Naatriumglutamaat kutsub esile muutused Wistari rottide maksa ja neerude metaboolsetes profiilides ja soolestiku mikrobioomis
Feb 22, 2022
Abstraktne:Mononaatriumglutamaadi (MSG) lühi- ja pikaajaline tarbimine suurendab uriini pH-d, kuid mõjutab maksa ainevahetusradasid, neerud ja soolestiku mikrobiota on teadmata. Selle probleemi lahendamiseks uurisime täiskasvanud isaseid Wistari rotte, kes said 2 nädala jooksul joogivett 1 g protsendilise MSG-ga või ilma (mõlemad n=10). Tegime tuumamagnetresonantsi (NMR) spektroskoopial põhineva tühisoole metaboolse uuringu,maksjaneerud, samal ajal kui bakteriaalse DNA ekstraheerimiseks koguti väljaheiteproovid, et uurida soolestiku mikrobioota, kasutades 16S rRNA geeni järjestust. Me täheldasime olulisi muutusimaksMSG-ga ravitud rottidel võrreldes kontrollrühmaga glükoosi, püridoksiini, leutsiini, isoleutsiini, valiini, alaniini, kinurenaadi ja nikotiinamiidi tasemete osas. hulgasneerudpärast MSG-ravi tõusis trimetüülamiini (TMA) tase ja vähenes püridoksiin. 16S rRNA geeni sekveneerimine näitas, et MSG-ga ravitud rottidel oli suurenenud Firmicutes, TMA metabolismiga seotud soolestiku bakterid, koos vähenenud Bififidobacterium liikidega. Meie andmed toetavad MSG tarbimise mõjumaksjaneerudainevahetus. Tuginedes soolestiku mikrobioomi muutustele, oletame, et TMA ja selle metaboliidid, nagu trimetüülamiin-N-oksiid (TMAO) võivad olla MSG mõju vahendajadneerude tervis.
Märksõnad:naatriumglutamaat; soolestiku mikrobiota; metaboolne rada; metaboloomika; mikrobioom; trimetüülamiin; Neer; Maks
SissejuhatusNaatriumglutamaati (MSG) lisatakse toidule tavaliselt maitseomaduste suurendamiseks, eriti Aasia köögis ja tööstuslikult töödeldud toitudes [1]. Toidu- ja ravimiamet (FDA) [2] peab MSG-d inimtoiduks ohutuks koostisosaks, hoolimata selle kogusest, hoolimata hiljutistest andmetest, mis näitavad, et keskmine MSG päevane tarbimine on 3–4 g ja iga täiendav MSG gramm suurendab riski. metaboolse sündroomi tekkest [3]. Suurenenud MSG kogust toidus seostatakse ülekaalulisuse [4, 5] ja hüpertensiooniga [6], kuid tulemused on ebajärjekindlad [7, 8].
MSG mõju loomade metaboolsetele organitele on püütud paljastada kas parenteraalse [9, 10] või suukaudse manustamise [11, 12] abil. Ühes sellises katses uurida MSG mõju rottidelneerud, näitasid tulemused, et nii lühiajaline [13] kui ka pikaajaline [11] MSG tarbimine põhjustas rottidel leeliselist uriini, kuigi uriini leelistamise mehhanismi ei ole kindlaks tehtud. Metaboloomika on sageli kasutatav lähenemisviis metaboliitide muutuste määratlemiseks erinevatest tingimustest [14, 15]. Lühiajaline MSG tarbimine põhjustas spetsiifilisi muutusi uriini metaboliitides, sealhulgas dimetüülamiinis (DMA) ja metüülamiinis (MA), mis on trimetüülamiini (TMA) soolestikust saadud metaboliidid. TMA on lenduv lühikese ahelaga alifaatne amiin, mis annab kaladele iseloomuliku lõhna. Tegelikult toodavad soolestiku bakterid TMA-d toidust saadavatest kaladest või võivad seda saada muudest toitainetest, sealhulgas koliinist ja karnitiinist, mida leidub rohkesti munades ja punases lihas [16]. Suurem osa TMA-st muundatakse ensümaatiliselt lõhnatuks trimetüülamiin-N-oksiidiks (TMAO) ja kõrgeid TMAO tasemeid plasmas seostatakse südame-veresoonkonna haigustega (CVD) [17], mis on krooniline.neeruhaigus(CKD) [18] ja diabeet [19].
