-MSPlażma (50 µL) tħallat ma '150 µL ta' isopropanol (IPA), segwit minn 24-h inkubazzjoni f'20 ◦C biex tippreċipita l-proteina. Il-kampjuni kollha ġew ċentrifugati darbtejn f'13,000× gat 4 ◦C għal 10 min. Total ta '50 µL ittieħdu minn kull kampjun u miġbura f'tubu mikroċentrifugu ta' 1.5 mL għall-bini ta 'kampjun ta' kontroll tal-kwalità (QC) u 120 µL ta 'kull taħlita ta' kampjun ġew trasferiti għal insert tal-ħġieġ HPLC.
Analiżi UHPLC-ESI-QTOF-MSL-analiżi UHPLC-ESI-QTOF-MS kienet impjegata fil-Laboratorju Internazzjonali tal-Fenomi tal-Università ta 'Khon Kaen (KKUIPL). L-estratti tal-fażi milwiema tal-kampjuni ġew analizzati fuq pjattaforma ta 'fażi inversa. Il-parti tas-separazzjoni twettqet bl-użu ta’ sistema UHPLC (Bruker, Darmstadt, il-Ġermanja) meta l-bruker intensità solo HPLC C18 2.1 × 100 mm, kolonna 2 µm (Bruker, Darmstadt, il-Ġermanja) intużat. It-temperatura tal-kolonna ġiet issettjata għal 55 ◦C u t-temperatura tal-awtosampler ġiet issettjata għal 4 ◦C. Fażi mobbli A kienet 10{{20}} fil-mija ilma grad HPLC b'0.1 fil-mija aċidu formiku (FA), u l-fażi mobbli B kienet 10 {{30}} fil-mija metanol bi 0.1 fil-mija FA. Ir-rata tal-fluss kienet issettjata għal 0.4 mL/min u l-gradjent ta' elużjoni ġie stabbilit bħala—99.9 fil-mija A (0.{{40}}–2.{{46 }} min, 0.25 mL/min), 99.9–75 fil-mija A (2.0–10.0 min, 0. 4 mL/min), 2{{60}} fil-mija A (1{0}.0–12.0 min, 0.4 mL/min), 10 fil-mija A (12.0–21.0 min, 0.4 mL/ min), 0.1 fil-mija A (21.0-23.0 min, 0.4 mL/min), 99.9 fil-mija A (24.0-26.0 min, 0.4 mL/min). Ġie applikat volum ta' injezzjoni tal-kampjun ta' 4 µL kemm għall-modi ta' polarità ta' jonizzazzjoni pożittiva kif ukoll negattiva.
L-analiżi tal-ispettrometrija tal-massa twettqu bl-użu ta 'sistema kompatta ESI-Q-TOF (Bruker, Darmstadt, il-Ġermanja). Il-format tas-sodju (HCOONa) li fih 2 mM idrossidu tas-sodju, 0.1 fil-mija FA u 50 fil-mija IPA kien injettat direttament bħala kalibrant estern b'rata ta 'fluss ta' 0.5 µL/min. Il-kundizzjoni fil-modalità ta 'polarità ta' jonizzazzjoni pożittiva — medda ta 'massa 50–1300 m/z, vultaġġ tal-kon 31 V, vultaġġ kapillari 4500 V, temperatura tas-sors 220 ◦C, temperatura ta' desolvazzjoni 220 ◦C, flflow tal-gass desolvation 8 L/min. Il-kundizzjonijiet tal-modalità tal-polarità tal-jonizzazzjoni negattiva — medda m/z: 50-900 m/z, vultaġġ tal-kon 31 V, vultaġġ kapillari 4500 V, temperatura tas-sors 220 ◦C, temperatura ta 'desolvation 220 ◦C, flflow tal-gass desolvation 8 L/min.
