A nátrium-benzoát, egy széles körben alkalmazott élelmiszer-tartósítószer hatása a glükóz homeosztázisára és az anyagcsere profiljára emberben

Belinda Lennerz

Bostoni Gyermekkórház, 300 Longwood Avenue, Boston, MA 02115, USA

Scott B. Vafai

Massachusettsi Általános Kórház, Boston, MA 02114

Nigel F. Delaney

Massachusettsi Általános Kórház, Boston, MA 02114

Clary B. Clish

Broad Institute of Harvard és MIT, Cambridge, MA 02141, USA

Amy A. Deik

Broad Institute of Harvard és MIT, Cambridge, MA 02141, USA

Kerry A. Pierce

Broad Institute of Harvard és MIT, Cambridge, MA 02141, USA

David S. Ludwig

Bostoni Gyermekkórház, 300 Longwood Avenue, Boston, MA 02115, USA

Vamsi K. Mootha

Massachusettsi Általános Kórház, Boston, MA 02114

Társított adatok

Absztrakt

1.2: Bevezetés

A benzoát hippuráttá történő átalakulása a mitokondriális mátrixon belül két lépésben történik. A benzoát belép a mitokondriumba, és egy ATP-függő sav: CoA-ligáz átalakítja benzoil-CoA-vá (1. reakció). A benzoil-CoA-t a glicin-N-acil-transzferáz átalakítja hippuráttá (2. reakció), majd kilép a mitokondriumokból.

Csoportunk érdeklődése a nátrium-benzoát lenyelésének metabolikus következményei iránt egy olyan vizsgálattal kezdődött, amelyben tömegspektrometriás alapú metabolit plazma profilalkotást alkalmaztunk az orális glükóz tolerancia tesztre (OGTT) adott válasz jellemzésére [1]. Az OGTT ital 75 gramm glükózt, íz- és színadalékokat, valamint tartósítószerként a nátrium-benzoát GRAS-koncentrációját tartalmazza. Ebben a vizsgálatban a legjelentősebben megváltozott metabolit a nátrium-benzoátból származó hippurát volt [1]. A hippurát jelentős növekedése felvetette a kérdést, hogy mi a tágabb metabolikus hatása a nátrium-benzoátnak, és hogy az OGTT italban található nátrium-benzoát befolyásolja-e a választ a glükóz kihívásra. Tekintettel arra, hogy az OGTT-t a diabetes mellitus diagnosztizálására használják, egy ilyen kölcsönhatás fontos klinikai következményekkel járna. Még aggasztóbb az a tény, hogy ha a nátrium-benzoát jelentősen befolyásolja a glükóz kihívásra adott reakciót, az üdítők és más benzoátot tartalmazó élelmiszerek gyakori fogyasztása növelheti a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásának kockázatát.

Figyelemre méltó, hogy számos állat- és sejttenyésztési modellből származó jelentés azt sugallta, hogy a nátrium-benzoát és a hippurát jelentős hatással lehet a glükóz homeosztázisra. Például juhokban a benzoesav intravénás infúziója egyidejű glükózadagolás nélkül a szérum glükóz, inzulin és glükagon emelkedését eredményezte [11], ami az inzulinra és a glukagonra adott kombinált szekretagóg hatást sugall, valamint az inzulinérzékenység potenciális hatását. Veseelégtelenségben szenvedő betegekkel végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a hippurát károsítja a tenyészet sejtjeiben a bazális és inzulin által stimulált glükózfelvételt [12, 13]. A szerzők azt javasolják, hogy a veseelégtelenítésű hippurát felhalmozódhat veseelégtelenségben, és ezért megmagyarázhatja az ezen betegeknél megfigyelt megváltozott glükóz homeosztázist. Végül az intravénás nátrium-benzoát (amely nátrium-fenil-acetátot és dextrózt is tartalmaz) klinikai készítményének betegtájékoztatója azt jelzi, hogy az intravénás nagy dózisú benzoáttal kezelt betegek hét százalékánál hiperglikémiát észleltek [14].

