Monosodium Glutamate gây ra những thay đổi trong cấu hình trao đổi chất ở gan và thận và hệ vi sinh vật đường ruột của chuột Wistar

edmund.chen@wecistanche.com

Trừu tượng:Việc tiêu thụ bột ngọt (MSG) trong thời gian ngắn và dài hạn làm tăng pH nước tiểu nhưng ảnh hưởng đến các con đường trao đổi chất trong gan, quả thận và hệ vi sinh vật đường ruột vẫn chưa được biết. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã điều tra những con chuột Wistar đực trưởng thành được phân bổ uống nước có hoặc không có 1 g phần trăm bột ngọt trong 2 tuần (n=10, mỗi con). Chúng tôi đã thực hiện một nghiên cứu chuyển hóa dựa trên quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) của hỗng tràng,Gan, vàthận, trong khi các mẫu phân được thu thập để chiết xuất DNA của vi khuẩn nhằm điều tra hệ vi sinh vật đường ruột bằng cách sử dụng giải trình tự gen 16S rRNA. Chúng tôi đã quan sát thấy những thay đổi đáng kể trongGancủa chuột được điều trị bằng bột ngọt so với nhóm chứng về mức độ glucose, pyridoxine, leucine, isoleucine, valine, alanine, kynurenate và nicotinamide. Giữaquả thậnchất chuyển hóa, mức trimethylamine (TMA) được tăng lên, và pyridoxine đã giảm sau khi điều trị bằng bột ngọt. Giải trình tự gen 16S rRNA cho thấy chuột được xử lý bằng bột ngọt đã tăng Firmicutes, vi khuẩn đường ruột liên quan đến chuyển hóa TMA, cùng với giảm các loài Bififidobacterium. Dữ liệu của chúng tôi hỗ trợ tác động của việc tiêu thụ bột ngọt đối vớiGanvàquả thậnsự trao đổi chất. Dựa trên những thay đổi của hệ vi sinh vật đường ruột, chúng tôi suy đoán rằng TMA và các chất chuyển hóa của nó như trimethylamine-N-oxide (TMAO) có thể là trung gian gây ra tác động của MSG đối vớisức khỏe thận.

Từ khóa:bột ngọt; hệ vi sinh vật đường ruột; con đường trao đổi chất; chất chuyển hóa; hệ vi sinh vật; trimetylamin; Quả thận; Gan

Giới thiệuBột ngọt (MSG) thường được thêm vào thực phẩm để tăng khẩu vị, đặc biệt là trong ẩm thực châu Á và thực phẩm chế biến công nghiệp [1]. MSG được coi là một thành phần an toàn cho người tiêu dùng bất kể số lượng như thế nào bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) [2] mặc dù dữ liệu gần đây cho thấy rằng lượng bột ngọt trung bình hàng ngày là 3–4 g và cứ mỗi gram bột ngọt bổ sung sẽ làm tăng nguy cơ phát triển hội chứng chuyển hóa [3]. Lượng bột ngọt tăng cao trong chế độ ăn có liên quan đến thừa cân [4,5] và tăng huyết áp [6], nhưng kết quả không nhất quán [7,8].

Các nỗ lực đã được thực hiện để tiết lộ tác động của MSG đối với các cơ quan trao đổi chất của động vật bằng đường tiêm [9,10] hoặc đường uống [11,12]. Trong một trong những nỗ lực như vậy để điều tra tác động của bột ngọt đối với chuộtthận, kết quả cho thấy cả việc tiêu thụ bột ngọt trong thời gian ngắn [13] và dài hạn [11] đều gây kiềm hóa nước tiểu ở chuột, mặc dù cơ chế kiềm hóa nước tiểu không được thiết lập. Metabolomics là một cách tiếp cận thường được sử dụng để xác định những thay đổi trong các chất chuyển hóa từ các điều kiện khác nhau [14,15]. Việc tiêu thụ bột ngọt trong thời gian ngắn gây ra những thay đổi cụ thể trong các chất chuyển hóa trong nước tiểu bao gồm dimethylamine (DMA) và methylamine (MA), là những chất chuyển hóa có nguồn gốc từ ruột từ trimethylamine (TMA). TMA là một amin béo chuỗi ngắn dễ bay hơi, tạo ra mùi đặc trưng. Trên thực tế, vi khuẩn đường ruột sản xuất TMA từ chế độ ăn uống của người năm mươi hoặc nó có thể được tạo ra từ các chất dinh dưỡng khác bao gồm choline và carnitine, có nhiều trong trứng và thịt đỏ [16]. Phần chính của TMA được chuyển đổi bằng enzym thành trimethylamine-N-oxide (TMAO) không mùi, và nồng độ TMAO cao trong huyết tương có liên quan đến bệnh tim mạch (CVD) [17], mãn tínhbệnh thận(CKD) [18] và bệnh tiểu đường [19].