Analiżi tal-Mikrobijoma tal-ImsarenId-DNA ġie estratt bl-użu tal-kit tad-DNA QiAamp® PowerFecal® Pro (Qiagen, Hilden, il-Ġermanja). Id-DNA estratt tkejjel f'OD 260/280 bl-użu ta' spettrofotometru Nanodrop2000c (Thermo xjentifiku, Waltham, MA, USA). Id-DNA estratt kollu kien ippreservat f't20 ◦C sal-analiżi. Ir-reġjun V3-V4 tal-ġene 16S ribosomal RNA (rRNA) għal kull kampjun ġie amplifikat bl-użu tal-primer universali bil-quddiem V3 (50-CCTACGGGNGG CWGCAG-30) u l-primer reverse V4 ({ {11}}GACTACHVGGGTATCTAATCC-30). Ir-reazzjoni tal-PCR kienet tikkonsisti minn 2x KAPA HiFi HotStart ReadyMix, 12.5 ng mudell tad-DNA, u 5 µM ta’ kull primer, b’denaturazzjoni inizjali f’95 ◦C għal 3 min segwita minn 25 ċiklu ta’ denaturazzjoni f’95 ◦C għal 30 s, ittemprar f’55 ◦ C għal 30 s, estensjoni f'72 ◦C għal 30 s, u estensjoni fifinal f'72 ◦C għal 10 min. Agilent DNA 1000 Chip u Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA) ġew magħquda biex jikkwantifikaw il-prodott amplifikat. L-amplicons tal-PCR ġew ippurifikati bl-użu ta 'żibeġ AMPure XP biex jippurifikaw. Il-ġene parzjali 16S rRNA ġie sekwenzat bl-użu tal-pjattaforma Illumina MiSeq (Illumina Inc., San Diego, CA, USA).
Il-librerija tas-sekwenzjar tal-rRNA 16S ġiet ippreparata bl-użu tad-DNA ġenomika (gDNA), u sekwenzi paired-end li jaqblu ġew magħquda bl-użu ta' FLASH (http://ccb.jhu.edu/software/FLASH/ (aċċessat fid-29 ta' Ġunju 2020)) [27] . L-iffiltrar ta’ kwalità neħħa sekwenzi li kien fihom qari ta’ kwalità baxxa u sar bl-użu ta’ CD-HIT-OTU (http://weizhong-lab.ucsd.edu/cd-hit-otu (aċċessat fid-29 ta’ Ġunju 2020)) [28] u rDnaTools pakkett. OTUs (Unitajiet tassonomiċi Operattivi) ġew ikklassifikati b'identità ta 'limitu ta' 97 fil-mija bl-użu ta 'algoritmu UCLUST ibbażat fuq xebh ta' 100 fil-mija. Sekwenzi li jaqsmu Ikbar minn jew ugwali għal 97 fil-mija xebh ġew assenjati lill-istess OTU. Is-sekwenzi rappreżentattivi OTU ġew allinjati u ġew ikklassifikati tassonomikament bl-użu tal-Proġett tad-Database Ribosomali (RDP) u tqabblu mad-databases ta' referenza NCBI. Il-klassifikazzjoni hija bbażata fuq id-database tal-ġeni l-Ħodor (http://greengenes.lbl.gov/ (aċċessat fid-29 ta’ Ġunju 2020)). L-output ta 'klassifikazzjoni ta' jaqra f'diversi livelli tassonomiċi—renju, phylum, klassi, ordni, familja, ġeneru, u speċi bl-użu ta 'Quantitative Insights Into Microbial Ecology (QIIME) [29].
Analiżi StatistikaL-analiżi statistika tal-konsum tal-ikel u l-ilma, il-ħruġ tal-volum tal-awrina u l-piż tal-ġisem ġew irrappurtati bħala medja ± SD għal kull grupp ta 'annimali u d-differenzi bejn il-gruppi tqabblu għas-sinifikat statistiku permezz tat-test t ta' Student b'valur p < {{2} }.05 meqjus bħala statistikament sinifikanti.
Riżultati
IMPATT tal-MSG fuq it-teħid tal-ikel u l-ilma, il-piż tal-ġisem u l-ħruġ tal-volum tal-awrinaIl-firien ittrattati b'MSG u ta' kontroll kellhom ammont simili ta' teħid ta' ikel (17.44 ± 1.94 u 18.46 ± 1.37 g/far/jum, rispettivament) (Figura 1A) u piż tal-ġisem (333.58 ± 17.23 u 333.80 ± 15.50 g/far, rispettivament) (Figura 1B). Madankollu, it-teħid ta 'ilma kien sinifikament ogħla fil-firien ittrattati bl-MSG (52.38 ± 18.36 mL / jum) meta mqabbel mal-kontrolli (38.38 ± 8.39 mL / jum) (Figura 1C). Fiż-żewġ gruppi ttrattati b’MSG u dawk ta’ kontroll, it-tnixxija ta’ l-awrina kellha t-tendenza li tiżdied biż-żmien, għalkemm dehret żieda sinifikanti biss fil-firien ittrattati bl-MSG (15.42 ± 3.92 mL/far/jum qabel it-trattament u 29.09 ± 8.78 mL/far/). trattament ta’ jum wara). Ukoll, għalkemm statistikament mhux sinifikanti, l-output ta 'l-awrina ta' firien ittrattati b'MSG (29.09 ± 8.78 mL / far / jum) kien apparentement ogħla minn dak tal-kontrolli (23.15 ± 10.55 mL / far / jum) (Figura 1D).
