Monosodium Glutamat Mendorong Perubahan Profil Metabolik Hepatik Dan Buah Pinggang Serta Mikrobiom Usus Tikus Wistar
Feb 22, 2022
Abstrak:Penggunaan jangka pendek dan jangka panjang monosodium glutamat (MSG) meningkatkan pH air kencing tetapi kesan pada laluan metabolik di hati, buah pinggang dan mikrobiota usus kekal tidak diketahui. Untuk menangani isu ini, kami menyiasat tikus Wistar jantan dewasa yang diperuntukkan untuk menerima air minuman dengan atau tanpa 1 g peratus MSG selama 2 minggu (n=10, setiap satu). Kami melakukan kajian metabolomik berasaskan spektroskopi Resonans Magnetik Nuklear (NMR) jejunum,hati, danbuah pinggang, manakala sampel najis dikumpul untuk pengekstrakan DNA bakteria untuk menyiasat mikrobiota usus menggunakan penjujukan gen rRNA 16S. Kami melihat perubahan ketara dalamhatitikus yang dirawat MSG berbanding dengan kawalan dalam tahap glukosa, piridoksin, leucine, isoleucine, valine, alanin, kynurenate, dan nikotinamida. Antarabuah pinggangmetabolit, tahap trimethylamine (TMA) meningkat, dan pyridoxine dikurangkan selepas rawatan MSG. Penjujukan gen 16S rRNA mendedahkan bahawa tikus yang dirawat MSG telah meningkatkan Firmicutes, bakteria usus yang dikaitkan dengan metabolisme TMA, bersama-sama dengan penurunan spesies Bififidobacterium. Data kami menyokong kesan penggunaan MSG terhadaphatidanbuah pinggangmetabolisme. Berdasarkan perubahan mikrobiom usus, kami membuat spekulasi bahawa TMA dan metabolitnya seperti trimethylamine-N-oxide (TMAO) mungkin menjadi mediator kesan MSG padakesihatan buah pinggang.
Kata kunci:monosodium glutamat; mikrobiota usus; laluan metabolik; metabolisme; mikrobiom; trimethylamine; buah pinggang; hati
pengenalanMonosodium glutamat (MSG) biasanya ditambah kepada makanan untuk meningkatkan kelazatan, terutamanya dalam masakan Asia dan makanan yang diproses secara industri [1]. MSG dianggap sebagai bahan selamat untuk penggunaan manusia tanpa mengira jumlahnya oleh Food and Drug Administration (FDA) [2] walaupun data terkini menunjukkan purata pengambilan MSG harian adalah 3-4 g dan setiap gram tambahan MSG meningkatkan risiko. membangunkan sindrom metabolik [3]. Jumlah MSG diet yang tinggi dikaitkan dengan berat badan berlebihan [4,5] dan hipertensi [6], tetapi hasilnya tidak konsisten [7,8].
Percubaan telah dibuat untuk mendedahkan kesan MSG pada organ metabolik haiwan sama ada secara parenteral [9,10] atau pengambilan oral [11,12]. Dalam salah satu usaha untuk menyiasat kesan MSG dalam tikusbuah pinggang, keputusan menunjukkan bahawa kedua-dua penggunaan MSG pendek [13] dan jangka panjang [11] menyebabkan air kencing beralkali pada tikus, walaupun mekanisme pengalkalian air kencing tidak ditubuhkan. Metabolomik adalah pendekatan yang biasa digunakan untuk menentukan perubahan dalam metabolit daripada pelbagai keadaan [14,15]. Penggunaan MSG jangka pendek menyebabkan perubahan spesifik dalam metabolit kencing termasuk dimethylamine (DMA) dan methylamine (MA), yang merupakan metabolit yang berasal dari usus daripada trimethylamine (TMA). TMA ialah amina alifatik rantai pendek yang tidak menentu yang memberikan ciri bau fifish. Malah, bakteria usus menghasilkan TMA daripada fifish diet atau ia boleh dihasilkan daripada nutrien lain termasuk kolin dan karnitin, yang banyak terdapat dalam telur dan daging merah [16]. Bahagian utama TMA ditukar secara enzimatik kepada trimethylamine-N-oxide (TMAO) yang tidak berbau, dan paras plasma TMAO yang tinggi dikaitkan dengan penyakit kardiovaskular (CVD) [17], kronik.penyakit buah pinggang(CKD) [18] dan diabetes [19].