Chúng tôi ở đây đã tận dụng lợi thế của các công cụ chuyển hóa để điều tra tác động của việc tiêu thụ bột ngọt trong thời gian ngắn trên cơ thể chuyển hóa của huyết tương,Gan,quả thậnvà đường ruột, và phân tích mối tương quan giữa kết quả chuyển hóa và những thay đổi của hệ vi sinh vật đường ruột. Dữ liệu của chúng tôi có thể cung cấp những hiểu biết cơ học mới về tác động của bột ngọt trong chế độ ăn uống đồng thời chứng minh các dấu ấn sinh học về tổn thương cơ quan do bột ngọt gây ra.

Nguyên liệu và phương pháp

Loài vậtChuột Wistar đực hai mươi 6- tuần tuổi (trọng lượng khoảng 200 g) được lấy từ Trung tâm Động vật Phòng thí nghiệm Quốc gia (Đại học Mahidol, Salaya, Bangkok, Thái Lan), được làm quen với từng lồng trao đổi chất bằng thép không gỉ trong 2 tuần, và sau đó được duy trì trong điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ (23 ± 2 ◦C), độ ẩm (30–60 phần trăm) và độ sáng (350–400 Lux) của chu kỳ 12 giờ tối / 12 giờ sáng. Chuột đã được cung cấp một phân viên thương mại số CP 082 (Nhóm Đồng hành Hoàn hảo, Bangkok, Thái Lan) trong quá trình nghiên cứu. Tất cả các thí nghiệm được thực hiện theo hướng dẫn của Trung tâm Động vật Phòng thí nghiệm Đông Bắc (NELAC), Đại học Khon Kaen, Thái Lan. Hơn nữa, nghiên cứu đã được phê duyệt bởi Ủy ban Đạo đức Động vật của Đại học Khon Kaen, Thái Lan (AEKKU-NELAC5 / 2558).

Thuốc thửBột ngọt cấp thực phẩm tinh khiết (99%) (Ajinomoto, Tokyo, Nhật Bản) được sử dụng để làm thức ăn cho gia súc. Methanol và chloroform thương mại được mua từ RCI LABSCAN LIMITED (Bangkok, Thái Lan) để chiết xuất mô, nước cấp LC-MS được mua từ Merck (Darmstadt, Đức), kali dihydrogen phosphate (KH2PO4) và deuterium oxide (D2O) đã được mua từ Merck (Darmstadt, Thụy Sĩ), natri azit (NaN3) được sản xuất bởi Cơ quan Hóa chất Châu Âu (ECHA, Helsinki, Phần Lan), natri trimethylsilyl- [2,2,3, 3-2 H4] -propionat (TSP) , một tiêu chuẩn nội bộ để phân tích NMR, được lấy từ Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz CA, USA). Đối với phép đo khối phổ, isopropanol cấp thương mại (C3H8O) và axit formic (CH2O2) đã được mua từ RCI LABSCAN LIMITED (Bangkok, Thái Lan).

Thiết kế thử nghiệmChuột được chỉ định ngẫu nhiên để nhận nước uống có (n=10) hoặc không có (n=10) 1 g phần trăm bột ngọt trong 2 tuần. Nước thẩm thấu ngược (RO) đã được sử dụng (nồng độ clo từ 3–4 ppm) cho nghiên cứu trên động vật khi tất cả chuột được tiếp cận thức ăn tự do. Lượng nước (ml) và thức ăn (g) hàng ngày được ghi lại, cũng như trọng lượng cơ thể hàng tuần (g). Bài tiết 24 giờ (ml / chuột / ngày) được ghi nhận trong suốt thời gian nghiên cứu. Phân và mẫu máu đuôi (100 µL huyết tương) được thu thập vào 2 tuần trước khi hiến tế động vật bằng cách sử dụng carbon dioxide (CO2) sau 12- giờ nhịn ăn. Các mẫu mô, tức là, hỗng tràng,Ganvàquả thận,được thu thập và đông lạnh nhanh trong nitơ lỏng trước khi được bảo quản ở nhiệt độ t80 ◦C cho đến khi được sử dụng để phân tích.