Összességében ezek az adatok arra késztettek bennünket, hogy megfogalmazzuk azt az új hipotézist, miszerint a GRAS dózisú nátrium-benzoát és metabolitja hippurátja befolyásolhatja az inzulin- és glükagonszekréciót, valamint a perifériás inzulinhatásokat. Mind a mai napig azonban nem végeztek tanulmányokat a nátrium-benzoát orálisan beadott orális adagjának in vivo hatásáról a glükóz homeosztázisra humán személyekben. Jelen tanulmány célja annak a hipotézisnek a tesztelése volt, hogy a nátrium-benzoát GRAS-dózisa jelentős hatással van a glükóz-kihívásra adott válaszra, és ezért potenciálisan diabetogén krónikus környezeti expozíciót jelenthet. Itt közöljük egy randomizált, keresztezett vizsgálat eredményeit, amelyek célja a nátrium-benzoát GRAS-dózisának önmagában és glükózzal kombinálva adott akut orális beadásának hatása a glükóz homeosztázisra és a plazma metabolitprofilra.

1.3: Eredmények

A nátrium-benzoát metabolikus hatásának felmérése érdekében 14 túlsúlyos, de egyébként egészséges egyént vettünk fel egy randomizált, kontrollált keresztezett klinikai vizsgálatba. Amint a 2. ábra összefoglalja, az egyének két tanulmányi látogatásra érkeztek, amelyeken vizes italt, majd 75 gramm glükózoldatot kaptak. Az egyik vizsgálati napon mindkét ital 0,1% nátrium-benzoátot tartalmazott, a másik vizsgálati napon pedig nátrium-benzoátot nem tartalmazott.

Két vizsgálati italt adtunk 0,1% nátrium-benzoáttal vagy anélkül, mindkét tesztnapon 0 és 180 percenként. A második ital mindig 75 gramm glükózt tartalmazott. Soros vérmintát vettünk a fekete nyilakkal jelezve.

A felvett alanyok jellemzőit az 1. táblázat mutatja. Egy alany súlya nagyobb, mint 2,5% volt a vizsgálati látogatások között, és egy alany 8 hétnél hosszabb intervallummal járt a tanulmányutak között, és a BMI kissé meghaladta a kívánt 25–30 kg/m 2 tartományt. Tekintettel arra, hogy ezeket nem tekintették szignifikáns eltéréseknek a vizsgálat tervétől és protokolljától, ezeket az egyéneket felvették az átfogó elemzésbe.

Asztal 1

Átlagos (tartomány)

N	14
Életkor (év)	29.9
Nem
Férfi	10.
Női	4
BMI (kg/m 2)	28.4	(24.9–31.2)
Súly (kg)	85	(69–107)
Szódafogyasztás (oz/nap)	6.2	(0,0–24,0)
Böjt glükóz (mg/dl)	84.4	(75,0–96,0)
Böjt inzulin (mIU/L)	5.0	(1.7–7.1.)

A vonalak a próbanap minden egyes időpontjában a benzoát nélküli (fekete vonalak) vagy a benzoát (piros) italok átlagos mérését mutatják. A hibasávok a 95% -os konfidenciaintervallumot mutatják az átlagos mérés körül minden időpontban. A beszúró panelek az egyes panelek átlagos AUC2hr értékét mutatják, hibasávokkal, amelyek jelzik az átlag 95% -os konfidencia intervallumát.

A vizsgálat legfontosabb glikémiás végpontjainak eredményeit a 3. és az E2. Ábra mutatja. A glükóz és az inzulin a nem glükóz italok elfogyasztása után lapos maradt, de a várakozásoknak megfelelően meredeken emelkedett a glükóz italokra reagálva. A görbe alatti terület az egyes italok után (AUC2hr) a nem glükóz italok után, valamint az AUC5hr mérések sem különböztek szignifikánsan az inzulin vagy a glükóz benzoát és nem benzoát italai között. A glükóz tartalmú italok esetében az inzulin és a glükóz AUC2hr értéke kissé magasabb volt benzoát jelenlétében, de a különbség kicsi volt és statisztikailag nem szignifikáns. Ezenkívül az inzulin és a glükóz egyetlen időpontja sem különbözött szignifikánsan benzoát jelenlétében vagy hiányában (mindegyik p> 0,05). Az E2. Ábrán bemutatott glukagonértékek meglehetősen változónak bizonyultak, és nem mutattak érdemi változást az AUC2hr, AUC5hr vagy az egyes időpontokban. Megvizsgáltuk, hogy a szódafogyasztás, az AUC5hr hippurát vagy az AUC5hr benzoát jelentett-e jelentős előrejelzőt a benzoát és a nem benzoát vizsgálati napok bármelyik legfontosabb glikémiás végpontja (glükóz, inzulin vagy glükagon) közötti különbség szempontjából, de nem találtunk szignifikáns kapcsolatot ( mind p> 0,1).