Kami di sini mengambil kesempatan daripada alat metabolomik untuk menyiasat kesan penggunaan MSG jangka pendek pada metabolom plasma,hati,buah pinggangdan usus, dan menganalisis korelasi antara hasil metabolisme dan perubahan mikrobiota usus. Data kami mungkin memberikan pandangan mekanistik baharu tentang kesan MSG pemakanan sambil turut menunjukkan biomarker kerosakan organ yang disebabkan oleh MSG.
Bahan dan Kaedah
HaiwanTikus Wistar jantan berusia dua puluh 6-minggu (berat kira-kira 200 g) diperoleh daripada Pusat Haiwan Makmal Kebangsaan (Universiti Mahidol, Salaya, Bangkok, Thailand), disesuaikan dalam sangkar metabolik keluli tahan karat individu selama 2 minggu dan kemudian dikekalkan di bawah keadaan standard suhu (23 ± 2 ◦C), kelembapan (30–60 peratus ) dan kecerahan (350–400 Lux) 12 jam kitaran cahaya gelap/12 jam. Tikus telah dibekalkan dengan diet pelet komersial No. CP 082 (Kumpulan Sahabat Sempurna, Bangkok, Thailand) semasa kajian. Semua eksperimen dilakukan mengikut garis panduan Pusat Haiwan Makmal Timur Laut (NELAC), Universiti Khon Kaen, Thailand. Selain itu, kajian itu telah diluluskan oleh Jawatankuasa Etika Haiwan Universiti Khon Kaen, Thailand (AEKKU-NELAC5/2558).
ReagenGred makanan tulen (99 peratus) MSG (Ajinomoto, Tokyo, Jepun) digunakan untuk memberi makan haiwan. Metanol dan kloroform gred komersial dibeli dari RCI LABSCAN LIMITED (Bangkok, Thailand) untuk pengekstrakan tisu, air gred LC-MS dibeli dari Merck (Darmstadt, Jerman), kalium dihidrogen fosfat (KH2PO4) dan deuterium oksida (D2O) dibeli. daripada Merck (Darmstadt, Switzerland), natrium azida (NaN3) dihasilkan oleh Agensi Bahan Kimia Eropah (ECHA, Helsinki, Finland), natrium trimetilsilyl-[2,2,3,3-2H4]-propionat (TSP) , standard dalaman untuk analisis NMR, diperoleh daripada Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz CA, USA). Untuk spektrometri jisim, isopropanol gred komersial (C3H8O) dan asid formik (CH2O2) telah dibeli daripada RCI LABSCAN LIMITED (Bangkok, Thailand).
Reka bentuk eksperimenTikus ditugaskan secara rawak untuk menerima air minuman sama ada dengan (n=10) atau tanpa (n=10) 1 g peratus MSG selama 2 minggu. Air osmosis songsang (RO) telah digunakan (kepekatan klorin 3-4 ppm) untuk kajian haiwan apabila semua tikus mempunyai akses percuma kepada makanan. Pengambilan harian air (ml) dan makanan (g) direkodkan, serta berat badan mingguan (g). 24 perkumuhan hurinari (ml/tikus/hari) direkodkan sepanjang tempoh kajian. Sampel darah najis dan ekor (100 µL plasma) dikumpul pada 2 minggu sebelum pengorbanan haiwan menggunakan karbon dioksida (CO2) selepas 12-h berpuasa. Sampel tisu, iaitu, jejunum,hatidanbuah pinggang,telah dikumpulkan dan dibekukan dalam nitrogen cecair sebelum disimpan pada t80 ◦C sehingga digunakan untuk analisis.
Penyediaan dan Analisis SampelSetiap tisu (100 mg jisim basah) telah digunakan untuk pengekstrakan metabolit mengikut protokol yang diterbitkan sebelum ini [20]. Sebelum pemerolehan NMR, fasa kutub ekstrak tisu digantung semula dalam penimbal NMR 580 µL (penampan natrium fosfat 100 mM, pH 7.4, dalam D2O, mengandungi 0.1 mM TSP dan 0.2 peratus NaN3), dipusingkan sebentar, dan disentrifugasi pada 12,000× g selama 5 minit pada 4 ◦C. Selepas itu, 550 µL campuran dipindahkan ke tiub kaca NMR (Kumpulan Duran, Mainz, Jerman) dengan diameter luar 5 mm sebelum analisis NMR. Kira-kira 250 mg najis dicampur dengan 500 µL air gred HPLC (Merck, Darmstadt, Jerman) dan dihomogenkan menggunakan pengadun vorteks dengan kelajuan 2500 rpm selama 15 minit pada suhu bilik. Suspensi najis kemudiannya disentrifugasi pada 12,000 × g selama 15 minit pada 4 ◦C dan 540 µL supernatan dipindahkan ke dalam mikrotiub 1.5 mL bersih, dan 60 µL penimbal NMR (penimbal 1.5 M KH2PO4, pH 7. , dalam D2O, mengandungi 2 mM TSP dan 1 peratus NaN3) telah ditambah. Seterusnya, tiub-tiub itu dipusingkan sebentar, disentrifugasi pada 12,000 × g selama 10 minit, dan secara fifina, 580 µL campuran dipindahkan ke tiub kaca NMR diameter luar 5 mm untuk analisis.