Chuẩn bị và phân tích mẫuMỗi mô (1 0 0 mg khối lượng ướt) được sử dụng để chiết xuất chất chuyển hóa theo các quy trình đã công bố trước đây [20]. Trước khi thu nhận NMR, pha phân cực của các chất chiết xuất từ ​​mô được đình chỉ lại trong dung dịch đệm NMR 580 µL (đệm natri phosphat 100 mM, pH 7,4, trong D2O, chứa 0,1 mM TSP và 0,2% NaN3), được quay xoáy trong thời gian ngắn, và ly tâm ở 12, 000 × g trong 5 phút ở 4 ◦C. Sau đó, 550 µL hỗn hợp được chuyển vào ống thủy tinh NMR (Duran Group, Mainz, Đức) có đường kính ngoài 5 mm trước khi phân tích NMR. Khoảng 250 mg phân được trộn với 500 µL nước cấp HPLC (Merck, Darmstadt, Đức) và đồng nhất bằng máy trộn xoáy với tốc độ 2500 vòng / phút trong 15 phút ở nhiệt độ phòng. Sau đó, huyền phù phân được ly tâm ở 12, 000 × g trong 15 phút ở 4 ◦C và 540 µL phần nổi phía trên được chuyển vào các vi ống 1,5 mL sạch, và 60 µL đệm NMR (đệm 1,5 M KH2PO4, pH 7,4 , trong D2O, chứa 2 mM TSP và 1% NaN3) đã được thêm vào. Tiếp theo, các ống này được quay xoáy trong thời gian ngắn, ly tâm ở 12, 000 × g trong 10 phút, và cuối cùng, 580 µL hỗn hợp được chuyển vào ống thủy tinh NMR đường kính ngoài 5 mm để phân tích.

Chất chiết xuất từ ​​mô và mẫu phân được phân tích bằng máy đo phổ NMR 4 0 0 MHz (Bruker Biospin, Rheinstetten, Hoa Kỳ) ở nhiệt độ 298,15 K. Phổ được quy chiếu đến đỉnh TSP (δ1H { {14}}. 00), được sửa theo từng giai đoạn và đường cơ sở bằng cách sử dụng MATLAB (Mathworks, Natrick, MA USA). Tín hiệu của đỉnh TSP (δ1H H1. 000 - 0,005) từ tất cả các mô và đỉnh TSP (δ1H H1.20–0,157) từ phân đã bị loại bỏ. Ngoài ra, đỉnh nước đã được lấy ra khỏi hỗng tràng (δ1H 4,50 và 5,20),Gan(δ1H 4,68 và 5. 00),quả thận(δ1H 4,31 và 5,74) và phân (δ1H 4,18 và 5,23). Hơn nữa, phổ thô phải chịu sự liên kết và chuẩn hóa đỉnh [21]. Dữ liệu phổ của tất cả các mẫu được kiểm tra bằng cách sử dụng phân tích thành phần chính không được giám sát (PCA) và phép chiếu hiệu chỉnh tín hiệu trực giao có giám sát sang phân tích phân biệt cấu trúc tiềm ẩn (O-PLS-DA). Dữ liệu được tập trung vào trung tâm và được chia tỷ lệ với phương sai đơn vị (UV). Các mô hình O-PLS-DA được đánh giá bằng các giá trị R2X, R2Y và Q2Y, lần lượt thể hiện mức độ phù hợp, phần phương sai của ma trận Y và khả năng dự báo của mô hình [22]. Để tránh bổ sung quá mức, xác thực chéo 7- lần được thực hiện trong 5 0 0 lần lặp lại. Giá trị p hoán vị được sử dụng để chỉ ra tính hợp lệ của mô hình. Các biến quan trọng của mỗi mô hình hợp lệ được chọn thông qua hệ số tương quan O-PLS-DA với hiệu chỉnh tỷ lệ phát hiện sai Benjamini – Hochberg (p <0,05). phổ="" tương="" quan="" tổng="" thống="" kê="" (stocsy)="" [23],="" cơ="" sở="" dữ="" liệu="" chuyển="" dịch="" hóa="" học="" nội="" bộ="" và="" cơ="" sở="" dữ="" liệu="" chuyển="" hóa="" ở="" người="" (hmdb="" phiên="" bản="" 4,="" hoa="" kỳ)="" [24]="" được="" sử="" dụng="" để="" xác="" định="" chất="" chuyển="">

Phân tích làm giàu lộ trình cũng được thực hiện bằng MetaboAnalyst (http: // www. Metaboanalyst.ca/ (truy cập ngày 14 tháng 7 năm 2020)) [25]. Hình minh họa về con đường trao đổi chất được tạo bởi Cytoscape [26]. Những thay đổi trong chất chuyển hóa được xác định bằng STOCSY và phân tích đơn biến được thực hiện bằng cách khảo sát nồng độ tương đối của các chất chuyển hóa khác biệt đáng kể, tính toán sự tích hợp của các đỉnh phổ. Theo giá trị p được tính bằng bài kiểm tra t của Học sinh bằng GraphPad Prism 7 (Ver. 7, GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA, USA).

Chuẩn bị mẫu huyết tương để phân tích UHPLC-ESI-QTOF-MSHuyết tương (50 µL) được trộn với 150 µL isopropanol (IPA), sau đó ủ 24- h ở 20 ◦C để kết tủa protein. Tất cả các mẫu được ly tâm hai lần ở 13, 000 × gat 4 ◦C trong 10 phút. Tổng cộng 50 µL được lấy từ mỗi mẫu và được gộp trong ống ly tâm siêu nhỏ 1,5 mL để tạo mẫu kiểm soát chất lượng (QC) và 120 µL của mỗi hỗn hợp mẫu được chuyển vào một chèn thủy tinh HPLC.