Me kasutasime siin metaboolika tööriistu, et uurida lühiajalise MSG tarbimise mõju plasma metaboloomile,maks,neerudja soolestikku ning analüüsis metaboolsete tulemuste ja soolestiku mikrobiota muutuste vahelist seost. Meie andmed võivad anda uusi mehaanilisi teadmisi toiduga saadava MSG mõju kohta, näidates samal ajal ka MSG-st põhjustatud elundikahjustuste biomarkereid.
Materjalid ja meetodid
LoomadKakskümmend 6-nädalast isast Wistari rotti (kaaluga umbes 200 g) saadi riiklikust laboriloomade keskusest (Mahidoli ülikool, Salaya, Bangkok, Tai), aklimatiseeriti 2 nädala jooksul individuaalsetes roostevabast terasest metaboolsetes puurides ja seejärel hoitakse standardtingimustes temperatuuri (23 ± 2 ◦C), niiskuse (30–60 protsenti) ja heledusega (350–400 luksi) 12-tunnise pimeduse/12-tunnise valguse tsükliga. Rottidele manustati uuringu ajal kaubanduslikku pelletiteedi nr CP 082 (Perfect Companion Group, Bangkok, Tai). Kõik katsed viidi läbi vastavalt Tai Khon Kaeni ülikooli kirde laboratoorsete loomade keskuse (NELAC) juhistele. Lisaks kiitis uuringu heaks Tai Khon Kaeni ülikooli loomaeetika komitee (AEKKU-NELAC5/2558).
ReaktiividLoomade söötmiseks kasutati puhast toidukvaliteediga (99 protsenti) MSG-d (Ajinomoto, Tokyo, Jaapan). Kaubandusliku kvaliteediga metanool ja kloroform osteti ettevõttelt RCI LABSCAN LIMITED (Bangkok, Tai) kudede ekstraheerimiseks, LC-MS-kvaliteediga vesi osteti firmalt Merck (Darmstadt, Saksamaa), kaaliumdivesinikfosfaat (KH2PO4) ja deuteeriumoksiid (D2O) Merckist (Darmstadt, Šveits), naatriumasiidi (NaN3) tootis Euroopa Kemikaaliagentuur (ECHA, Helsingi, Soome), naatriumtrimetüülsilüül-[2,2,3,3-2H4]-propionaati (TSP) , NMR analüüsi sisestandard, saadi ettevõttest Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz CA, USA). Massispektromeetria jaoks osteti kaubandusliku kvaliteediga isopropanool (C3H8O) ja sipelghape (CH2O2) ettevõttelt RCI LABSCAN LIMITED (Bangkok, Tai).
Eksperimentaalne disainRotid määrati juhuslikult saama joogivett kas (n=10) või ilma (n=10) 1 g protsenti MSG-ga 2 nädala jooksul. Loomkatsetes kasutati pöördosmoosi (RO) vett (kloori kontsentratsioon 3–4 ppm), kui kõigil rottidel oli vaba juurdepääs toidule. Registreeriti päevane vee (ml) ja toidu (g) tarbimine, samuti nädalane kehakaal (g). 24 eritumist uriiniga (ml/rott/päevas) registreeriti kogu uuringuperioodi vältel. Väljaheite ja saba vereproovid (100 µl plasmat) koguti 2 nädalat enne loomade surmamist, kasutades süsinikdioksiidi (CO2) pärast 12- tundi tühja kõhuga. koeproovid, st tühisool,maksjaneerud,koguti ja külmutati vedelas lämmastikus enne säilitamist temperatuuril t80 ◦C kuni analüüsimiseks.
Proovi ettevalmistamine ja analüüsIga kude (100 mg märgmassi) kasutati metaboliitide ekstraheerimiseks vastavalt varem avaldatud protokollidele [20]. Enne NMR-i omandamist resuspendeeriti koeekstraktide polaarne faas 580 µl NMR puhvris (100 mM naatriumfosfaatpuhver, pH 7,4, D2O-s, mis sisaldas 0,1 mM TSP-d ja 0,2 protsenti NaN3), segati lühiajaliselt keerisega ja tsentrifuugiti 12,000× g 5 minuti jooksul temperatuuril 4 ◦C. Seejärel viidi 550 ui segu enne NMR-analüüsi NMR-klaastorusse (Duran Group, Mainz, Saksamaa), mille välisläbimõõt oli 5 mm. Ligikaudu 250 mg väljaheiteid segati 500 µl HPLC-puhta veega (Merck, Darmstadt, Saksamaa) ja homogeniseeriti vortex-segistiga kiirusel 2500 p/min 15 minutit toatemperatuuril. Seejärel tsentrifuugiti väljaheidete suspensiooni kiirusel 12,000 × g 15 minutit temperatuuril 4 °C ja 540 µL supernatanti kanti üle puhastesse 1,5 ml mikrotuubidesse ja 60 µL NMR puhvrit (1,5 M KH2PO4 puhver, pH 74). Lisati 2 mM TSP-d ja 1 protsenti NaN3 sisaldav lahus D2O-s. Järgmisena keerutati tuube korraks keerisega, tsentrifuugiti 12,000 × g juures 10 minutit ja lõpuks viidi 580 µl segu analüüsimiseks 5 mm välisläbimõõduga NMR klaastorusse.
