Мононатриевият глутамат предизвиква промени в чернодробните и бъбречните метаболитни профили и чревния микробиом на плъхове Wistar

edmund.chen@wecistanche.com

Резюме:Краткосрочната и дългосрочната консумация на мононатриев глутамат (MSG) повишава pH на урината, но ефектите върху метаболитните пътища в черния дроб, бъбрек и чревната микробиота остават неизвестни. За да се справим с този проблем, ние изследвахме възрастни мъжки плъхове Wistar, разпределени да получават питейна вода със или без 1 g процент MSG за 2 седмици (n=10, всеки). Извършихме метаболомно изследване на йеюнума, базирано на спектроскопия с ядрено-магнитен резонанс (NMR),черен дроб, ибъбреци, докато фекални проби бяха събрани за екстракция на бактериална ДНК, за да се изследва чревната микробиота, използвайки 16S rRNA генно секвениране. Наблюдавахме значителни промени вчерен дробна плъхове, третирани с MSG, в сравнение с контролите в нивата на глюкоза, пиридоксин, левцин, изолевцин, валин, аланин, кинуренат и никотинамид. Междубъбрекметаболити, нивото на триметиламин (TMA) е повишено, а пиридоксинът е намален след лечение с MSG. Секвенирането на гена 16S rRNA разкри, че плъховете, третирани с MSG, са увеличили Firmicutes, чревните бактерии, свързани с метаболизма на TMA, заедно с намалените видове Bififidobacterium. Нашите данни подкрепят въздействието на консумацията на MSG върхучерен дробибъбрекметаболизъм. Въз основа на промените в микробиома на червата, ние спекулираме, че TMA и неговите метаболити като триметиламин-N-оксид (TMAO) могат да бъдат медиатори на ефектите на MSG върхуздравето на бъбреците.

Ключови думи:мононатриев глутамат; чревна микробиота; метаболитен път; метаболомика; микробиом; триметиламин; Бъбрек; Черен дроб

ВъведениеМононатриевият глутамат (MSG) обикновено се добавя към храни за подобряване на вкуса, особено в азиатската кухня и индустриално преработените храни [1]. MSG се счита за безопасна съставка за консумация от човека, независимо от количеството от Администрацията по храните и лекарствата (FDA) [2] въпреки последните данни, показващи, че средният дневен прием на MSG е 3-4 g и че всеки допълнителен грам MSG увеличава риска за развитие на метаболитен синдром [3]. Повишените количества диетичен MSG се свързват с наднормено тегло [4,5] и хипертония [6], но резултатите са противоречиви [7,8].

Правени са опити да се разкрият ефектите на MSG върху метаболитните органи на животните чрез парентерален [9,10] или перорален прием [11,12]. В едно от тези усилия за изследване на ефектите на MSG при плъховебъбреци, резултатите показват, че както краткосрочната [13], така и дългосрочната [11] консумация на MSG причинява алкална урина при плъхове, въпреки че механизмът на алкализиране на урината не е установен. Метаболомиката е често използван подход за определяне на промените в метаболитите от различни състояния [14,15]. Краткосрочната консумация на MSG причинява специфични промени в метаболитите в урината, включително диметиламин (DMA) и метиламин (MA), които са извлечени от червата метаболити от триметиламин (TMA). TMA е летлив късоверижен алифатен амин, който осигурява характерната миризма на риба. Всъщност чревните бактерии произвеждат ТМА от диетична риба или може да се генерира от други хранителни вещества, включително холин и карнитин, които са изобилни в яйцата и червеното месо [16]. По-голямата част от ТМА се превръща ензимно в триметиламин-N-оксид без мирис (ТМАО), а високите плазмени нива на ТМАО се свързват със сърдечно-съдови заболявания (ССЗ) [17], хроничнизаболяване на бъбреците(CKD) [18] и диабет [19].