Phân tích UHPLC-ESI-QTOF-MSPhân tích UHPLC-ESI-QTOF-MS được sử dụng tại Phòng thí nghiệm Hiện tượng Quốc tế của Đại học Khon Kaen (KKUIPL). Các chất chiết xuất trong pha nước của các mẫu được phân tích trên nền tảng pha đảo ngược. Phần tách được thực hiện bằng hệ thống UHPLC (Bruker, Darmstadt, Đức) khi Bruker solo cường độ HPLC C 18 2. 1 × 1 0 0 mm, cột 2 µm (Bruker, Darmstadt, Đức) đã được sử dụng. Nhiệt độ cột được đặt ở 55 ◦C và nhiệt độ của bộ lấy mẫu tự động được đặt ở 4 ◦C. Pha động A là 1 0 {{2 0}} phần trăm nước cấp HPLC với 0. 1 phần trăm axit formic (FA) và pha động B là 1 0 {{3 0}} phần trăm metanol với 0. 1 phần trăm FA. Tốc độ dòng chảy được đặt ở 0. 4 mL / phút và gradient rửa giải được đặt là — 99,9 phần trăm A (0. {{4 0}} - 2. {46 }} tối thiểu, 0. 25 mL / phút), 99,9–75 phần trăm A (2. 0 - 1 0. 0 phút, 0. 4 mL / phút), 2 {{6 0}} phần trăm A (1 0. 0–12,0 phút, 0,4 mL / phút), 10 phần trăm A (12,0–21,0 phút, 0,4 mL / tối thiểu), 0,1 phần trăm A (21,0–23,0 phút, 0,4 mL / phút), 99,9 phần trăm A (24,0–26,0 phút, 0,4 mL / phút). Một thể tích tiêm mẫu 4 µL được áp dụng cho cả hai chế độ phân cực ion hóa dương và âm.

Phân tích khối phổ được thực hiện bằng hệ thống ESI-Q-TOF nhỏ gọn (Bruker, Darmstadt, Đức). Natri formate (HCOONa) chứa 2 mM natri hydroxit, 0. 1 phần trăm FA và 5 0 phần trăm IPA được tiêm trực tiếp làm chất hiệu chuẩn bên ngoài với tốc độ dòng chảy 0,5 µL / phút. Điều kiện ở chế độ phân cực ion hóa dương — phạm vi khối lượng 50–1300 m / z, điện áp hình nón 31 V, điện áp mao quản 4500 V, nhiệt độ nguồn 220 ◦C, nhiệt độ khử cặn 220 ◦C, lưu lượng khí khử mùi 8 L / phút. Các điều kiện của chế độ phân cực ion hóa âm — phạm vi m / z: 50–900 m / z, điện áp hình nón 31 V, điện áp mao quản 4500 V, nhiệt độ nguồn 220 ◦C, nhiệt độ khử ẩm 220 ◦C, lưu lượng khí khử mùi 8 L / phút.

Phân tích hệ vi sinh vật đường ruộtDNA được chiết xuất bằng bộ công cụ QiAamp® PowerFecal® Pro DNA (Qiagen, Hilden, Đức). DNA chiết xuất được đo ở OD 260/280 bằng máy quang phổ Nanodrop2000c (Thermo scientifific, Waltham, MA, USA). Tất cả DNA chiết tách được bảo quản ở nhiệt độ t20 ◦C cho đến khi phân tích. Vùng V 3- V4 của gen RNA ribosome 16S (rRNA) cho mỗi mẫu được khuếch đại bằng cách sử dụng đoạn mồi thuận phổ V3 (50- CCTACGGGNGG CWGCAG -30) và đoạn mồi ngược V4 ({ {11}} GACTACHVGGGTATCTAATCC -30). Phản ứng PCR bao gồm 2x KAPA HiFi HotStart ReadyMix, 12,5 ng mẫu DNA và 5 µM của mỗi mồi, với biến tính ban đầu ở 95 ◦C trong 3 phút, sau đó là 25 chu kỳ biến tính ở 95 ◦C trong 30 s, ủ ở 55 ◦ C trong 30 giây, kéo dài ở 72 ◦C trong 30 giây và kéo dài cuối cùng ở 72 ◦C trong 10 phút. Một Chip Agilent DNA 1000 và Máy phân tích sinh học Agilent 2100 (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA) đã được kết hợp để định lượng sản phẩm khuếch đại. Các amplicon PCR được tinh chế bằng cách sử dụng hạt AMPure XP để tinh chế. Một phần gen 16S rRNA được giải trình tự bằng nền tảng Illumina MiSeq (Illumina Inc., San Diego, CA, USA).