Koeekstrakte ja väljaheidete proove analüüsiti 400 MHz NMR spektromeetriga (Bruker Biospin, Rheinstetten, USA) temperatuuril 298,15 K. Spektrid viidati TSP piigile (δ1H { {14}}.00), etapiviisiline ja baasjoon korrigeeritud MATLAB-iga (Mathworks, Natrick, MA USA). TSP piigi (δ1H H1.{8}}–0,005) signaal kõikidest kudedest ja TSP piigi (δ1H H1,20–0,157) signaal väljaheitest eemaldati. Lisaks eemaldati tühisoolest veepiik (δ1H 4,50 ja 5,20),maks(δ1H 4,68 ja 5.00),neerud(δ1H 4,31 ja 5,74) ja väljaheited (δ1H 4,18 ja 5,23). Veelgi enam, töötlemata spektrid allutati piikide joondamisele ja normaliseerimisele [21]. Kõigi proovide spektraalandmeid analüüsiti, kasutades järelevalveta põhikomponentide analüüsi (PCA) ja kontrollitud ortogonaalse signaali korrektsiooni-projektsiooni varjatud struktuuridele-diskriminantanalüüsi (O-PLS-DA). Andmed olid keskmise kesksed ja skaleeritud ühiku dispersiooniga (UV). O-PLS-DA mudeleid hinnatakse R2X, R2Y ja Q2Y väärtuste järgi, mis esindavad vastavalt Y-maatriksi sobivust, dispersioonide osa ja mudeli prognoosimisvõimet [22]. Ülepaigutamise vältimiseks viidi läbi 7-kordne ristvalideerimine 500 korduse korral. Mudeli kehtivuse näitamiseks kasutati permutatsiooni p-väärtust. Iga kehtiva mudeli olulised muutujad valiti O-PLS-DA korrelatsioonikoefitsientide kaudu Benjamini-Hochbergi valetuvastussageduse korrektsiooniga (p < 0,05).="" metaboliitide="" identifitseerimiseks="" kasutati="" statistilist="" totaalset="" korrelatsioonispektroskoopiat="" (stocsy)="" [23],="" ettevõttesiseseid="" keemiliste="" nihkete="" andmebaase="" ja="" human="" metabolome="" database'i="" (hmdb="" versioon="" 4,="" usa)="">
Raja rikastamise analüüs viidi läbi ka kasutades MetaboAnalyst (http://www. metaboanalyst.ca/ (juurdepääs 14. juulil 2020)) [25]. Metaboolse raja illustratsiooni genereeris Cytoscape [26]. Metaboliitide muutused tuvastati STOCSY abil ja ühemõõtmeline analüüs viidi läbi, uurides oluliselt diferentseerunud metaboliitide suhtelist kontsentratsiooni, arvutades spektri piikide integratsiooni. Vastavalt p-väärtusele, mis on arvutatud Studenti t-testiga, kasutades programmi GraphPad Prism 7 (Ver. 7, GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA, USA).
Plasmaproovi ettevalmistamine UHPLC-ESI-QTOF-MS analüüsi jaoksPlasma (50 µL) segati 150 µL isopropanooliga (IPA), millele järgnes valgu sadestamiseks 24- h inkubeerimine 20 ◦C juures. Kõiki proove tsentrifuugiti kaks korda temperatuuril 13,000 × gat 4 ◦C 10 minutit. Igast proovist võeti kokku 50 µl ja ühendati 1,5 ml mikrotsentrifuugi katseklaasis kvaliteedikontrolli (QC) proovi konstrueerimiseks ja 120 µl igast proovisegust kanti üle HPLC klaasist sisestusse.