Ekstrak tisu dan sampel najis dianalisis menggunakan spektrometer 400 MHz NMR (Bruker Biospin, Rheinstetten, USA) pada suhu 298.15 K. Spektrum dirujuk kepada puncak TSP (δ1H { {14}}.00), berperingkat dan garis dasar dibetulkan menggunakan MATLAB (Mathworks, Natrick, MA USA). Isyarat puncak TSP (δ1H H1.000–0.005) daripada semua tisu dan puncak TSP (δ1H H1.20–0.157) daripada najis telah dikeluarkan. Di samping itu, puncak air telah dikeluarkan dari jejunum (δ1H 4.50 dan 5.20),hati(δ1H 4.68 dan 5.00),buah pinggang(δ1H 4.31 dan 5.74) dan najis (δ1H 4.18 dan 5.23). Selain itu, spektrum mentah tertakluk kepada penjajaran puncak dan normalisasi [21]. Data spektrum semua sampel dianalisis menggunakan analisis komponen utama (PCA) tanpa pengawasan dan unjuran pembetulan isyarat ortogonal yang diselia kepada analisis struktur terpendam-diskriminasi (O-PLS-DA). Data adalah berpusat min dan berskala dengan varians unit (UV). Model O-PLS-DA dinilai oleh nilai R2X, R2Y dan Q2Y, masing-masing mewakili fifitness, pecahan varians matriks Y, dan keupayaan ramalan model [22]. Untuk mengelakkan over-fifitting, 7-pengesahan silang kali ganda telah dilakukan untuk 500 ulangan. Nilai p pilih atur digunakan untuk menunjukkan kesahan model. Pembolehubah penting bagi setiap model yang sah telah dipilih melalui pekali korelasi O-PLS-DA dengan pembetulan kadar penemuan palsu Benjamini-Hochberg (p <0.05). spektroskopi="" jumlah="" korelasi="" statistik="" (stocsy)="" [23],="" pangkalan="" data="" anjakan="" kimia="" dalaman="" dan="" pangkalan="" data="" metabolom="" manusia="" (hmdb="" versi="" 4,="" amerika="" syarikat)="" [24]="" telah="" digunakan="" untuk="" pengenalpastian="">
Analisis pengayaan laluan juga dijalankan menggunakan MetaboAnalyst (http://www. metaboanalyst.ca/ (diakses pada 14 Julai 2020)) [25]. Ilustrasi laluan metabolik dihasilkan oleh Cytoscape [26]. Perubahan dalam metabolit telah dikenal pasti oleh STOCSY dan analisis univariat dilakukan dengan menyiasat kepekatan relatif metabolit berbeza yang ketara, mengira integrasi puncak spektrum. Mengikut nilai-p yang dikira oleh ujian-t Pelajar menggunakan GraphPad Prism 7 (Ver. 7, GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA, USA).
Penyediaan Sampel Plasma untuk Analisis UHPLC-ESI-QTOF-MSPlasma (50 µL) dicampur dengan 150 µL isopropanol (IPA), diikuti oleh 24-h inkubasi pada 20 ◦C untuk mendakan protein. Semua sampel telah disentrifugasi dua kali pada 13,000 × gat 4 ◦C selama 10 minit. Sebanyak 50 µL diambil daripada setiap sampel dan dikumpulkan dalam tiub mikrosentrifuge 1.5 mL untuk membina sampel kawalan kualiti (QC) dan 120 µL setiap campuran sampel dipindahkan ke sisipan kaca HPLC.