Thư viện giải trình tự rRNA 16S được chuẩn bị bằng cách sử dụng DNA bộ gen (gDNA) và các trình tự kết thúc cặp kết hợp phù hợp đã được hợp nhất bằng cách sử dụng FLASH (http://ccb.jhu.edu/software/ FLASH/ (truy cập vào ngày 29 tháng 6 năm 2020)) [27] . Lọc các chuỗi đã loại bỏ chất lượng có chứa các lần đọc chất lượng thấp và được thực hiện bằng CD-HIT-OTU (http://weizhong-lab.ucsd.edu/ cd-hit-otu (truy cập vào ngày 29 tháng 6 năm 2020)) [28] và rDnaTools bưu kiện. Các OTU (Đơn vị phân loại hoạt động) được phân loại với nhận dạng ngưỡng 97 phần trăm bằng cách sử dụng thuật toán UCLUST dựa trên sự giống nhau 100 phần trăm. Chia sẻ chuỗi Tương tự lớn hơn hoặc bằng 97 phần trăm được gán cho cùng một OTU. Các trình tự OTU đại diện được căn chỉnh và được phân loại theo phân loại bằng cách sử dụng Dự án Cơ sở dữ liệu Ribosome (RDP) và được so sánh với cơ sở dữ liệu NCBI tham chiếu. Việc phân loại dựa trên cơ sở dữ liệu gen Xanh (http: //greengenes.lbl. Gov / (truy cập ngày 29 tháng 6 năm 2020)). Kết quả của việc phân loại các lần đọc ở một số cấp độ phân loại - vương quốc, loài, lớp, thứ tự, họ, chi và loài bằng cách sử dụng Những hiểu biết định lượng về hệ sinh thái vi sinh vật (QIIME) [29].

Phân tích thống kêPhân tích thống kê về lượng thức ăn và nước uống, lượng nước tiểu và trọng lượng cơ thể được báo cáo là trung bình ± SD cho mỗi nhóm động vật và sự khác biệt giữa các nhóm được so sánh về ý nghĩa thống kê bằng phép thử t của Student với giá trị p <{{2} } .05 được coi là có ý nghĩa thống kê.

Kết quả

TÁC ĐỘNG CỦA MSG đối với lượng thức ăn và nước, trọng lượng cơ thể và lượng nước tiểu đầu raChuột được xử lý bằng bột ngọt và chuột đối chứng có lượng thức ăn ăn vào tương đương nhau (lần lượt là 17,44 ± 1,94 và 18,46 ± 1,37 g / chuột / ngày) (Hình 1A) và trọng lượng cơ thể (333,58 ± 17,23 và 333,80 ± 15,50 g / chuột, tương ứng) (Hình 1B). Tuy nhiên, lượng nước uống vào cao hơn đáng kể ở chuột được điều trị bằng bột ngọt (52,38 ± 18,36 mL / ngày) so với đối chứng (38,38 ± 8,39 mL / ngày) (Hình 1C). Ở cả nhóm đối chứng và được xử lý bằng bột ngọt, lượng nước tiểu thải ra có xu hướng tăng lên theo thời gian, mặc dù sự gia tăng đáng kể chỉ được thấy ở chuột được điều trị bằng bột ngọt (15,42 ± 3,92 mL / chuột / ngày trước khi xử lý và 29,09 ± 8,78 mL / chuột / điều trị trong ngày). Ngoài ra, mặc dù không có ý nghĩa thống kê, lượng nước tiểu của chuột được điều trị bằng bột ngọt (29,09 ± 8,78 mL / chuột / ngày) rõ ràng cao hơn so với đối chứng (23,15 ± 10,55 mL / chuột / ngày) (Hình 1D).