Тук се възползвахме от метаболомните инструменти, за да изследваме ефектите от краткосрочната консумация на MSG върху метаболома на плазмата,черен дроб,бъбреки червата и анализира корелацията между метаболомните резултати и промените в чревната микробиота. Нашите данни могат да осигурят нови механични прозрения за ефектите на хранителния MSG, като същевременно демонстрират биомаркери за индуцирано от MSG увреждане на органите.

Материали и методи

ЖивотниДвадесет 6-седмични мъжки плъхове Wistar (тегло приблизително 200 g) бяха получени от Националния център за лабораторни животни (Mahidol University, Salaya, Банкок, Тайланд), аклиматизирани в индивидуални метаболитни клетки от неръждаема стомана в продължение на 2 седмици и след това се поддържат при стандартни условия на температура (23 ± 2 ◦C), влажност (30–60 процента) и яркост (350–400 Lux) от 12 часа тъмно/12 часа светъл цикъл. По време на изследването на плъховете е предоставена търговска пелетна диета № CP 082 (Perfect Companion Group, Банкок, Тайланд). Всички експерименти бяха извършени в съответствие с насоките на Североизточния лабораториен център за животни (NELAC), университета Khon Kaen, Тайланд. Освен това, проучването е одобрено от Комитета по етика на животните на университета Khon Kaen, Тайланд (AEKKU-NELAC5/2558).

РеактивиЧист хранителен клас (99 процента) MSG (Ajinomoto, Токио, Япония) е използван за хранене на животните. Търговски клас метанол и хлороформ бяха закупени от RCI LABSCAN LIMITED (Бангкок, Тайланд) за тъканна екстракция, LC-MS-клас вода беше закупена от Merck (Дармщат, Германия), калиев дихидроген фосфат (KH2PO4) и деутериев оксид (D2O) бяха закупени от Merck (Дармщат, Швейцария), натриев азид (NaN3) е произведен от Европейската агенция по химикали (ECHA, Хелзинки, Финландия), натриев триметилсилил-[2,2,3,3-2H4]-пропионат (TSP) , вътрешен стандарт за NMR анализ, е получен от Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz CA, USA). За масспектрометрия, търговски клас изопропанол (C3H8O) и мравчена киселина (CH2O2) бяха закупени от RCI LABSCAN LIMITED (Бангкок, Тайланд).

Експериментален дизайнПлъховете бяха разпределени на случаен принцип да получават питейна вода с (n=10) или без (n=10) 1 g процент MSG в продължение на 2 седмици. Използвана е вода с обратна осмоза (RO) (концентрация на хлор от 3–4 ppm) за изследването върху животни, когато всички плъхове са имали свободен достъп до храна. Бяха записани дневният прием на вода (ml) и храна (g), както и седмичното телесно тегло (g). Екскрецията на 24 урина (ml/плъх/ден) се записва през целия период на изследването. Проби от фекалии и кръв от опашката (100 µL плазма) бяха събрани 2 седмици преди умъртвяването на животни с помощта на въглероден диоксид (CO2) след 12- часа гладуване. Тъканни проби, т.е. йеюнум,черен дробибъбрек,бяха събрани и моментално замразени в течен азот, преди да бъдат съхранени при t80 ◦C, докато се използват за анализ.

Подготовка и анализ на пробитеВсяка тъкан (100 mg мокра маса) се използва за екстракция на метаболит съгласно публикуваните по-рано протоколи [20]. Преди получаване на ЯМР, полярната фаза на тъканните екстракти се ресуспендира в NMR буфер от 580 µL (100 mM натриев фосфатен буфер, рН 7,4, в D2O, съдържащ 0,1 mM TSP и 0,2 процента NaN3), разбърква се за кратко и се центрофугира при 12,000× g за 5 минути при 4 ◦C. Впоследствие 550 uL от сместа се прехвърлят в NMR стъклена тръба (Duran Group, Майнц, Германия) с външен диаметър 5 mm преди NMR анализ. Приблизително 250 mg фекалии се смесват с 500 µL HPLC вода (Merck, Darmstadt, Германия) и се хомогенизират с помощта на вихров миксер със скорост 2500 rpm за 15 минути при стайна температура. След това фекалната суспензия се центрофугира при 12, 000 × g за 15 минути при 4 °C и 540 µL от супернатанта се прехвърля в чисти 1,5 mL микроепруветки и 60 µL NMR буфер (1,5 М KH2PO4 буфер, pH 7,4 , в D2O, съдържащ 2 mM TSP и 1 процент NaN3) се добавя. След това епруветките се разбъркват за кратко, центрофугират се при 12,000× g за 10 минути и накрая 580 µL от сместа се прехвърлят в стъклена епруветка за NMR с външен диаметър 5 mm за анализ.