Analisis UHPLC-ESI-QTOF-MSAnalisis UHPLC-ESI-QTOF-MS telah digunakan di Makmal Fenomena Antarabangsa Universiti Khon Kaen (KKUIPL). Ekstrak fasa akueus sampel dianalisis pada platform fasa terbalik. Bahagian pemisahan dilakukan menggunakan sistem UHPLC (Bruker, Darmstadt, Jerman) apabila intensiti Bruker solo HPLC C18 2.1 × 100 mm, lajur 2 µm (Bruker, Darmstadt, Jerman) telah digunakan. Suhu lajur ditetapkan pada 55 ◦C dan suhu autosampler ditetapkan pada 4 ◦C. Fasa mudah alih A ialah 10{{20}} peratus air gred HPLC dengan 0.1 peratus asid formik (FA) dan fasa mudah alih B ialah 10 {{30}} peratus metanol dengan 0.1 peratus FA. Kadar alir alir ditetapkan pada 0.4 mL/min dan kecerunan elusi ditetapkan sebagai—99.9 peratus A (0.{{40}}–2.{{46 }} min, 0.25 mL/min), 99.9–75 peratus A (2.0–10.0 min, 0. 4 mL/min), 2{{6{0}} peratus A (10.0–12.0 min, 0.4 mL/min), 10 peratus A (12.0–21.0 min, 0.4 mL/ min), 0.1 peratus A (21.0–23.0 min, 0.4 mL/min), 99.9 peratus A (24.0–26.0 min, 0.4 mL/min). Jumlah suntikan sampel sebanyak 4 µL telah digunakan untuk kedua-dua mod kekutuban pengionan positif dan negatif.
Analisis spektrometri jisim dilakukan menggunakan sistem ESI-Q-TOF padat (Bruker, Darmstadt, Jerman). Sodium formate (HCOONa) yang mengandungi 2 mM natrium hidroksida, 0.1 peratus FA dan 50 peratus IPA telah disuntik terus sebagai penentukuran luaran dengan kadar alir 0.5 µL/min. Keadaan dalam mod kekutuban pengionan positif—julat jisim 50–1300 m/z, voltan kon 31 V, voltan kapilari 4500 V, suhu punca 220 ◦C, suhu penyuraian 220 ◦C, aliran fl gas pelarutan 8 L/min. Keadaan mod kekutuban pengionan negatif—julat m/z: 50–900 m/z, voltan kon 31 V, voltan kapilari 4500 V, suhu sumber 220 ◦C, suhu penyuraian 220 ◦C, aliran fl gas pelarutan 8 L/min.
Analisis Mikrobiom UsusDNA telah diekstrak menggunakan kit DNA QiAamp® PowerFecal® Pro (Qiagen, Hilden, Jerman). DNA yang diekstrak diukur pada OD 260/280 menggunakan spektrofotometer Nanodrop2000c (Thermo scientific, Waltham, MA, USA). Semua DNA yang diekstrak telah dipelihara pada t20 ◦C sehingga dianalisis. Rantau V3-V4 gen RNA ribosom 16S (rRNA) untuk setiap sampel telah dikuatkan menggunakan primer hadapan universal V3 (50-CCTACGGGNGG CWGCAG-30) dan primer terbalik V4 ({ {11}}GACTACHVGGGTATCTAATCC-30). Reaksi PCR terdiri daripada 2x KAPA HiFi HotStart ReadyMix, 12.5 ng templat DNA, dan 5 µM setiap primer, dengan denaturasi awal pada 95 ◦C selama 3 minit diikuti dengan 25 kitaran denaturasi pada 95 ◦C selama 30 s, penyepuhlindapan pada 55 ◦ C selama 30 s, lanjutan pada 72 ◦C selama 30 s, dan lanjutan akhir pada 72 ◦C selama 10 min. Satu Agilent DNA 1000 Chip dan Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA) telah digabungkan untuk mengukur produk yang diperkuatkan. Amplikon PCR telah disucikan menggunakan manik AMPure XP untuk membersihkan. Gen 16S rRNA separa telah disusun menggunakan platform Illumina MiSeq (Illumina Inc., San Diego, CA, Amerika Syarikat).