Bidliet Metaboliċi f'Organi Metabolikament ImportantiL-ispettri NMR tal-kampjuni tat-tessuti miġbura ġew analizzati wara ġimgħatejn ta 'trattament MSG. Il-PCA tad-dejta spettrali NMR twettqet inizjalment biex tosserva kwalunkwe clustering u outliers ovvji (Figura 2). Ir-raggruppament ċar u s-separazzjoni sħiħa ġew osservati fil-profili tal-metaboliti epatiċi bejn il-grupp ta' kontroll u ttrattat b'MSG b'valur p ta' permutazzjoni ta' 0.002, R2X ta' 58 fil-mija, Q2Y ta '0.84, u R2Y ta' 0.93 illustrati fil-plots tal-punteġġ PCA u O-PLS-DA (Figura 2A, B). Plott rappreżentattiv tat-tagħbija tal-koeffiċjent korrispondenti OPLS b'assenjazzjoni tal-metabolit huwa ppreżentat fil-Figura 3 b'sinifikantifwiedmudelli indikati fil-Figura 3A; il-bidliet sinifikanti kollha fil-metaboliti huma miġbura fil-qosor fit-Tabella 1. Fil-fwied, livelli ogħla ta’ sitt metaboliti inklużi glukożju, piridossina, 2-deoxyuridine, inosine, mhux magħrufa 1 u 2 instabu fil-grupp ikkurat bl-MSG, filwaqt li ħdax-il metabolit , jiġifieri leucine, isoleucine, valine, alanine, N-acetylglycoprotein, aċetun, 1,3 dimethylurate, istamina, xanthine, kynurenate u nicotinamide, kienu ogħla b'mod sinifikanti fil-grupp ta 'kontroll. Il-plott tal-punteġġ tal-PCA ibbażat fuq il-renalimetaboliti (Figura 2C) indikaw l-ebda raggruppament ċar bejn żewġ gruppi, u l-mudell O-PLS-DA kien statistikament sinifikanti b'valur p permutazzjoni ta '0.018, R2X ta' 56 fil-mija, Q2Y ta' 0.29, u R2Y ta' 0.74 (Figura 2D). Żewġ metaboliti mibdula nstabu fitessuti tal-kliewib'livell ta 'trimethy lamine b'mod sinifikanti ogħla u pyridoxine b'mod sinifikanti aktar baxx fil-grupp ittrattat b'MSG meta mqabbel mal-kontrolli (Figura 3B). B'kuntrast, ir-riżultati tal-jejunum (Figura 2E, F), ħmieġ u plażma (Figura 2 u Figura S1) ma wrew l-ebda raggruppament bejn il-gruppi ta 'trattament u ta' kontroll illustrati fil-plots tal-punteġġi PCA u O-PLS-DA.
Il-mogħdijiet ta' korrelazzjoni tal-metaboliti sinifikanti fil-fwiedutessuti tal-kliewiġew investigati bl-użu ta’ KEGG IDs u ġġenerati mis-softwer Cytoscape. Il-metaboliti nstabu li jgħaqqdu n-netwerk metaboliku. Meta dawn ir-riżultati ġew magħquda biex tfassal mappa tal-mogħdija metabolika sabiex tiġi illustrata korrelazzjoni aktar intuwittiva, il-metaboliti ġew żvelati li huma prinċipalment assoċjati ma 'mogħdijiet metaboliċi, bħal glukoneġenesi epatika, aċidi amminiċi b'katina ramifikata, vitamina B6 u metaboliżmi tat-trimetilamini ( Figura S3).
Il-Konsum tal-MSG Ibiddel il-Mikrobijoma tal-ImsarenIr-riżultati tal-analiżi tal-kompożizzjoni tal-batterji tal-ippurgar indikaw seba' phyla, 15-il klassi, 19-il ordni, 46 familja, 127 ġeneru u 220 speċi mill-gruppi kollha tal-annimali. Intgħażlu l-aqwa 7-10 speċi u ġiet iġġenerata abbundanza relattiva perċentwali ta 'komunitajiet batterjali fil-livelli tal-phylum, klassi, ordni, familja, ġeneru u speċi (Figura 4). Fil-livell tal-phylum, l-ewwel erba 'phyla relattivament abbundanti kienu fl-ordni li ġejja - Firmicutes > Bacteroidetes > Proteobacteria > Actinobacteria fl-annimali kollha (Figura 4A). L-abbundanza ta 'Actinobacteria kienet aktar baxxa b'mod sinifikanti fil-firien ittrattati bl-MSG (0.30 fil-mija) milli fil-firien ta' kontroll (1.32 fil-mija) (Figura 5A).