Boxplot, amely az antranilsav, az acetil-glicin és a glicin 30 perces kirándulását (Log [A.U. Time 30] - Log [A.U. Time 0]] mutatja be, miután az italt csak vízzel (fekete) vagy vízzel és benzoáttal (piros) fogyasztották. A négyzetek az egyes eloszlások 1. és 3. kvartiliséből állnak, és a vízszintes vonal a medián értéket mutatja. Mind a 14 alany adatpontjai pontként jelennek meg.

1.4: Megbeszélés

Jelen tanulmányunk során széles körű metabolikus értékelést végeztünk a modern társadalomban mindenütt jelen lévő élelmiszer-tartósítószer, a nátrium-benzoát GRAS-dózisának akut orális expozíciójáról. Noha a glükóz tartalmú italok görbe alatti glükóz és inzulin területe kissé nagyobb volt benzoát jelenlétében, ezek a különbségek kicsiek és statisztikailag nem szignifikánsak. Megállapítottuk azonban, hogy a nátrium-benzoát-expozíció jelentősen befolyásolja négy keringő metabolitot, magát a benzoátot, a hippurátot, az acetil-glicint és az antranilsavat, és csökkenő tendenciát okoz a glicinben. Tekintettel arra, hogy a glükóz és benzoát tesztital utánozza a klinikailag használt OGTT italt, tanulmányunk nem támasztja alá azt az aggodalmat, hogy a nátrium-benzoát összekeveri az OGTT eredményeit, bár a kis mintaméret és a korlátozott statisztikai teljesítmény miatt nem lehet végleges következtetést levonni tanulmányunk.

Bár a nátrium-benzoát-expozíció miatt nem találtunk statisztikailag szignifikáns különbségeket a glükóz- vagy inzulinszintekben, vizsgálatunknak vannak korlátai. Értékeltük a benzoát GRAS egyetlen dózisának hatását, és a nagyobb és a krónikus dózisok nagyobb hatást gyakorolhatnak. A maximális plazma hippurátkoncentráció (korlátozott méréseink alapján) elért ebben a vizsgálatban,

446 mikromoláris, a sejttenyésztési vizsgálatokban használt tartományban van, amely a hippurát gátló hatását bizonyítja a glükózfelvételre, a maximális hatás fele pedig 432 mikromoláris értéknél figyelhető meg [13]. Ugyanakkor egy juh vizsgálatban, amelyben az intravénás benzoesav növelte az inzulin, a glükagon és a glükóz mennyiségét, az intravénás expozíciót követően az inzulin és a glükagon növekedésének ED50 értéke

A szájon át alkalmazott egyszeri adagunk 16-szorosa [11]. Mint ilyen, nagyobb dózisú orális benzoátra lehet szükség, amellyel az egyén több benzoát-tartalmú ételt és italt fogyaszthat egy ülésen, hogy szükségessé váljon a glükóz homeosztázisra gyakorolt jelentős hatás. Jövőbeli vizsgálatokra lesz szükség az ilyen nagyobb dózisú és hosszabb távú expozíció metabolikus hatásainak feltárásához.

1.5 .: Anyagok és módszerek

A tanulmány áttekintése

Beavatkozások

Az alanyok a Bostoni Gyermekkórház Klinikai Transzlációs Tanulmányi Egységének (CTSU) 2 külön tesztnapon kerültek bemutatásra, amelyek legalább 1 hetes különbséggel kerültek átadásra az átviteli hatások elkerülése érdekében, és legfeljebb 8 hét különbséggel az egyénen belüli variabilitás korlátozása érdekében. A nőstényeket a menstruációs ciklus korai follikuláris szakaszának megfelelő napokon rendelték el. Az alanyokat arra kértük, hogy fogyasszák el a szokásos étrendjüket és az üdítőitalok mennyiségét, és minden tanulmányi látogatás előtt két napig folytassák szokásos testmozgásukat. Ezenkívül az alanyoknak az előző este tartózkodniuk kellett az alkoholtól és egy éjszakán át böjtölniük kellett (

10 órával) minden látogatás előtt. Minden vizsgálati látogatás során két italt adtak be egymás után 0, illetve 180 percben. A tesztoldatok fogyasztását időzítettük és legfeljebb 5 percre korlátoztuk. Az első ital (0 percnél adva) 480 ml vizet tartalmazott glükóz hozzáadása nélkül; a második ital (180 percnél adva) 480 ml vizet tartalmazott 75 g glükóz hozzáadásával. A tesztnapok egyikén 480 mg nátrium-benzoát port (spektrumkémiai anyag; New Brunswick, NJ) adtak minden italhoz 0,1% végkoncentrációig, ami megfelel az élelmiszer-tartósítószerként való maximális GRAS-dózisnak.