Pustaka penjujukan rRNA 16S telah disediakan menggunakan DNA genomik (gDNA), dan jujukan akhir berpasangan yang sepadan telah digabungkan menggunakan FLASH (http://ccb.jhu.edu/software/ FLASH/ (diakses pada 29 Jun 2020)) [27] . Filtering kualiti mengalih keluar urutan yang mengandungi bacaan berkualiti rendah dan dilakukan menggunakan CD-HIT-OTU (http://weizhong-lab.ucsd.edu/ cd-hit-otu (diakses pada 29 Jun 2020)) [28] dan rDnaTools pakej. OTU (Unit taksonomi operasi) diklasifikasikan dengan identiti ambang 97 peratus menggunakan algoritma UCLUST berdasarkan 100 peratus persamaan. Perkongsian jujukan Lebih daripada atau sama dengan 97 peratus persamaan telah diberikan kepada OTU yang sama. Urutan OTU perwakilan telah diselaraskan dan diklasifikasikan secara taksonomi menggunakan Projek Pangkalan Data Ribosom (RDP) dan dibandingkan dengan pangkalan data NCBI rujukan. Klasifikasi adalah berdasarkan pangkalan data gen Hijau (http://greengenes.lbl. gov/ (diakses pada 29 Jun 2020)). Keluaran klasifikasi bacaan pada beberapa peringkat taksonomi—kerajaan, filum, kelas, perintah, keluarga, genus, dan spesies menggunakan Quantitative Insights Into Microbial Ecology (QIIME) [29].
Analisis statistikAnalisis statistik pengambilan makanan dan air, pengeluaran isipadu air kencing dan berat badan dilaporkan sebagai min ±SD setiap kumpulan haiwan dan perbezaan antara kumpulan dibandingkan untuk kepentingan statistik oleh ujian-t Pelajar dengan nilai p < {{2} }.05 dianggap sebagai signifikan secara statistik.
Keputusan
IMPAK MSG terhadap Pengambilan Makanan dan Air, Berat Badan dan Keluaran Isipadu Air kencingTikus yang dirawat dan dikawal MSG mempunyai jumlah pengambilan makanan yang sama (masing-masing 17.44 ± 1.94 dan 18.46 ± 1.37 g/tikus/hari) (Rajah 1A) dan berat badan (masing-masing 333.58 ± 17.23 dan 333.80 ± 15.50 g)/tikus (Rajah 1B). Walau bagaimanapun, pengambilan air adalah ketara lebih tinggi dalam tikus yang dirawat MSG (52.38 ± 18.36 mL/hari) berbanding kawalan (38.38 ± 8.39 mL/hari) (Rajah 1C). Dalam kedua-dua kumpulan yang dirawat MSG dan kumpulan kawalan, air kencing yang dikeluarkan cenderung meningkat dengan masa, walaupun peningkatan yang ketara hanya dilihat pada tikus yang dirawat MSG (15.42 ± 3.92 mL/tikus/hari pada pra-rawatan dan 29.09 ± 8.78 mL/tikus/ rawatan selepas sehari). Juga, walaupun secara statistik tidak signifikan, pengeluaran air kencing tikus yang dirawat MSG (29.09 ± 8.78 mL/tikus/hari) nampaknya lebih tinggi daripada kawalan (23.15 ± 10.55 mL/ tikus/hari) (Rajah 1D).
Perubahan Metabolik dalam Organ Penting Secara MetabolikSpektrum NMR bagi sampel tisu yang dikumpul dianalisis selepas dua minggu rawatan MSG. PCA data spektrum NMR pada mulanya dijalankan untuk memerhatikan sebarang kluster dan outlier yang jelas (Rajah 2). Pengelompokan yang jelas dan pengasingan lengkap diperhatikan dalam profil metabolit hepatik antara kumpulan kawalan dan yang dirawat MSG dengan nilai p pilih atur 0.002, R2X sebanyak 58 peratus , Q2Y sebanyak 0.84, dan R2Y sebanyak 0.93 digambarkan dalam plot skor PCA dan O-PLS-DA (Rajah 2A, B). Plot pemuatan pekali sepadan OPLS yang mewakili dengan penugasan metabolit dibentangkan dalam Rajah 3 dengan ketarahatimodel yang ditunjukkan dalam Rajah 3A; semua perubahan ketara dalam metabolit diringkaskan dalam Jadual 1. Dalam hati, tahap yang lebih tinggi daripada enam metabolit termasuk glukosa, piridoksin, 2-deoxyuridine, inosin, tidak diketahui 1 dan 2 ditemui dalam kumpulan yang dirawat MSG, manakala sebelas metabolit , iaitu leucine, isoleucine, valine, alanin, N-acetylglycoprotein, acetone, 1,3 dimethylurate, histamine, xanthine, kynurenate dan nicotinamide, adalah lebih tinggi dalam kumpulan kawalan. Plot skor PCA berdasarkanbuah pinggangmetabolit (Rajah 2C) menunjukkan tiada pengelompokan yang jelas antara dua kumpulan, dan model O-PLS-DA adalah signifikan secara statistik dengan nilai p pilihatur 0.018, R2X sebanyak 56 peratus , Q2Y daripada 0.29 dan R2Y sebanyak 0.74 (Rajah 2D). Dua metabolit yang diubah ditemui dalamtisu buah pinggangdengan paras lamine trimethy yang lebih tinggi dan piridoksin yang jauh lebih rendah dalam kumpulan yang dirawat MSG berbanding dengan kawalan (Rajah 3B). Sebaliknya, keputusan jejunum (Rajah 2E, F), najis dan plasma (Rajah 2 dan Rajah S1) menunjukkan tiada pengelompokan antara kumpulan rawatan dan kawalan yang digambarkan dalam plot skor PCA dan O-PLS-DA.