Thay đổi trao đổi chất trong các cơ quan quan trọng về mặt trao đổi chấtPhổ NMR của các mẫu mô thu thập được phân tích sau hai tuần xử lý bằng bột ngọt. PCA của dữ liệu phổ NMR ban đầu được thực hiện để quan sát bất kỳ sự phân nhóm và ngoại lai rõ ràng nào (Hình 2). Sự phân nhóm rõ ràng và sự phân tách hoàn toàn đã được quan sát thấy trong các profiles chất chuyển hóa ở gan giữa nhóm đối chứng và nhóm được xử lý bằng bột ngọt với giá trị p hoán vị là 0. 0 0 2, R2X là 58 phần trăm, Q2Y là 0,84 và R2Y là 0,93 được minh họa trong các đồ thị điểm PCA và O-PLS-DA (Hình 2A, B). Biểu đồ tải trọng tương ứng tương ứng với OPLS đại diện với sự phân công chất chuyển hóa được trình bày trong Hình 3 với chất quan trọngGancác mô hình được chỉ ra trong Hình 3A; tất cả những thay đổi đáng kể trong các chất chuyển hóa được tóm tắt trong Bảng 1. Ở gan, nồng độ cao hơn của sáu chất chuyển hóa bao gồm glucose, pyridoxine, 2- deoxyuridine, inosine, chưa biết 1 và 2 được tìm thấy ở nhóm được điều trị bằng bột ngọt, trong khi 11 chất chuyển hóa , cụ thể là leucine, isoleucine, valine, alanine, N-acetylglycoprotein, aceton, 1,3 dimethylurat, histamine, xanthine, kynurenate và nicotinamide, cao hơn đáng kể trong nhóm đối chứng. Biểu đồ điểm PCA dựa trênthậncác chất chuyển hóa (Hình 2C) cho thấy không có sự phân nhóm rõ ràng giữa hai nhóm và mô hình O-PLS-DA có ý nghĩa thống kê với giá trị p hoán vị là 0. 0 18, R2X là 56 phần trăm, Q2Y của 0. 29 và R2Y là 0,74 (Hình 2D). Hai chất chuyển hóa bị thay đổi được tìm thấy trongmô thậnvới mức trimethy lamine cao hơn đáng kể và pyridoxine thấp hơn đáng kể ở nhóm được điều trị bằng bột ngọt so với nhóm chứng (Hình 3B). Ngược lại, kết quả hỗng tràng (Hình 2E, F), phân và huyết tương (Hình 2 và Hình S1) cho thấy không có sự phân nhóm giữa nhóm điều trị và nhóm chứng được minh họa trong đồ thị điểm PCA và O-PLS-DA.

Các con đường tương quan của các chất chuyển hóa quan trọng trongGanvàmô thậnđã được điều tra bằng cách sử dụng KEGG ID và được tạo bởi phần mềm Cytoscape. Các chất chuyển hóa được tìm thấy để liên kết mạng lưới trao đổi chất. Khi những kết quả này được kết hợp để vẽ bản đồ con đường trao đổi chất nhằm minh họa mối tương quan trực quan hơn, các chất chuyển hóa được tiết lộ chủ yếu liên quan đến các con đường trao đổi chất, chẳng hạn như tạo glucone ở gan, axit amin chuỗi nhánh, vitamin B6 và chuyển hóa trimethylamine ( Hình S3).

Tiêu thụ bột ngọt thay đổi hệ vi sinh vật đường ruộtKết quả phân tích thành phần vi khuẩn trong phân chỉ ra 7 phyla, 15 lớp, 19 bộ, 46 họ, 127 chi và 22 0 loài từ tất cả các nhóm động vật. 7–10 loài hàng đầu đã được chọn và tỷ lệ phần trăm độ phong phú tương đối của quần xã vi khuẩn ở các cấp độ ngành, lớp, bậc, họ, chi và loài đã được tạo ra (Hình 4). Ở cấp độ phylum, bốn loại phyla tương đối phong phú hàng đầu theo thứ tự sau: - Vi khuẩn> Vi khuẩn> Bacteroidetes> Proteobacteria> Actinobacteria ở tất cả các loài động vật (Hình 4A). Sự phong phú của Actinobacteria thấp hơn đáng kể ở chuột được xử lý bằng bột ngọt (0,30%) so với chuột đối chứng (1,32%) (Hình 5A).

Ở cấp độ lớp, hệ vi sinh vật phong phú nhất là Bacilli> Clostridia> Bacteroidia> Erysipelotrichia ở tất cả các loài động vật (Hình 4B). Nhóm được điều trị bằng bột ngọt có lượng Clostridia cao hơn đáng kể (31,59%) so với nhóm đối chứng (19,25%). Tuy nhiên, những con chuột được xử lý bằng bột ngọt có lượng Actinobacteria thấp hơn đáng kể (0. 15 phần trăm) so với những con chuột đối chứng (1. 0 9 phần trăm) (Hình 4B). Khi được giải thích ở cấp độ thứ tự, Lactobacillales, Clostridiales, Bacteroidales, Erysipelotrichales có nhiều ở tất cả các loài động vật (Hình 4C). Clostridiales ở chuột được xử lý MSG cao hơn đáng kể (31,59%) so với chuột đối chứng (19,25%), trong khi Bififidobacteria thấp hơn đáng kể ở chuột được xử lý MSG (0,06%) so với chuột đối chứng (1,06%).

Bốn họ phong phú nhất thường được quan sát thấy ở tất cả các động vật thí nghiệm theo thứ tự sau — Họ Lactobacillaceae> Erysipelotrichaceae> Clostridiaceae> Prevotellaceae (Hình 4D). Ở cấp độ gia đình, Bififidobacteriaceae thấp hơn đáng kể, nhưng Clostridiales không xác định cao hơn đáng kể ở chuột được điều trị bằng bột ngọt so với chuột đối chứng. Sự phong phú tương đối của bốn chi hàng đầu được quan sát thấy ở tất cả các loài động vật theo thứ tự sau — Lactobacillus> Turicibacter> Prevotella

Ở cấp độ loài, bốn loài vi khuẩn đường ruột phổ biến nhất ở tất cả các loài chuột là Lacto bacillus gutis, Turicibacter sanguinis, Clostridium saudiense, và Muribaculum đường ruột theo thứ tự (Hình 4F). Trong nhóm được xử lý bằng bột ngọt, Flintibacter butyricus phong phú hơn đáng kể so với nhóm đối chứng, trong khi Faecalibaculum rodentium và Bififidobacterium pseudolongum ít phong phú hơn đáng kể.