UHPLC-ESI-QTOF-MS analüüsUHPLC-ESI-QTOF-MS analüüsi kasutati Khon Kaeni ülikooli rahvusvahelises fenomenilaboris (KKUIPL). Proovide vesifaasi ekstrakte analüüsiti pöördfaasiplatvormil. Eraldamisosa viidi läbi UHPLC-süsteemiga (Bruker, Darmstadt, Saksamaa), kui Brukeri intensiivsusega soolo-HPLC C18 2.1 × 100 mm, 2 µm kolonn (Bruker, Darmstadt, Saksamaa) kasutati. Kolonni temperatuur määrati 55 ◦C ja automaatse proovivõtturi temperatuur 4 °C. Mobiilne faas A oli 10{{20}} protsenti HPLC puhtusastmega vett koos 0,1 protsendi sipelghappega (FA) ja liikuv faas B oli 10 {{30}} protsenti metanooli 0,1 protsenti FA-ga. Voolukiiruseks määrati 0,4 ml/min ja elueerimise gradiendiks määrati –99,9 protsenti A (0.{{40}}–2.{{46) }} min, 0,25 ml/min), 99,9–75 protsenti A (2.0–10.0 min, 0. 4 ml/min), 2{{60}} protsenti A (10,0–12,0 min, 0,4 ml/min), 10 protsenti A (12,0–21,0 min, 0,4 ml/min) min), 0,1 protsenti A (21,0–23,0 min, 0,4 ml/min), 99,9 protsenti A (24,0–26,0 min, 0,4 ml/min). Nii positiivse kui ka negatiivse ionisatsiooni polaarsuse režiimide jaoks kasutati proovi süstimismahtu 4 µl.
Massispektromeetria analüüsid viidi läbi kompaktse ESI-Q-TOF süsteemi abil (Bruker, Darmstadt, Saksamaa). Naatriumformiaat (HCOONa), mis sisaldas 2 mM naatriumhüdroksiidi, 0,1 protsenti FA-d ja 50 protsenti IPA-d, süstiti otse välise kalibrandina voolukiirusega 0,5 µL/min. Positiivse ionisatsiooni polaarsusega režiim – massivahemik 50–1300 m/z, koonuspinge 31 V, kapillaarpinge 4500 V, lähtetemperatuur 220 ◦C, desolvatseerimistemperatuur 220 ◦C, desolvatseerimisgaasi vool 8 l/min. Negatiivse ionisatsiooni polaarsusrežiimi tingimused – m/z vahemik: 50–900 m/z, koonuspinge 31 V, kapillaarpinge 4500 V, lähtetemperatuur 220 ◦C, desolvatseerimistemperatuur 220 ◦C, desolvatseerimisgaasi vool 8 L/min.
Soolestiku mikrobioomi analüüsDNA ekstraheeriti, kasutades QiAamp® PowerFecal® Pro DNA komplekti (Qiagen, Hilden, Saksamaa). Ekstraheeritud DNA mõõdeti OD 260/280 juures, kasutades spektrofotomeetrit Nanodrop2000c (Thermo Scientifific, Waltham, MA, USA). Kogu ekstraheeritud DNA säilitati analüüsideni temperatuuril t20 ◦C. Iga proovi 16S ribosomaalse RNA (rRNA) geeni V3-V4 piirkond amplifitseeriti, kasutades universaalset päripraimerit V3 (50-CCTACGGGNGG CWGCAG-30) ja pöördpraimerit V4 ({ {11}}GACTACHVGGGTATCTAATCC-30). PCR reaktsioon koosnes 2x KAPA HiFi HotStart ReadyMixist, 12,5 ng DNA matriitsist ja 5 µM igast praimerist, mille esialgne denatureerimine 95 °C juures 3 minutit, millele järgnes 25 denatureerimistsüklit temperatuuril 95 °C 30 sekundit, anniilimine 55 °C juures. C 30 s, pikendamine 72 ◦ C 30 s ja lõplik pikendamine 72 ◦ C juures 10 minutit. Agilent DNA 1000 kiip ja Agilent 2100 bioanalüsaator (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA) ühendati amplifitseeritud produkti kvantifitseerimiseks. PCR amplikonid puhastati, kasutades puhastamiseks AMPure XP helmeid. Osaline 16S rRNA geen sekveneeriti Illumina MiSeq platvormi (Illumina Inc., San Diego, CA, USA) abil.