Biokémiai mérések

A IV-es katéterből soros vért vettünk az egyes italok fogyasztásának megkezdése előtt és 15, 30, 45, 60, 90 és 120 perccel azután. A laboratóriumi mintákat azonnal beadták a plazma glükóz elemzésére (Cobas Integra, Roche Diagnostics, Indianapolis, IN). A mintákat centrifugáltuk és -80 ° C-on tároltuk a glükagon (RIA, glükagon kettős antitest, Diagnostics Products Corporation, Los Angeles, Kalifornia), az inzulin (Access Chemluminescent Immunoassay, Beckman Coulter, Fullerton, CA) szakaszos elemzése és az anyagcsere profilozása céljából. A metabolitprofilozás a korábban leírt módon történt [18]. A plazma-benzoát és -hippurát abszolút mennyiségi meghatározását külső kalibrációs görbék alkalmazásával határoztuk meg, amelyek nátrium-benzoát-d5 és N-benzoil-d5-glicin (C/D/N izotópok, Pointe-Claire QC) soros hígításával készültek egyesített humán plazmában (BioreclamationIVT, Westbury NY). A benzoát-d5 nyolc koncentrációs pontját és az N-benzoil-d5-glicin tizenegy pontját tartalmazó standard görbéket három példányban elemeztük.

Adatelemzés

Kétfarkú, párosított t-tesztet alkalmaztunk a kulcsfontosságú glikémiás végpontokban, a glükóz és az inzulin AUC-értékeinek esetleges különbségeinek értékelésére, 0,05-es cut-off p-érték alkalmazásával. Lineáris regressziót alkalmaztunk annak meghatározására, hogy az inzulin és a glükóz AUC különbségei a benzoáttal és anélkül italok között szignifikánsan korrelálnak-e az AUC5h benzoáttal vagy a hippuráttal. Az italok összetevőinek a profilozott metabolit szintekre gyakorolt hatásainak felderítése érdekében a négy italtípus bevétele után 30 és 120 perccel történő kiindulási értékeket vegyes hatású modellel elemeztük, amely rögzített hatásként tartalmazta a benzoát, a glükóz és a kölcsönhatás tényezőket., és az egyént véletlenszerű hatásként, hogy figyelembe vegyék a crossover tervezés során az ismételt méréseket. Ezekhez az elemzésekhez a cut-off p-értéket 0,001-re állítottuk be a többféle hipotézis tesztelésének figyelembe vétele érdekében.

Ennek a kísérleti tanulmánynak a várható teljesítmény-számításai az I. típusú hibaarány (kritikus p érték) 0,05 varianciaanalízisén alapultak. Feltételezve, hogy az egyénen belüli korreláció értéke 0,6, 14 alany mintamérete 80% -os erőt adott a görbe alatti 16% -os (0,31 szórás) különbség kimutatásához az egyes beavatkozásokhoz, és 33% -ot (0,61 szórás). különbség a glükóz és a benzoát közötti kölcsönhatásokban. A különbség szórásának tényleges értékét használó retrospektív teljesítményszámítás 80% -os teljesítményt mutatott ki, hogy még kisebb hatásméretet észleljen: 10% a víz után, és 20% a glükóz beadása után. Az általunk észlelt nagyságrend valós különbségének kimutatására és annak bizonyítására, hogy nem nulla volt, 7%, illetve 11% volt a teljesítmény.

Fénypontok

A nátrium-benzoát széles körben alkalmazott élelmiszer-tartósítószer

Értékelték a nátrium-benzoát akut orális expozíciójának metabolikus hatását

Az akut nátrium-benzoát nem volt jelentős hatással a glükózra, az inzulinra vagy a glükagonra

Jelentős változásokat figyeltek meg az antranilsavban és az acetil-gicinben

A krónikus benzoát-expozíció hosszú távú hatása továbbra is meghatározatlan