Thảo luận

Một số bằng chứng đã liên kết nhất quán việc tiêu thụ bột ngọt với các tác dụng phụ đối với sức khỏe con người, chẳng hạn như tỷ lệ mắc hội chứng chuyển hóa cao hơn [3], thừa cân [4,5] và tăng huyết áp động mạch [6]. Tuy nhiên, dữ liệu đã mâu thuẫn trong một số trường hợp và các cơ chế cơ bản vẫn chưa rõ ràng. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã khám phá những thay đổi trong quá trình trao đổi chất ở mô và những thay đổi của hệ vi sinh vật đường ruột do tiêu thụ bột ngọt. Như được minh họa trong biểu đồ ở Hình 6, việc tiêu thụ bột ngọt làm thay đổi các chất chuyển hóa liên quan đến quá trình tạo glucone ở gan, chuyển hóa axit amin chuỗi nhánh (BCAA), vitamin B6 và chuyển hóa trimetylamin. Hơn nữa, việc tiêu thụ bột ngọt trong thời gian ngắn đã ngăn chặn sự phong phú tương đối của Bififidobacterium, được coi là vi khuẩn có lợi, và Clostridium liên quan đến sản xuất TMA và TMAO [30].

Ở gan, các chất chuyển hóa như glucose, pyridoxine (B6), 2- deoxyuridine, inosine, chưa biết 1 và 2 ở động vật được điều trị bằng bột ngọt cao hơn đáng kể so với đối chứng, trong khi 11 chất chuyển hóa (tức là leucine, isoleucine, valine , alanin, N-acetylglycoprotein, axeton, 1, 3- dimethylurat, histamine, xanthine, kynurenate và nicotinamide) thấp hơn đáng kể. Thứ nhất, nồng độ glucose cao hơn có thể cho thấy sự gia tăng quá trình tạo glucone ở gan liên quan đến MSG, điều này tương đồng với mức glucose huyết tương cao đã được báo cáo trước đây ở lợn sơ sinh được bổ sung bột ngọt (1 g / kg thể trọng) [31]. Thứ hai, mức độ giảm của alanin và ba BCAAs, bao gồm valine, leucine và isoleucine, có thể tương quan với quá trình dị hóa axit amin và chuyển hóa năng lượng, trong đó bộ xương carbon của chúng có thể được sử dụng làm tiền chất cho sự hình thành gluconeogenes (alanin, valine và isoleucine là axit amin glucogenic) và sản xuất năng lượng thông qua chu trình axit tricarboxylic (TCA). Đồng ý với báo cáo trước, chúng tôi nhận thấy rằng các sản phẩm thoái hóa của leucine và lysine, beta-hydroxyisovalerate và 5- aminovalerate, tương ứng, cao hơn đáng kể trong nước tiểu của chuột được xử lý bằng bột ngọt [13]. Thứ ba, tăng pyridoxine trongGanvà giảm pyridoxine trongquả thậncủa những con chuột được điều trị bằng bột ngọt cho thấy sự thay đổi chuyển hóa vitamin B6. Chúng tôi cũng tìm thấy mức độ giảm của histamine, kynurenate và nicotinamide trongGancủa chuột được xử lý bằng bột ngọt, là sản phẩm của các enzym phụ thuộc B 6- trong chuyển hóa histidine và tryptophan. Mối liên hệ giữa lượng bột ngọt và sự chuyển hóa của vitamin B6, histidine và tryptophan cần được nghiên cứu thêm. Thứ tư, những con chuột được xử lý bằng bột ngọt có hàm lượng trimethylamine (TMA) cao hơn trongquả thận. TMA được tổng hợp từ các thành phần trong chế độ ăn uống, bao gồm choline, L-carnitine và betaine nhờ hoạt động của các enzym vi sinh vật [16]. TMA được hấp thụ phần lớn theo cách thụ động vào hệ tuần hoàn, và chủ yếu bị oxy hóa thành trimethylamine-N-oxide (TMAO) bởi monooxygenase chứa flflavin ở gan (FMOs). Một phần nhỏ TMA bị oxy hóa thành dimetylamin (DMA) và metylamin (MA), và cuối cùng được bài tiết vào nước tiểu [32,33]. Mức độ cao hơn của DMA và MA trong nước tiểu của chuột được điều trị bằng bột ngọt đã được báo cáo trước đây [13]. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng tiền chất TMA tăng cao, choline, hoặc các chất chuyển hóa của nó, TMAO, có thể dẫn đến tiến triểnthậnxơ hóa mô kẽ, bệnh tim mạch và mãn tínhbệnh thận[34–36]. Do đó, mức độ TMA tăng cao trongquả thậncó thể tạo nên mối liên hệ giữa lượng bột ngọt vàtổn thương thận.