16S rRNA sekveneerimisraamatukogu valmistati genoomse DNA (gDNA) abil ja sobivad paarisotsad järjestused liideti FLASH-i abil (http://ccb.jhu.edu/software/FLASH/ (juurdepääs 29. juunil 2020)) [27] . Kvaliteetne filtreerimine eemaldas madala kvaliteediga lugemisi sisaldavad järjestused ja see viidi läbi CD-HIT-OTU (http://weizhong-lab.ucsd.edu/cd-hit-otu (juurdepääs 29. juunil 2020)) [28] ja rDnaToolsi abil. pakett. OTU-d (operatiivsed taksonoomilised üksused) klassifitseeriti 97-protsendilise läveidentiteediga, kasutades UCLUST-i algoritmi, mis põhines 100-protsendilisel sarnasusel. Järjestused, mille sarnasus on suurem või võrdne 97 protsendiga, määrati samale OTU-le. Tüüpilised OTU järjestused joondati ja klassifitseeriti taksonoomiliselt, kasutades Ribosomal Database Project (RDP) ja võrreldi NCBI võrdlusandmebaasidega. Klassifikatsioon põhineb roheliste geenide andmebaasil (http://greengenes.lbl. gov/ (vaadatud 29. juunil 2020)). Lugemiste klassifikatsiooni väljund mitmel taksonoomilisel tasemel – kuningriik, varjupaik, klass, järjekord, perekond, perekond ja liik, kasutades kvantitatiivset ülevaadet mikroobiökoloogiast (QIIME) [29].
Statistiline analüüsToidu ja vee tarbimise, uriinikoguse ja kehamassi statistiline analüüs esitati keskmise ± SD-na loomarühma kohta ning rühmadevahelisi erinevusi võrreldi statistilise olulisuse osas Studenti t-testiga, mille p-väärtus < {{2} },05 loetakse statistiliselt oluliseks.
Tulemused
MSG MÕJU toidu- ja veetarbimisele, kehakaalule ja uriinikoguseleMSG-ga ravitud rottidel ja kontrollrottidel oli sarnane toidukogus (vastavalt 17,44 ± 1,94 ja 18,46 ± 1,37 g roti kohta päevas) (joonis 1A) ja kehakaal (vastavalt 333,58 ± 17,23 ja 333,80 g/t, 50 ± 15 g/t). (Joonis 1B). Kuid vee tarbimine oli MSG-ga ravitud rottidel oluliselt suurem (52,38 ± 18,36 ml päevas) võrreldes kontrollidega (38,38 ± 8,39 ml päevas) (joonis 1C). Nii MSG-ga ravitud kui ka kontrollrühmades kaldus uriini eritumine aja jooksul suurenema, kuigi olulist suurenemist täheldati ainult MSG-ga ravitud rottidel (15,42 ± 3,92 ml/rott/päevas eeltöötlemisel ja 29,09 ± 8,78 ml/rott/päev). päeval pärast ravi). Samuti, kuigi see ei olnud statistiliselt oluline, oli MSG-ga ravitud rottide uriinieritus (29,09 ± 8,78 ml roti kohta päevas) ilmselt suurem kui kontrollrühmal (23,15 ± 10,55 ml roti kohta päevas) (joonis 1D).
Metaboolsed muutused metaboolselt olulistes organitesKogutud koeproovide NMR-spektreid analüüsiti pärast kahenädalast MSG-ravi. NMR spektriandmete PCA viidi algselt läbi, et jälgida mis tahes ilmset klastrit ja kõrvalekaldeid (joonis 2). Selget klasterdamist ja täielikku eraldumist täheldati maksa metaboliitide profiilides kontrollrühma ja MSG-ga ravitud rühma vahel permutatsiooni p-väärtusega 0.002, R2X 58 protsenti, Q2Y on 0,84 ja R2Y on 0,93, mis on illustreeritud PCA ja O-PLS-DA skoori graafikutel (joonis 2A, B). Tüüpiline OPLS-ile vastav koefitsiendi laadimisgraafik koos metaboliitide määramisega on esitatud joonisel 3 koos märkimisväärsemaksjoonisel fig 3A näidatud mudelid; kõik olulised muutused metaboliitides on kokku võetud tabelis 1. Maksas leiti MSG-ga ravitud rühmas kuue metaboliidi, sealhulgas glükoosi, püridoksiini, 2-desoksüuridiini, inosiin, 1 ja 2, kõrgemad tasemed, samas kui 11 metaboliiti , nimelt leutsiini, isoleutsiini, valiini, alaniini, N-atsetüülglükoproteiini, atsetooni, 1,3-dimetüüluraadi, histamiini, ksantiini, kinurenaadi ja nikotiinamiidi sisaldused olid kontrollrühmas oluliselt kõrgemad. PCA skoori diagramm põhinebneeru-metaboliidid (joonis 2C) ei näidanud selget rühmitust kahe rühma vahel ja O-PLS-DA mudel oli statistiliselt oluline permutatsiooni p-väärtusega 0.018, R2X 56 protsenti, Q2Y 0,29 ja R2Y 0,74 (joonis 2D). aastal leiti kaks muutunud metaboliitineerukudedmärkimisväärselt kõrgema trimetüülamiini tasemega ja oluliselt madalama püridoksiinisisaldusega MSG-ga ravitud rühmas võrreldes kontrollidega (joonis 3B). Seevastu jejunumi (joonis 2E, F), väljaheidete ja plasma (joonis 2 ja joonis S1) tulemused ei näidanud PCA ja O-PLS-DA skoorigraafikutel näidatud ravi- ja kontrollrühmade vahel rühmitamist.