Laluan korelasi metabolit penting dalamhatidantisu buah pinggangtelah disiasat menggunakan ID KEGG dan dijana oleh perisian Cytoscape. Metabolit didapati menghubungkan rangkaian metabolik. Apabila keputusan ini digabungkan untuk melukis peta laluan metabolik untuk menggambarkan korelasi yang lebih intuitif, metabolit didedahkan terutamanya dikaitkan dengan laluan metabolik, seperti glukoneogenesis hepatik, asid amino rantai bercabang, vitamin B6, dan metabolisme trimethylamine ( Rajah S3).
Penggunaan MSG Mengubah Mikrobiom UsusHasil analisis komposisi bakteria najis menunjukkan tujuh filum, 15 kelas, 19 pesanan, 46 famili, 127 genera dan 22{10}} spesies daripada semua kumpulan haiwan. 7-10 spesies teratas telah dipilih dan peratusan kelimpahan relatif komuniti bakteria pada peringkat filum, kelas, susunan, keluarga, genus dan spesies telah dihasilkan (Rajah 4). Pada peringkat filum, empat filum yang agak banyak teratas berada dalam susunan berikut— Firmicutes > Bacteroidetes > Proteobacteria > Actinobacteria dalam semua haiwan (Rajah 4A). Kelimpahan Actinobacteria adalah jauh lebih rendah dalam tikus yang dirawat MSG (0.30 peratus ) berbanding tikus kawalan (1.32 peratus ) (Rajah 5A).
Di peringkat kelas, mikrobiota yang paling banyak ialah Bacilli > Clostridia > Bacteroidia > Erysipelotrichia dalam semua haiwan (Rajah 4B). Kumpulan yang dirawat MSG mempunyai Clostridia yang jauh lebih tinggi (31.59 peratus) daripada kumpulan kawalan (19.25 peratus). Walau bagaimanapun, tikus yang dirawat MSG mempunyai Actinobacteria yang jauh lebih rendah (0.15 peratus ) berbanding tikus kawalan (1.09 peratus ) (Rajah 4B). Apabila ditafsirkan pada peringkat pesanan, Lactobacillales, Clostridiales, Bacteroidales, Erysipelotrichales banyak terdapat dalam semua haiwan (Rajah 4C). Clostridiales secara signifikan lebih tinggi dalam tikus yang dirawat MSG (31.59 peratus) berbanding tikus kawalan (19.25 peratus), manakala Bififidobacteriales secara signifikan lebih rendah dalam tikus yang dirawat MSG (0.06 peratus) berbanding tikus kawalan (1.06 peratus).
Empat keluarga paling banyak yang biasa diperhatikan dalam semua haiwan eksperimen adalah dalam susunan berikut-Lactobacillaceae > Erysipelotrichaceae > Clostridiaceae > Prevotellaceae (Rajah 4D). Di peringkat keluarga, Bififidobacteriaceae adalah jauh lebih rendah, tetapi Clostridiales yang tidak dikenal pasti adalah lebih tinggi dengan ketara dalam tikus yang dirawat MSG berbanding dengan tikus kawalan. Kelimpahan relatif empat genera teratas yang diperhatikan dalam semua haiwan adalah dalam susunan berikut-Lactobacillus > Turicibacter > Prevotella < clostridium="" (rajah="" 4e).="" peta="" haba="" bagi="" kelimpahan="" relatif="" pada="" peringkat="" genus="" menunjukkan="" kelimpahan="" lactobacillus="" yang="" lebih="" rendah="" dan="" kelimpahan="" clostridium="" yang="" lebih="" tinggi="" dalam="" tikus="" yang="" dirawat="" msg="" (rajah="" 5b).="" selain="" itu,="" kelimpahan="" bififidobacterium="" yang="" lebih="" rendah="" juga="" diperhatikan="" dalam="" tikus="" yang="" dirawat="" msg="" (0.06="" peratus="" )="" berbanding="" tikus="" kawalan="" (1.06="" peratus="">
Pada peringkat spesies, empat spesies bakteria usus teratas yang biasa dalam semua tikus ialah Lacto bacillus intestinalis, Turicibacter sanguinis, Clostridium saudiense, dan Muribaculum intestinale mengikut urutan (Rajah 4F). Dalam kumpulan yang dirawat MSG, Flintibacter butyricus secara ketara lebih banyak daripada kumpulan kawalan, manakala Faecalibaculum rodentium dan Bififidobacterium pseudolongum secara ketara kurang banyak.