Từ những thay đổi quan sát được trong TMAs, chúng tôi đã điều tra hệ vi sinh vật đường ruột của những con chuột được xử lý bằng bột ngọt và chứng minh sự thay đổi của hai loại phyla chính, Firmicutes và Bacteroidetes. Mức độ phong phú của Firmicute cao hơn, nhưng lượng Bacteroidetes phong phú thấp hơn, đã được quan sát thấy ở những con chuột được điều trị bằng bột ngọt. Ở cấp độ chi, chuột được xử lý bằng bột ngọt có hàm lượng Clostridium nhảy múa cao hơn, và lượng vi khuẩn Lactobacillus và Bififidobacterium phong phú thấp hơn. Chi Clostridium bao gồm một nhóm vi sinh vật thuộc họ Firmicutes. Một số Clostridium spp. có liên quan đến chuyển hóa TMA bằng cách sản xuất các enzym để chuyển đổi choline hoặc các thành phần trong chế độ ăn uống thành TMA [33,37,38]. Các vi khuẩn đường ruột sản xuất TMA tăng lên, tức là, Clostridium spp., Hỗ trợ sự gia tăng của các chất chuyển hóa TMA trongquả thậnvà nước tiểu của chuột được xử lý bằng bột ngọt. Hơn nữa, tiêu thụ bột ngọt làm giảm quần thể Bififidobacterium, một loại vi khuẩn probiotic đóng vai trò quan trọng trong cân bằng nội môi và sức khỏe đường ruột [39]. Carbohydrate đơn giản và dễ tiêu hóa như lactose và sucrose được vật chủ và vi khuẩn như lactobacilli phân giải trong đường tiêu hóa trên (GI). Tuy nhiên, carbohydrate không tiêu hóa, tức là chất xơ trong chế độ ăn uống, được chuyển hóa ở đường tiêu hóa thấp hơn bởi các thành viên của hệ vi sinh vật đường ruột, bao gồm cả Bififidobacterium. Chế độ ăn có hàm lượng chất béo bão hòa và đường đơn cao nhưng thiếu chất xơ như chế độ ăn kiểu phương Tây có thể góp phần làm giảm số lượng vi khuẩn có lợi [40]. Sự giảm Bififidobacterium, một loại vi khuẩn tốt, đã được báo cáo trong các bệnh truyền nhiễm mãn tính như béo phì [41], viêm gan B [42] và bệnh tiểu đường [43,44]. Ảnh hưởng của việc tiêu thụ bột ngọt lên hệ vi sinh vật đường ruột ở người đã được báo cáo trước đó mà không có sự thay đổi đáng kể nào về thành phần vi sinh vật so với ban đầu [45]. Tác động thấp của bột ngọt lên hệ vi sinh vật đường ruột trong nghiên cứu này có thể là do liều lượng bổ sung bột ngọt thấp (2 g / ngày), vì lượng bột ngọt trung bình hàng ngày theo quan sát của chúng tôi là 4 g / ngày [3]. Chúng tôi phát hiện ra rằng cứ 1 g bột ngọt hàng ngày sẽ làm tăng nguy cơ mắc hội chứng chuyển hóa. Mặc dù tác động cơ học của việc tiêu thụ bột ngọt dẫn đến các bệnh chuyển hóa không được thiết lập, nhưng sự giảm sút của Bififidobacterium ở động vật được xử lý bằng bột ngọt có thể là một manh mối. Thật trùng hợp, Bififidobacterium giảm ở chuột được điều trị bằng bột ngọt được tìm thấy trong nghiên cứu này tương tự như ở chuột bị thiếu vitamin B6 [46]. Nghiên cứu chuyên sâu về cách bột ngọt làm giảm vi khuẩn tốt và thay đổi tình trạng vitamin B6 cần được nghiên cứu thêm.

Chúng tôi đã chỉ ra rằng việc tiêu thụ bột ngọt gây ra tình trạng gan vàthậnthay đổi trao đổi chất liên quan đến quá trình tạo gluconeogenesis và chuyển hóa axit amin chuỗi nhánh, vitamin B6 và TMA, kèm theo sự thay đổi thành phần hệ vi sinh vật đường ruột. Những quan sát này cho thấy rằng các con đường trao đổi chất bị thay đổi có thể liên quan đến các tác dụng phụ của việc tiêu thụ bột ngọt trong thời gian dài, đặc biệt là đối vớiGanvàquả thận.