Тъканни екстракти и фекални проби бяха анализирани с помощта на 400 MHz NMR спектрометър (Bruker Biospin, Rheinstetten, САЩ) при температура от 298.15 K. Спектрите бяха отнесени към пика на TSP (δ1H { {14}}.00), поетапно и базовата линия коригирана с помощта на MATLAB (Mathworks, Natrick, MA USA). Сигналът на пика на TSP (δ1H H1.000–0,005) от всички тъкани и пика на TSP (δ1H H1,20–0,157) от изпражненията бяха премахнати. В допълнение, водният пик беше отстранен от йеюнума (δ1H 4.50 и 5.20),черен дроб(δ1H 4.68 и 5.00),бъбрек(δ1H 4,31 и 5,74) и фекалии (δ1H 4,18 и 5,23). Освен това необработените спектри бяха подложени на подравняване и нормализиране на пиковете [21]. Спектралните данни на всички проби бяха анализирани с помощта на неконтролиран анализ на главните компоненти (PCA) и контролиран ортогонален сигнал за корекция-проекция към латентни структури-дискриминантен анализ (O-PLS-DA). Данните бяха средно центрирани и мащабирани с дисперсия на единица (UV). Моделите O-PLS-DA се оценяват чрез стойностите R2X, R2Y и Q2Y, представляващи съответно годността, фракцията на дисперсиите на Y матрицата и способността за прогнозиране на модела [22]. За да се избегне пренапасване, 7-кръстосаното валидиране на сгъване беше извършено за 500 повторения. Използвана е p-стойност на пермутация, за да се посочи валидността на модела. Значими променливи на всеки валиден модел бяха избрани чрез O-PLS-DA коефициенти на корелация с корекция на степента на фалшиво откриване на Benjamini-Hochberg (p <0.05). статистическа="" тотална="" корелационна="" спектроскопия="" (stocsy)="" [23],="" вътрешни="" бази="" данни="" за="" химично="" изместване="" и="" база="" данни="" на="" човешкия="" метаболом="" (hmdb="" версия="" 4,="" сащ)="" [24]="" бяха="" използвани="" за="" идентифициране="" на="">

Анализът на обогатяване на пътя също беше проведен с помощта на MetaboAnalyst (http://www. metaboanalyst.ca/ (достъп на 14 юли 2020 г.)) [25]. Илюстрацията на метаболитния път е генерирана от Cytoscape [26]. Промените в метаболитите бяха идентифицирани чрез STOCSY и беше извършен едномерен анализ чрез изследване на относителната концентрация на значително диференциални метаболити, като се изчисли интегрирането на пиковете на спектрите. Съгласно p-стойността, изчислена чрез t-теста на Student с помощта на GraphPad Prism 7 (Ver. 7, GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA, USA).

Подготовка на плазмени проби за UHPLC-ESI-QTOF-MS анализПлазмата (50 µL) се смесва със 150 µL изопропанол (IPA), последвано от 24-h инкубиране при 20 ◦C за утаяване на протеина. Всички проби се центрофугират два пъти при 13,000× gat 4 ◦C за 10 минути. Общо 50 µL бяха взети от всяка проба и събрани в 1,5 mL микроцентрофужна епруветка за конструиране на проба за качествен контрол (QC) и 120 µL от всяка смес от проби бяха прехвърлени в HPLC стъклена вложка.