Fil-livell tal-klassi, l-aktar mikrobijota abbundanti kienu Bacilli > Clostridia > Bacteroidia > Erysipelotrichia fl-annimali kollha (Figura 4B). Il-grupp ikkurat bl-MSG kellu Clostridia b'mod sinifikanti ogħla (31.59 fil-mija) mill-grupp ta 'kontroll (19.25 fil-mija). Madankollu, il-firien ittrattati bl-MSG kellhom Actinobacteria b'mod sinifikanti aktar baxxi (0.15 fil-mija) mill-firien ta 'kontroll (1.09 fil-mija) (Figura 4B). Meta interpretati fil-livell tal-ordni, Lactobacillales, Clostridiales, Bacteroidales, Erysipelotrichales kienu abbundanti fl-annimali kollha (Figura 4C). Clostridiales kienu ogħla b'mod sinifikanti fil-firien ittrattati bl-MSG (31.59 fil-mija) milli fil-firien ta 'kontroll (19.25 fil-mija), filwaqt li Bififidobacteriales kienu sinifikament aktar baxxi fil-firien ittrattati bl-MSG (0.06 fil-mija) meta mqabbla mal-firien ta' kontroll (1.06 fil-mija).
L-erba 'familji l-aktar abbundanti osservati b'mod komuni fl-annimali sperimentali kollha kienu fl-ordni li ġejja—Lactobacillaceae > Erysipelotrichaceae > Clostridiaceae > Prevotellaceae (Figura 4D). Fil-livell tal-familja, Bififidobacteriaceae kien aktar baxx b'mod sinifikanti, iżda Clostridiales mhux identifikati kien ogħla b'mod sinifikanti fil-firien ittrattati b'MSG meta mqabbla mal-firien ta' kontroll. L-abbundanza relattiva ta 'l-ewwel erba' ġeneri osservati fl-annimali kollha kienu fl-ordni li ġejja - Lactobacillus > Turicibacter > Prevotella < clostridium="" (figura="" 4e).="" mappa="" tas-sħana="" tal-abbundenzi="" relattivi="" fil-livell="" tal-ġeneru="" wriet="" abbundanza="" aktar="" baxxa="" ta="" 'lactobacillus="" u="" abbundanza="" ogħla="" ta'="" clostridium="" fil-firien="" ittrattati="" bl-msg="" (figura="" 5b).="" barra="" minn="" hekk,="" l-abbundanza="" aktar="" baxxa="" ta="" 'bififidobacterium="" kienet="" osservata="" wkoll="" fil-firien="" ittrattati="" bl-msg="" (0.06="" fil-mija)="" meta="" mqabbla="" ma'="" firien="" ta="" 'kontroll="" (1.06="">
Fil-livell tal-ispeċi, l-ewwel erba 'speċi batterjali tal-musrana komuni fil-firien kollha kienu Lacto bacillus intestinalis, Turicibacter sanguinis, Clostridium saudiense, u Muribaculum intestinale fl-ordni (Figura 4F). Fil-grupp ittrattat b'MSG, Flintibacter butyricus kien b'mod sinifikanti aktar abbundanti milli fil-grupp ta 'kontroll, filwaqt li Faecalibaculum rodentium u Bififidobacterium pseudolongum kienu b'mod sinifikanti inqas abbundanti.
Diskussjoni
Diversi linji ta 'evidenza konsistentement rabtu l-konsum ta' MSG ma 'effetti negattivi fuq is-saħħa tal-bniedem, bħal inċidenza ogħla ta' sindromu metaboliku [3], piż żejjed [4,5] u pressjoni għolja arterjali [6]. Madankollu, id-dejta kienet konfliġġenti f'xi każijiet u l-mekkaniżmi sottostanti għadhom mhux ċari. Biex nindirizzaw din il-kwistjoni, esplorajna l-alterazzjonijiet metaboliċi tat-tessuti u l-bidliet mikrobjali tal-musrana indotti mill-konsum tal-MSG. Kif muri fir-rappreżentazzjoni skematika fil-Figura 6, il-konsum tal-MSG altered il-metaboliti assoċjati mal-glukoneġenesi tal-fwied, il-metaboliżmu tal-aċidu amminiku b'katina ramifikata (BCAA), il-vitamina B6 u l-metaboliżmu tat-trimethylamine. Barra minn hekk, il-konsum ta' MSG għal żmien qasir irażżan l-abbundanza relattiva ta' Bififidobacterium, li hija meqjusa bħala batterja ta' benefiċċju, u Clostridium relatat mal-produzzjoni ta' TMA u TMAO [30].