Oluliste metaboliitide korrelatsiooniteedmaksjaneerukudeduuriti KEGG ID-de abil ja genereeriti Cytoscape tarkvara abil. Leiti, et metaboliidid seovad metaboolse võrgu. Kui need tulemused kombineeriti metaboolsete radade kaardi koostamiseks, et illustreerida intuitiivsemat korrelatsiooni, selgus, et metaboliidid on peamiselt seotud metaboolsete radadega, nagu maksa glükoneogenees, hargnenud ahelaga aminohapped, vitamiin B6 ja trimetüülamiini metabolism. Joonis S3).
MSG tarbimine muudab soolestiku mikrobioomiFekaalide bakterikoostise analüüsi tulemused näitasid kõigist loomarühmadest seitset sugukonda, 15 klassi, 19 seltsi, 46 perekonda, 127 perekonda ja 22{10}} liiki. Valiti välja 7–10 parimat liiki ja genereeriti bakterikoosluste suhteline arvukus hõimkonna, klassi, järjekorra, perekonna, perekonna ja liigi tasemel (joonis 4). Varjupaiga tasandil olid neli suurimat suhteliselt rikkalikku hõimkonda järgmises järjestuses - Firmicutes > Bacteroidetes > Proteobacteria > Actinobacteria kõigil loomadel (joonis 4A). Aktinobakterite arvukus oli MSG-ga ravitud rottidel oluliselt madalam (0,30 protsenti) kui kontrollrottidel (1,32 protsenti) (joonis 5A).
Klassi tasemel oli kõigi loomade kõige rikkalikum mikrobiota Bacilli> Clostridia> Bacterodia> Erysipelotrichia (joonis 4B). MSG-ga ravitud rühmas oli Clostridia arv märkimisväärselt kõrgem (31,59 protsenti) kui kontrollrühmal (19,25 protsenti). Kuid MSG-ga ravitud rottidel oli aktinobakterite arv oluliselt väiksem (0,15 protsenti) kui kontrollrottidel (1.09 protsenti) (joonis 4B). Järjekorra tasemel tõlgendamisel oli Lactobacilalles, Clostridiales, Bacteroidales, Erysipelotrichales kõigil loomadel rohkesti (joonis 4C). Clostridiales oli MSG-ga ravitud rottidel märkimisväärselt kõrgem (31,59 protsenti) kui kontrollrottidel (19,25 protsenti), samas kui bififidobakterid olid MSG-ga ravitud rottidel oluliselt madalamad (0,06 protsenti) võrreldes kontrollrottidega (1,06 protsenti).
Neli kõige arvukamat perekonda, mida tavaliselt täheldati kõigil katseloomadel, olid järgmises järjekorras - Lactobacillaceae> Erysipelotrichaceae> Clostridiaceae> Prevotellaceae (joonis 4D). Perekonna tasandil oli Bififidobacteriaceae märkimisväärselt madalam, kuid identifitseerimata Clostridiales oli MSG-ga ravitud rottidel märkimisväärselt kõrgem võrreldes kontrollrottidega. Kõigil loomadel täheldatud nelja suurima perekonna suhteline arvukus oli järgmises järjekorras – Lactobacillus > Turicibacter > Prevotella < clostridium="" (joonis="" 4e).="" suhtelise="" arvukuse="" soojuskaart="" perekonna="" tasandil="" näitas="" lactobacillus'e="" madalamat="" arvukust="" ja="" suuremat="" clostridium'i="" arvukust="" msg-ga="" töödeldud="" rottidel="" (joonis="" 5b).="" lisaks="" täheldati="" bififidobakterite="" väiksemat="" arvukust="" ka="" msg-ga="" ravitud="" rottidel="" (0,06="" protsenti)="" võrreldes="" kontrollrottidega="" (1,06="">
Liigitasandil olid neli esimest kõigi rottide puhul levinud soolestiku bakteriliiki järjekorras Lacto bacillus intestinalis, Turicibacter sanguinis, Clostridium saudiense ja Muribaculum intestinale (joonis 4F). MSG-ga ravitud rühmas oli Flintibacter butyricus oluliselt rohkem kui kontrollrühmas, samas kui Faecalibaculum rodentium ja Bififidobacterium pseudolongum olid oluliselt vähem levinud.