UHPLC-ESI-QTOF-MS анализАнализът UHPLC-ESI-QTOF-MS беше използван в Международната феноменална лаборатория на университета Khon Kaen (KKUIPL). Екстрактите от водната фаза на пробите бяха анализирани на платформа с обърната фаза. Разделителната част беше извършена с помощта на UHPLC система (Bruker, Darmstadt, Германия), когато интензитетът на Bruker solo HPLC C18 2.1 × 100 mm, 2 µm колона (Bruker, Дармщат, Германия). Температурата на колоната беше настроена на 55 ◦C и температурата на автосамплера беше настроена на 4 ◦C. Мобилна фаза А беше 10{{20}} процента вода с клас HPLC с 0.1 процента мравчена киселина (FA), а подвижната фаза В беше 10 {{30}} процента метанол с 0.1 процента FA. Скоростта на потока беше зададена на 0.4 mL/min, а градиентът на елуиране беше зададен на -99,9 процента A (0.{{40}}–2.{{46 }} min, 0.25 mL/min), 99,9–75 процента A (2.0–10.0 min, 0. 4 mL/min), 2{{60}} процента A (10.0–12.0 min, 0.4 mL/min), 10 процента A (12.0–21.0 min, 0.4 mL/ min), 0,1 процента A (21,0–23,0 min, 0,4 mL/min), 99,9 процента A (24,0–26,0 min, 0,4 mL/min). Обем на инжектиране на проба от 4 µL беше приложен както за режимите на положителна, така и за отрицателна йонизационна полярност.

Масспектрометричните анализи бяха извършени с помощта на компактна система ESI-Q-TOF (Bruker, Darmstadt, Германия). Натриев формиат (HCOONa), съдържащ 2 mM натриев хидроксид, 0.1 процента FA и 50 процента IPA, се инжектира директно като външен калибрант със скорост на потока 0,5 µL/min. Състоянието в режим на положителна полярност на йонизация—масов обхват 50–1300 m/z, напрежение на конуса 31 V, капилярно напрежение 4500 V, температура на източника 220 ◦C, температура на десолватация 220 ◦C, поток на десолватационен газ 8 L/min. Условията на режим на отрицателна полярност на йонизация - обхват m/z: 50–900 m/z, напрежение на конуса 31 V, капилярно напрежение 4500 V, температура на източника 220 ◦C, температура на десолватация 220 ◦C, поток на десолватационен газ 8 L/min.

Анализ на чревния микробиомДНК се екстрахира с помощта на QiAamp® PowerFecal® Pro ДНК комплект (Qiagen, Hilden, Германия). Екстрахираната ДНК се измерва при OD 260/280 с помощта на спектрофотометър Nanodrop2000c (Thermo scientifific, Waltham, MA, USA). Цялата извлечена ДНК се съхранява при t20 ◦C до анализите. V3-V4 регионът на 16S рибозомния РНК (rRNA) ген за всяка проба се амплифицира с помощта на универсален преден праймер V3 (50-CCTACGGGNGG CWGCAG-30) и обратен праймер V4 ({ {11}}GACTACHVGGGTATCTAATCC-30). PCR реакцията се състои от 2x KAPA HiFi HotStart ReadyMix, 12,5 ng ДНК матрица и 5 µM от всеки праймер, с първоначална денатурация при 95 °C за 3 минути, последвана от 25 цикъла на денатурация при 95 °C за 30 s, отгряване при 55 °C C за 30 s, удължаване при 72 ◦C за 30 s и последно удължаване при 72 ◦C за 10 min. Agilent DNA 1000 Chip и Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA) бяха комбинирани за количествено определяне на амплифицирания продукт. PCR ампликоните бяха пречистени с помощта на AMPure XP гранули за пречистване. Частичният 16S rRNA ген беше секвениран с помощта на платформа Illumina MiSeq (Illumina Inc., Сан Диего, Калифорния, САЩ).