Fil-fwied, metaboliti bħal glukożju, piridossina (B6), 2-deoxyuridine, inosine, mhux magħrufa 1 u 2 kienu ogħla b'mod sinifikanti f'annimali kkurati b'MSG milli fil-kontrolli, filwaqt li ħdax-il metabolit (jiġifieri, lewċina, isolewċina, valina , alanine, N-acetylglycoprotein, aċetun, 1,3-dimethylurate, istamina, xanthine, kynurenate, u nicotinamide) kienu inqas b'mod sinifikanti. L-ewwel, livelli ogħla ta 'glukożju jistgħu jindikaw żieda ta' glukoneġenesi epatika assoċjata ma 'MSG, li hija taqbel ma' glukożju għoli fil-plażma rrappurtat qabel f'ħnieżer tat-twelid li jirċievu supplimentazzjoni ta 'MSG (1 g/kg piż tal-ġisem) [31]. It-tieni, il-livelli mnaqqsa ta 'alanine u tliet BCAAs, inklużi valine, leucine u isoleucine, jistgħu jikkorrelataw mal-kataboliżmu tal-amino acid u l-metaboliżmu tal-enerġija li fihom l-iskeletri tal-karbonju tagħhom jistgħu jintużaw bħala prekursuri għall-glukoneġenesi (alanine, valine u isoleucine bħala amino acids glukoġeniċi) u l-produzzjoni tal-enerġija permezz taċ-ċiklu tal-aċidu trikarbosiliku (TCA). Bi qbil mar-rapport preċedenti, sibna li l-prodotti tad-degradazzjoni tal-lewċina u l-lisina, beta-hydroxyisovalerate u 5-aminovalerate, rispettivament, kienu ogħla b'mod sinifikanti fl-awrina tal-firien ittrattati bl-MSG [13]. It-tielet, piridossina elevata fil-fwiedu naqas pyridoxine fil-kliewital-firien ittrattati bl-MSG issuġġerixxa alterazzjoni tal-metaboliżmu tal-vitamina B6. Sibna wkoll livelli mnaqqsa ta 'istamina, kynurenate, u nikotinamide fil-fwiedta' firien ittrattati bl-MSG, li huma l-prodotti ta' enzimi dipendenti B6-fil-metaboliżmu ta' l-istidina u t-triptofan. Ir-rabta bejn it-teħid tal-MSG u l-metaboliżmu tal-vitamina B6, l-istidina u t-triptofan jeħtieġ li tiġi investigata aktar. Ir-raba ', il-firien ittrattati bl-MSG kellhom livelli ogħla ta' trimethylamine (TMA) fil-kliewi. TMA huwa sintetizzat minn kostitwenti tad-dieta, inklużi l-kolin, L-carnitine u betaine bl-azzjoni ta 'enzimi mikrobjali [16]. TMA huwa assorbit fil-biċċa l-kbira b'mod passiv fiċ-ċirkolazzjoni tal-portal, u prinċipalment ossidizzat għal trimethylamine-N-oxide (TMAO) minn monooxygenases li fihom flflavin tal-fwied (FMOs). Frazzjoni minuri ta 'TMA hija ossidizzata għal dimethylamine (DMA) u methylamine (MA), u finalment eliminata fl-awrina [32,33]. Livelli ogħla ta 'DMA u MA fl-awrina ta' firien ittrattati b'MSG kienu rrappurtati qabel [13]. Diversi studji wrew li l-prekursuri elevati tat-TMA, il-kolin, jew il-metaboliti tiegħu, TMAO, jistgħu jwasslu għal progressiva.renalifibrożi tubulointerstizjali, mard kardjovaskulari, u kronikumard tal-kliewi[34–36]. Għalhekk, il-livell elevat ta 'TMA fil-kliewijistgħu jikkostitwixxu r-rabta bejn it-teħid ta’ MSG uħsara renali.