Arutelu
Mitmed tõendid on järjekindlalt seostanud MSG tarbimist kahjulike mõjudega inimeste tervisele, nagu metaboolse sündroomi [3], ülekaalulisuse [4, 5] ja arteriaalse hüpertensiooni [6] suurem esinemissagedus. Sellegipoolest on andmed mõnel juhul olnud vastuolulised ja nende aluseks olevad mehhanismid jäävad ebaselgeks. Selle probleemi lahendamiseks uurisime MSG tarbimisest põhjustatud kudede metaboolseid muutusi ja soolestiku mikroobide muutusi. Nagu on näidatud joonisel 6, muutis MSG tarbimine maksa glükoneogeneesi, hargnenud ahelaga aminohapete (BCAA) metabolismi, B6-vitamiini ja trimetüülamiini metabolismiga seotud metaboliite. Lisaks pärssis lühiajaline MSG tarbimine Bififidobacterium'i, mida peetakse kasulikuks bakteriks, ja Clostridium'i suhtelist arvukust, mis on seotud TMA ja TMAO tootmisega [30].
Maksas olid metaboliidid, nagu glükoos, püridoksiin (B6), 2-desoksüuridiin, inosiin, tundmatu 1 ja 2, oluliselt kõrgemad MSG-ga ravitud loomadel kui kontrollrühmas, samas kui üheteistkümne metaboliidi (st leutsiin, isoleutsiin, valiin) sisaldus maksas , alaniini, N-atsetüülglükoproteiini, atsetooni, 1,3-dimetüüluraadi, histamiini, ksantiini, kinurenaadi ja nikotiinamiidi) tase oli oluliselt madalam. Esiteks võib kõrgem glükoosisisaldus viidata MSG-ga seotud maksa glükoneogeneesi suurenemisele, mis on kooskõlas varem teatatud kõrge plasma glükoosisisaldusega vastsündinud sigadel, kes saavad MSG lisandeid (1 g/kg kehamassi kohta) [31]. Teiseks, alaniini ja kolme BCAA, sealhulgas valiini, leutsiini ja isoleutsiini, vähenenud tase võib korreleeruda aminohapete katabolismi ja energia metabolismiga, milles nende süsiniku skelette saab kasutada glükoneogeneesi eelkäijatena (alaniin, valiin ja isoleutsiin glükogeensete aminohapeteks). ja energia tootmine trikarboksüülhappe (TCA) tsükli kaudu. Kooskõlas eelmise aruandega leidsime, et leutsiini ja lüsiini, beeta-hüdroksüisovaleraadi ja 5-aminovaleraadi lagunemissaadused olid MSG-ga ravitud rottide uriinis oluliselt kõrgemad [13]. Kolmandaks, kõrgenenud püridoksiini tasemaksja püridoksiin vähenesneerudMSG-ga ravitud rottide uuringud viitasid B6-vitamiini metabolismi muutumisele. Samuti leidsime histamiini, kinurenaadi ja nikotiinamiidi taseme langustmaksMSG-ga ravitud rottidel, mis on B6-sõltuvate ensüümide saadused histidiini ja trüptofaani metabolismis. MSG tarbimise seost B6-vitamiini, histidiini ja trüptofaani metabolismiga tuleb täiendavalt uurida. Neljandaks oli MSG-ga ravitud rottidel kõrgem trimetüülamiini (TMA) taseneerud. TMA sünteesitakse mikroobsete ensüümide toimel toidu koostisosadest, sealhulgas koliinist, L-karnitiinist ja betaiinist [16]. TMA imendub suures osas passiivsel viisil portaalvereringesse ja oksüdeeritakse maksa flflaviini sisaldavate monooksügenaaside (FMO) toimel peamiselt trimetüülamiin-N-oksiidiks (TMAO). Väike osa TMA-st oksüdeeritakse dimetüülamiiniks (DMA) ja metüülamiiniks (MA) ning lõpuks eritub uriiniga [32,33]. Varem teatati DMA ja MA kõrgemast tasemest MSG-ga ravitud rottide uriinis [13]. Mitmed uuringud on näidanud, et kõrgenenud TMA prekursorite, koliini või selle metaboliitide TMAO sisaldus võib põhjustada progresseeruvatneeru-tubulointerstitsiaalne fibroos, südame-veresoonkonna haigused ja kroonilisedneeruhaigus[34–36]. Seetõttu on TMA kõrgenenud taseneerudvõib olla seos MSG tarbimise janeerukahjustus.