Библиотеката за секвениране на 16S rRNA беше подготвена с помощта на геномна ДНК (gDNA) и съвпадащи последователности от сдвоени краища бяха обединени с помощта на FLASH (http://ccb.jhu.edu/software/FLASH/ (достъп на 29 юни 2020 г.)) [27] . Качественото фифилтриране премахна последователности, съдържащи нискокачествени четения, и беше извършено с помощта на CD-HIT-OTU (http://weizhong-lab.ucsd.edu/ cd-hit-otu (достъп на 29 юни 2020 г.)) [28] и rDnaTools пакет. OTUs (Оперативни таксономични единици) бяха класифицирани с 97 процента прагова идентичност, използвайки UCLUST алгоритъм, базиран на 100 процента сходство. Последователности, споделящи по-голямо или равно на 97 процента сходство, бяха присвоени на едно и също OTU. Представителните OTU последователности бяха подравнени и бяха таксономично класифицирани с помощта на Ribosomal Database Project (RDP) и бяха сравнени с референтните бази данни NCBI. Класификацията се основава на базата данни на Green genes (http://greengenes.lbl. gov/ (достъп на 29 юни 2020 г.)). Резултатът от класификация на четения на няколко таксономични нива — царство, тип, клас, разред, семейство, род и видове, използвайки Количествени прозрения в микробната екология (QIIME) [29].

Статистически анализСтатистическият анализ на приема на храна и вода, обема на отделената урина и телесното тегло бяха отчетени като средно ±SD за група животни и разликите между групите бяха сравнени за статистическа значимост чрез t-теста на Student с p-стойност < {{2} }.05 се счита за статистически значимо.

Резултати

ВЪЗДЕЙСТВИЕ на MSG върху приема на храна и вода, телесното тегло и обема на отделената уринаТретираните с MSG и контролните плъхове имат сходно количество прием на храна (17,44 ± 1,94 и 18,46 ± 1,37 g/плъх/ден, съответно) (Фигура 1A) и телесно тегло (333,58 ± 17,23 и 333,80 ± 15,50 g/плъх, съответно) (Фигура 1B). Въпреки това, приемът на вода е значително по-висок при плъхове, третирани с MSG (52,38 ± 18,36 mL/ден) в сравнение с контролите (38,38 ± 8,39 mL/ден) (Фигура 1C). Както в третираните с MSG, така и в контролните групи, отделената урина има тенденция да се увеличава с времето, въпреки че значително увеличение се наблюдава само при плъхове, третирани с MSG (15,42 ± 3,92 mL/плъх/ден при предварително третиране и 29,09 ± 8,78 mL/плъх/ ден след лечението). Също така, въпреки че не е статистически значимо, отделянето на урина от третирани с MSG плъхове (29,09 ± 8,78 mL/плъх/ден) е очевидно по-високо от това на контролите (23,15 ± 10,55 mL/плъх/ден) (Фигура 1D).

Метаболитни промени в метаболитно важни органиNMR спектрите на събраните тъканни проби бяха анализирани след две седмици лечение с MSG. PCA на NMR спектралните данни първоначално беше извършена, за да се наблюдават всякакви очевидни групи и отклонения (Фигура 2). Ясното групиране и пълното разделяне се наблюдават в чернодробните метаболитни профили между контролната и третираната с MSG група с пермутационна p-стойност 0.002, R2X от 58 процента, Q2Y от 0,84 и R2Y от 0,93, илюстрирани в PCA и O-PLS-DA точкови графики (Фигура 2A, B). Представителен OPLS-съответстващ график на натоварване на коефициента с присвояване на метаболитите е представен на Фигура 3 със значителничерен дробмодели, посочени на фигура 3A; всички значителни промени в метаболитите са обобщени в таблица 1. В черния дроб са открити по-високи нива на шест метаболита, включително глюкоза, пиридоксин, 2-деоксиуридин, инозин, неизвестни 1 и 2 в групата, лекувана с MSG, докато единадесет метаболита , а именно левцин, изолевцин, валин, аланин, N-ацетилгликопротеин, ацетон, 1,3 диметилурат, хистамин, ксантин, кинуренат и никотинамид, са били значително по-високи в контролната група. Графиката на резултатите от PCA въз основа набъбречнаметаболитите (Фигура 2C) показват липса на ясно групиране между две групи и моделът O-PLS-DA е статистически значим с p-стойност на пермутация 0.018, R2X от 56 процента, Q2Y от 0.29 и R2Y от 0.74 (Фигура 2D). Два променени метаболита са открити вбъбречни тъканисъс значително по-високо ниво на триметилламин и значително по-нисък пиридоксин в групата, лекувана с MSG, в сравнение с контролите (Фигура 3B). За разлика от това, резултатите от йеюнума (Фигура 2E, F), фекалиите и плазмата (Фигура 2 и Фигура S1) не разкриват групиране между третираните и контролните групи, илюстрирани в диаграми за PCA и O-PLS-DA резултати.