Nimxu mill-bidliet osservati fit-TMAs, investigajna l-mikrobijota tal-musrana tal-firien ittrattati bl-MSG u wrejna l-alterazzjoni taż-żewġ phyla ewlenin, Firmicutes u Bacteroidetes. L-abbundanza ogħla ta 'Firmicutes, iżda abbundanza aktar baxxa ta' Bacteroidetes, kienet osservata fil-firien ittrattati b'MSG. Fil-livell tal-ġeneru, il-firien ittrattati bl-MSG kellhom żfin ogħla ta 'Clostridium, u abbundanza aktar baxxa ta' Lactobacillus u Bififidobacterium. Il-ġeneru Clostridium jinkludi grupp ta' mikro-organiżmi li jappartjenu għall-phylum Firmicutes. Xi Clostridium spp. huma assoċjati mal-metaboliżmu tat-TMA billi jipproduċu enzimi biex jikkonvertu l-kolin jew kostitwenti tad-dieta għal TMA [33,37,38]. Iż-żieda fil-batterja tal-musrana li tipproduċi TMA, jiġifieri, Clostridium spp., tappoġġja l-elevazzjoni tal-metaboliti TMA fil-kliewiu l-awrina tal-firien ittrattati bl-MSG. Barra minn hekk, il-konsum tal-MSG naqqas il-popolazzjoni tal-Bififidobacterium, batterju probijotiku li għandu rwoli importanti fl-omeostasi u s-saħħa tal-imsaren [39]. Karboidrati sempliċi u diġestibbli bħal lattożju u sukrożju huma metabolizzati fil-passaġġ gastrointestinali ta' fuq (GI) mill-ospitanti u batterji bħal lactobacilli. Madankollu, karboidrati mhux diġestibbli, jiġifieri, fibra tad-dieta, huma metabolizzati fil-passaġġ GI t'isfel mill-membri tal-mikrobijota tal-musrana, inkluż Bififidobacterium. Dieta b'kontenut għoli ta 'xaħmijiet saturati u zokkor sempliċi iżda mnaqqsa minn fibra tad-dieta bħal dieta ta' stil tal-Punent tista 'tikkontribwixxi għal numru aktar baxx ta' batterji ta 'benefiċċju [40]. It-tnaqqis ta 'Bififidobacterium, batterju tajjeb, ġie rrappurtat f'mard infjammatorju kroniku bħall-obeżità [41], l-epatite B [42], u d-dijabete [43,44]. L-effett tal-konsum tal-MSG fuq il-mikrobijota tal-musrana fil-bnedmin kien irrappurtat aktar kmieni mingħajr ebda tibdil sinifikanti fil-kompożizzjoni tal-mikrobi meta mqabbel mal-linja bażi [45]. L-impatt baxx ta 'MSG fuq il-mikrobijota tal-musrana f'dan l-istudju jista' jkun dovut għad-doża baxxa ta 'supplimentazzjoni ta' MSG (2 g / jum), peress li l-konsum medju ta 'MSG kuljum fl-osservazzjoni tagħna huwa 4 g / jum [3]. Sibna li kull 1 g ta 'teħid ta' MSG kuljum żied ir-riskju li jkollok sindromu metaboliku. Għalkemm il-mekkaniżmu tal-konsum tal-MSG li jwassal għal mard metaboliku mhuwiex stabbilit, it-tnaqqis ta 'Bififidobacterium f'annimali kkurati b'MSG jista' jkun ħjiel. B'koinċidenza, it-tnaqqis tal-Bififidobacterium fil-firien ittrattati bl-MSG misjub fl-istudju preżenti huwa simili għal dak tal-firien b'defiċjenza ta 'vitamina B6 [46]. L-istudju intensiv ta 'kif l-MSG inaqqas il-batterja tajba u jibdel l-istatus tal-vitamina B6 jeħtieġ aktar investigazzjoni.
Aħna wrejna li l-konsum ta 'MSG indott epatiku urenalibidliet metaboliċi involuti fil-glukoneġenesi u aċidu amminiku b'katina ramifikata, vitamina B6 u metaboliżmu TMA, akkumpanjati minn bidliet fil-kompożizzjoni tal-mikrobijota tal-musrana. Dawn l-osservazzjonijiet jissuġġerixxu li l-mogħdijiet metaboliċi mibdula jistgħu jkunu assoċjati ma 'effetti negattivi ta' konsum fit-tul ta 'MSG, speċjalment fuq il-fwiedukliewi.