Lähtudes täheldatud muutustest TMA-des, uurisime MSG-ga ravitud rottide soolestiku mikrobiotot ja näitasime kahe peamise sugukonna, Firmicutes ja Bacteroidetes, muutusi. MSG-ga ravitud rottidel täheldati Firmicutes'i suuremat arvukust, kuid väiksemat Bacteroidetes'i arvukust. Perekonna tasandil oli MSG-ga ravitud rottidel suurem Clostridium'i tants ning väiksem Lactobacillus'e ja Bififidobacterium'i arvukus. Perekond Clostridium hõlmab rühma Firmicutes kuuluvaid mikroorganisme. Mõned Clostridium spp. on seotud TMA metabolismiga, tekitades ensüüme, mis muudavad koliini või toidu koostisosad TMA-ks [33, 37, 38]. Suurenenud TMA-d tootvad soolebakterid, st Clostridium spp., toetavad TMA metaboliitide tõusu veres.neerudja MSG-ga ravitud rottide uriin. Lisaks vähendas MSG tarbimine Bififidobacterium'i populatsiooni, probiootilist bakterit, millel on oluline roll soolestiku homöostaasis ja tervises [39]. Lihtsaid ja seeditavaid süsivesikuid, nagu laktoos ja sahharoos, metaboliseerivad peremeesorganism ja bakterid, nagu laktobatsillid, seedetrakti ülaosas (GI). Mitteseeditavad süsivesikud, st toidukiudained, metaboliseeritakse aga seedetrakti alumises osas soolestiku mikrobiota liikmete, sealhulgas Bififidobacterium'i poolt. Kõrge küllastunud rasvade ja lihtsuhkrute sisaldusega, kuid kiudainetevaene dieet, näiteks läänelik dieet, võib aidata kaasa kasulike bakterite arvu vähenemisele [40]. Hea bakteri Bififidobacterium vähenemisest on teatatud krooniliste põletikuliste haiguste, nagu rasvumine [41], B-hepatiit [42] ja diabeet [43,44] korral. MSG tarbimise mõjust soolestiku mikrobiootale inimestel teatati varem, ilma et mikroobide koostises ei olnud algtasemega võrreldes olulisi muutusi [45]. MSG väike mõju soolestiku mikrobiootale selles uuringus võib olla tingitud MSG toidulisandi väikesest annusest (2 g päevas), kuna meie vaatluse kohaselt on keskmine päevane MSG tarbimine 4 g päevas [3]. Leidsime, et iga 1 g igapäevane MSG tarbimine suurendas metaboolse sündroomi riski. Kuigi metaboolseid haigusi põhjustava MSG tarbimise mehhanism ei ole kindlaks tehtud, võib Bififidobacterium'i vähenemine MSG-ga ravitud loomadel olla vihje. Juhtumisi on käesolevas uuringus leitud bififidobakterite vähenemine MSG-ga ravitud rottidel sarnane B6-vitamiini vaegusega rottide omaga [46]. Intensiivne uuring selle kohta, kuidas MSG vähendab häid baktereid ja muudab B6-vitamiini seisundit, vajab täiendavat uurimist.
Näitasime, et MSG tarbimine indutseeris maksa- janeeru-metaboolsed muutused, mis on seotud glükoneogeneesi ja hargnenud ahelaga aminohapete, B6-vitamiini ja TMA metabolismiga, millega kaasnevad soolestiku mikrobiota koostise muutused. Need tähelepanekud viitavad sellele, et muutunud metaboolsed rajad võivad olla seotud MSG pikaajalise tarbimise kahjulike mõjudega, eritimaksjaneerud.