Корелационните пътища на значимите метаболити вчерен дробибъбречни тъканибяха изследвани с помощта на KEGG ID и генерирани от софтуера Cytoscape. Установено е, че метаболитите свързват метаболитната мрежа. Когато тези резултати бяха комбинирани, за да се начертае карта на метаболитния път, за да се илюстрира по-интуитивна корелация, беше разкрито, че метаболитите са свързани главно с метаболитни пътища, като чернодробна глюконеогенеза, аминокиселини с разклонена верига, витамин В6 и метаболизъм на триметиламин ( Фигура S3).

Консумацията на MSG променя микробиома на черватаРезултатите от анализа на фекалния бактериален състав показват седем вида, 15 класа, 19 разреда, 46 семейства, 127 рода и 22 0 вида от всички групи животни. Бяха избрани първите 7–10 вида и беше генерирано процентно относително изобилие на бактериални общности на ниво тип, клас, ред, семейство, род и видове (Фигура 4). На ниво тип, първите четири относително изобилни типа бяха в следния ред — Firmicutes > Bacteroidetes > Proteobacteria > Actinobacteria при всички животни (Фигура 4A). Изобилието на Actinobacteria е значително по-ниско при плъхове, третирани с MSG (0,30 процента), отколкото при контролните плъхове (1,32 процента) (Фигура 5А).

На ниво клас, най-изобилната микробиота е Bacilli > Clostridia > Bacteroidia > Erysipelotrichia при всички животни (Фигура 4B). Групата, лекувана с MSG, има значително по-високи Clostridia (31,59 процента) от контролната група (19,25 процента). Въпреки това плъховете, третирани с MSG, имат значително по-ниски Actinobacteria (0.15 процента), отколкото контролните плъхове (1.09 процента) (Фигура 4B). Когато се тълкуват на ниво поръчка, Lactobacillales, Clostridiales, Bacteroidales, Erysipelotrichales са изобилни при всички животни (Фигура 4C). Clostridiales са значително по-високи при плъховете, третирани с MSG (31,59 процента), отколкото при контролните плъхове (19,25 процента), докато Bifidobacteriales са значително по-ниски при плъховете, третирани с MSG (0,06 процента) в сравнение с контролните плъхове (1,06 процента).

Четирите най-изобилни семейства, които обикновено се наблюдават при всички експериментални животни, са в следния ред — Lactobacillaceae > Erysipelotrichaceae > Clostridiaceae > Prevotellaceae (Фигура 4D). На семейно ниво Bififidobacteriaceae е значително по-нисък, но неидентифицираните Clostridiales са значително по-високи при плъхове, третирани с MSG, в сравнение с контролните плъхове. Относителното изобилие на първите четири рода, наблюдавани при всички животни, е в следния ред — Lactobacillus > Turicibacter > Prevotella < clostridium="" (фигура="" 4e).="" топлинна="" карта="" на="" относителното="" изобилие="" на="" ниво="" род="" показва="" по-ниско="" изобилие="" на="" lactobacillus="" и="" по-високо="" изобилие="" на="" clostridium="" при="" плъхове,="" третирани="" с="" msg="" (фигура="" 5b).="" освен="" това,="" по-ниското="" изобилие="" на="" bififidobacterium="" също="" се="" наблюдава="" при="" плъхове,="" третирани="" с="" msg="" (0.06="" процента),="" в="" сравнение="" с="" контролните="" плъхове="" (1,06="">