Perbincangan
Beberapa bukti telah secara konsisten mengaitkan penggunaan MSG dengan kesan buruk terhadap kesihatan manusia, seperti insiden sindrom metabolik yang lebih tinggi [3], berat badan berlebihan [4,5] dan hipertensi arteri [6]. Walau bagaimanapun, data telah bercanggah dalam beberapa kes dan mekanisme asas masih tidak jelas. Untuk menangani isu ini, kami meneroka perubahan metabolik tisu dan perubahan mikrob usus yang disebabkan oleh penggunaan MSG. Seperti yang digambarkan dalam perwakilan skematik dalam Rajah 6, penggunaan MSG mengubah metabolit yang dikaitkan dengan glukoneogenesis hepatik, metabolisme asid amino rantai bercabang (BCAA), vitamin B6 dan metabolisme trimethylamine. Selain itu, penggunaan MSG jangka pendek menindas kelimpahan relatif Bififidobacterium, yang dianggap sebagai bakteria berfaedah, dan Clostridium yang berkaitan dengan pengeluaran TMA dan TMAO [30].
Dalam hati, metabolit seperti glukosa, pyridoxine (B6), 2-deoxyuridine, inosin, tidak diketahui 1 dan 2 adalah jauh lebih tinggi dalam haiwan yang dirawat MSG berbanding dalam kawalan, manakala sebelas metabolit (iaitu, leucine, isoleucine, valine. , alanin, N-acetylglycoprotein, aseton, 1,3-dimethylurate, histamin, xanthine, kynurenate dan nicotinamide) adalah lebih rendah dengan ketara. Pertama, tahap glukosa yang lebih tinggi mungkin menunjukkan peningkatan glukoneogenesis hepatik yang dikaitkan dengan MSG, yang selaras dengan glukosa plasma tinggi yang dilaporkan sebelum ini dalam babi yang baru lahir yang menerima suplemen MSG (1 g/kg berat badan) [31]. Kedua, tahap pengurangan alanine dan tiga BCAA, termasuk valine, leucine dan isoleucine, mungkin berkait dengan katabolisme asid amino dan metabolisme tenaga di mana rangka karbon mereka boleh digunakan sebagai prekursor untuk glukoneogenesis (alanine, valine dan isoleucine sebagai asid amino glukogenik) dan pengeluaran tenaga melalui kitaran asid trikarboksilik (TCA). Dalam persetujuan dengan laporan sebelumnya, kami mendapati bahawa produk degradasi leucine dan lisin, beta-hydroxyisovalerate dan 5-aminovalerate, masing-masing, adalah lebih tinggi dengan ketara dalam air kencing tikus yang dirawat MSG [13]. Ketiga, piridoksin yang tinggi dalamhatidan penurunan piridoksin dalambuah pinggangtikus yang dirawat MSG mencadangkan perubahan metabolisme vitamin B6. Kami juga mendapati penurunan tahap histamin, kynurenate, dan nicotinamide dalamhatitikus yang dirawat MSG, yang merupakan produk enzim yang bergantung kepada B6-dalam metabolisme histidin dan triptofan. Kaitan antara pengambilan MSG dan metabolisme vitamin B6, histidine dan tryptophan perlu disiasat lebih lanjut. Keempat, tikus yang dirawat MSG mempunyai tahap trimethylamine (TMA) yang lebih tinggi dalambuah pinggang. TMA disintesis daripada konstituen pemakanan, termasuk kolin, L-carnitine dan betaine oleh tindakan enzim mikrob [16]. TMA diserap sebahagian besarnya secara pasif ke dalam peredaran portal, dan terutamanya teroksida kepada trimethylamine-N-oxide (TMAO) oleh monooxygenases (FMO) yang mengandungi flflavin hepatik. Pecahan kecil TMA dioksidakan kepada dimethylamine (DMA) dan metilamin (MA), dan diekskresikan secara fifi ke dalam air kencing [32,33]. Tahap DMA dan MA yang lebih tinggi dalam air kencing tikus yang dirawat MSG dilaporkan sebelum ini [13]. Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa prekursor TMA yang tinggi, kolin, atau metabolitnya, TMAO, boleh membawa kepada progresif.buah pinggangfifibrosis tubulointerstitial, penyakit kardiovaskular, dan kronikpenyakit buah pinggang[34–36]. Oleh itu, tahap TMA yang tinggi dalambuah pinggangboleh membentuk hubungan antara pengambilan MSG dankerosakan buah pinggang.