На видово ниво първите четири вида чревни бактерии, често срещани при всички плъхове, са Lacto bacillus intestinalis, Turicibacter sanguinis, Clostridium saudiense и Muribaculum intestinale по ред (Фигура 4F). В групата, лекувана с MSG, Flintibacter butyricus е значително по-изобилен, отколкото в контролната група, докато Faecalibaculum rodentium и Bififidobacterium pseudolongum са значително по-малко.

Дискусия

Няколко доказателства последователно свързват консумацията на MSG с неблагоприятни ефекти върху човешкото здраве, като по-висока честота на метаболитен синдром [3], наднормено тегло [4,5] и артериална хипертония [6]. Въпреки това в някои случаи данните са противоречиви и основните механизми остават неясни. За да се справим с този проблем, ние проучихме метаболитните промени в тъканите и микробните промени в червата, предизвикани от консумацията на MSG. Както е илюстрирано в схематичното представяне на фигура 6, консумацията на MSG променя метаболитите, свързани с чернодробната глюконеогенеза, метаболизма на аминокиселините с разклонена верига (BCAA), метаболизма на витамин B6 и триметиламин. Освен това, краткосрочната консумация на MSG потиска относителното изобилие на Bififidobacterium, която се счита за полезна бактерия, и Clostridium, свързана с производството на TMA и TMAO [30].

В черния дроб метаболитите като глюкоза, пиридоксин (B6), 2-дезоксиуридин, инозин, неизвестни 1 и 2 са значително по-високи при животни, третирани с MSG, отколкото при контролите, докато единадесет метаболита (т.е. левцин, изолевцин, валин , аланин, N-ацетилгликопротеин, ацетон, 1,3-диметилурат, хистамин, ксантин, кинуренат и никотинамид) са значително по-ниски. Първо, по-високите нива на глюкоза могат да показват повишаване на чернодробната глюконеогенеза, свързана с MSG, което е в съгласие с докладваната по-рано висока плазмена глюкоза при новородени прасета, получаващи добавки с MSG (1 g/kg телесно тегло) [31]. Второ, намалените нива на аланин и три BCAA, включително валин, левцин и изолевцин, могат да корелират с катаболизма на аминокиселините и енергийния метаболизъм, при които техните въглеродни скелети могат да се използват като прекурсори за глюконеогенезата (аланин, валин и изолевцин като глюкогенни аминокиселини) и производство на енергия чрез цикъла на трикарбоксилната киселина (TCA). В съгласие с предишния доклад, ние открихме, че продуктите на разграждане на левцин и лизин, бета-хидроксиизовалерат и 5-аминовалерат, съответно, са били значително по-високи в урината на плъхове, третирани с MSG [13]. Трето, повишен пиридоксин вчерен дроби намален пиридоксин вбъбрекна плъхове, третирани с MSG, предполагат промяна в метаболизма на витамин B6. Открихме също намалени нива на хистамин, кинуренат и никотинамид вчерен дробна плъхове, третирани с MSG, които са продукти на В6-зависими ензими в метаболизма на хистидин и триптофан. Връзката между приема на MSG и метаболизма на витамин B6, хистидин и триптофан трябва да бъде допълнително проучена. Четвърто, третирани с MSG плъхове имат по-високи нива на триметиламин (TMA) вбъбрек. TMA се синтезира от диетични съставки, включително холин, L-карнитин и бетаин чрез действието на микробни ензими [16]. TMA се абсорбира до голяма степен по пасивен начин в порталната циркулация и главно се окислява до триметиламин-N-оксид (TMAO) от чернодробни монооксигенази, съдържащи флавин (FMO). Малка част от ТМА се окислява до диметиламин (DMA) и метиламин (MA) и накрая се екскретира в урината [32,33]. По-високи нива на DMA и MA в урината на плъхове, третирани с MSG, са докладвани по-рано [13]. Няколко проучвания показват, че повишените прекурсори на TMA, холин или неговите метаболити, TMAO, могат да доведат до прогресивнобъбречнатубулоинтерстициална фиброза, сърдечно-съдови заболявания и хроничнизаболяване на бъбреците[34–36]. Следователно, повишеното ниво на TMA вбъбрекможе да представлява връзката между приема на MSG ибъбречно увреждане.

Преминавайки от наблюдаваните промени в ТМА, ние изследвахме чревната микробиота на третирани с MSG плъхове и демонстрирахме промяната на двата основни вида, Firmicutes и Bacteroidetes. По-високото изобилие на Firmicutes, но по-ниското изобилие на Bacteroidetes се наблюдава при плъхове, третирани с MSG. На ниво род плъховете, третирани с MSG, имат по-високо изобилие от Clostridium и по-ниско изобилие от Lactobacillus и Bififidobacterium. Родът Clostridium включва група микроорганизми, принадлежащи към типа Firmicutes. Някои Clostridium spp. са свързани с метаболизма на TMA чрез производство на ензими за превръщане на холин или диетични съставки в TMA [33,37,38]. Повишените чревни бактерии, произвеждащи ТМА, т.е. Clostridium spp., поддържат повишаването на метаболитите на ТМА вбъбреки урина на плъхове, третирани с MSG. Освен това консумацията на MSG намалява популацията на Bififidobacterium, пробиотична бактерия, която играе важна роля в хомеостазата и здравето на червата [39]. Простите и смилаеми въглехидрати като лактоза и захароза се метаболизират в горния стомашно-чревен тракт (GI) от гостоприемника и бактерии като лактобацили. Въпреки това, несмилаемите въглехидрати, т.е. диетичните фибри, се метаболизират в долния стомашно-чревен тракт от членовете на чревната микробиота, включително Bififidobacterium. Диета с високо съдържание на наситени мазнини и прости захари, но бедна на диетични фибри, като например диета в западен стил, може да допринесе за по-малък брой полезни бактерии [40]. Намаляването на Bifidobacterium, добра бактерия, се съобщава при хронични възпалителни заболявания като затлъстяване [41], хепатит В [42] и диабет [43,44]. Ефектът от консумацията на MSG върху чревната микробиота при хора беше докладван по-рано, без значителни промени в микробния състав в сравнение с изходното ниво [45]. Слабото въздействие на MSG върху чревната микробиота в това проучване може да се дължи на ниската доза добавки с MSG (2 g/ден), тъй като средният дневен прием на MSG според нашето наблюдение е 4 g/ден [3]. Установихме, че всеки 1 g дневен прием на MSG повишава риска от метаболитен синдром. Въпреки че механизмът на консумация на MSG, водещ до метаболитни заболявания, не е установен, намаляването на Bififidobacterium при животни, третирани с MSG, може да бъде улика. По съвпадение, намалените Bififidobacterium при плъхове, третирани с MSG, открити в настоящото проучване, са подобни на тези при плъхове с дефицит на витамин B6 [46]. Интензивното проучване на това как MSG намалява добрите бактерии и променя статуса на витамин B6 се нуждае от допълнително проучване.

Ние показахме, че консумацията на MSG предизвиква чернодробна ибъбречнаметаболитни промени, включени в глюконеогенезата и метаболизма на аминокиселините с разклонена верига, витамин В6 и ТМА, придружени от промени в състава на чревната микробиота. Тези наблюдения предполагат, че променените метаболитни пътища могат да бъдат свързани с неблагоприятни ефекти от дългосрочната консумация на MSG, особено върхучерен дробибъбрек.