Bergerak daripada perubahan yang diperhatikan dalam TMA, kami menyiasat mikrobiota usus tikus yang dirawat MSG dan menunjukkan perubahan dua filum utama, Firmicutes dan Bacteroidetes. Kelimpahan Firmicutes yang lebih tinggi, tetapi kelimpahan Bacteroidetes yang lebih rendah, diperhatikan dalam tikus yang dirawat MSG. Pada peringkat genus, tikus yang dirawat MSG mempunyai tarian Clostridium yang lebih tinggi, dan kelimpahan Lactobacillus dan Bififidobacterium yang lebih rendah. Genus Clostridium terdiri daripada sekumpulan mikroorganisma yang tergolong dalam filum Firmicutes. Beberapa Clostridium spp. dikaitkan dengan metabolisme TMA dengan menghasilkan enzim untuk menukarkan kolin atau juzuk diet kepada TMA [33,37,38]. Peningkatan bakteria usus yang menghasilkan TMA, iaitu, Clostridium spp., menyokong peningkatan metabolit TMA dalambuah pinggangdan air kencing tikus yang dirawat MSG. Selain itu, penggunaan MSG mengurangkan populasi Bififidobacterium, bakteria probiotik yang memainkan peranan penting dalam homeostasis usus dan kesihatan [39]. Karbohidrat ringkas dan mudah dihadam seperti laktosa dan sukrosa dimetabolisasikan dalam saluran gastrousus atas (GI) oleh perumah dan bakteria seperti lactobacilli. Walau bagaimanapun, karbohidrat yang tidak boleh dihadam, iaitu fifibre diet, dimetabolismekan dalam saluran GI yang lebih rendah oleh ahli mikrobiota usus, termasuk Bififidobacterium. Diet dengan kandungan lemak tepu dan gula ringkas yang tinggi tetapi kehabisan diet diet seperti diet gaya barat boleh menyumbang kepada bilangan bakteria berfaedah yang lebih rendah [40]. Pengurangan Bififidobacterium, bakteria yang baik, telah dilaporkan dalam penyakit keradangan kronik seperti obesiti [41], hepatitis B [42], dan diabetes [43,44]. Kesan penggunaan MSG pada mikrobiota usus pada manusia telah dilaporkan lebih awal tanpa perubahan ketara dalam komposisi mikrob berbanding garis dasar [45]. Kesan rendah MSG pada mikrobiota usus dalam kajian ini mungkin disebabkan oleh dos tambahan MSG yang rendah (2 g/hari), kerana purata pengambilan MSG harian dalam pemerhatian kami ialah 4 g/hari [3]. Kami mendapati bahawa setiap 1 g pengambilan MSG harian meningkatkan risiko mengalami sindrom metabolik. Walaupun mekanisme penggunaan MSG yang membawa kepada penyakit metabolik tidak ditetapkan, penurunan Bififidobacterium dalam haiwan yang dirawat MSG mungkin menjadi petunjuk. Secara kebetulan, penurunan Bififidobacterium dalam tikus yang dirawat MSG yang ditemui dalam kajian ini adalah serupa dengan tikus dengan kekurangan vitamin B6 [46]. Kajian intensif tentang cara MSG mengurangkan bakteria baik dan mengubah status vitamin B6 memerlukan siasatan lanjut.
Kami menunjukkan bahawa penggunaan MSG menyebabkan hepatik danbuah pinggangperubahan metabolik yang terlibat dalam glukoneogenesis dan asid amino rantai bercabang, vitamin B6 dan metabolisme TMA, disertai dengan perubahan komposisi mikrobiota usus. Pemerhatian ini mencadangkan bahawa laluan metabolik yang diubah mungkin dikaitkan dengan kesan buruk penggunaan MSG jangka panjang, terutamanya padahatidanbuah pinggang.
