Белинда Леннерц

Детска болница в Бостън, 300 Longwood Avenue, Бостън, Масачузетс 02115, САЩ

Скот Б. Вафай

Обща болница в Масачузетс, Бостън, Масачузетс 02114

Найджъл Ф. Дилейни

Обща болница в Масачузетс, Бостън, Масачузетс 02114

Клери Б. Клиш

Широки институт на Харвард и MIT, Кеймбридж, Масачузетс 02141, САЩ

Ейми А. Дейк

Широки институт на Харвард и MIT, Кеймбридж, Масачузетс 02141, САЩ

Кери А. Пиърс

Широки институт на Харвард и MIT, Кеймбридж, Масачузетс 02141, САЩ

Дейвид С. Лудвиг

Детска болница в Бостън, 300 Longwood Avenue, Бостън, Масачузетс 02115, САЩ

Вамси К. Мута

Обща болница в Масачузетс, Бостън, Масачузетс 02114

Свързани данни

Резюме

1.2: Въведение

ефекти

Превръщането на бензоат в хипурат се извършва в рамките на митохондриалната матрица в две стъпки. Бензоатът навлиза в митохондриите и се превръща в бензоил CoA (реакция 1) от АТР-зависима киселина: CoA лигаза. Впоследствие бензоил КоА се превръща в хипурат (реакция 2) чрез глицин N-ацилтрансфераза и след това излиза от митохондриите.

Интересът на нашата група към метаболитните последици от поглъщането на натриев бензоат започна с проучване, в което използвахме профилиране на метаболит на базата на масова спектрометрия на плазмата, за да характеризираме отговора на орален тест за толерантност към глюкоза (OGTT) [1]. Напитката OGTT съдържа 75 грама глюкоза, добавки за вкус и цвят, както и концентрацията на GRAS на натриев бензоат като консервант. Най-значимо промененият метаболит в това проучване е хипурат, произхождащ от натриевия бензоат [1]. Значителното нарастване на хипурата повдига въпроса какво е по-широкото метаболитно въздействие на натриевия бензоат и дали натриевият бензоат, съдържащ се в напитката OGTT, влияе върху отговора на предизвикателство за глюкоза. Като се има предвид, че OGTT се използва за диагностициране на захарен диабет, такова взаимодействие би имало важни клинични последици. Още по-обезпокоителен е фактът, че ако натриевият бензоат оказва значително влияние върху отговора на предизвикателство за глюкоза, честата консумация на безалкохолни напитки и други храни, съдържащи бензоат, може да увеличи риска от развитие на захарен диабет тип 2.

Забележително е, че няколко доклада от модели на животински и клетъчни култури предполагат, че натриевият бензоат и хипуратът могат да окажат значително влияние върху хомеостазата на глюкозата. Например, интравенозната инфузия на бензоена киселина при овце води до повишаване на серумната глюкоза, инсулин и глюкагон без едновременно приложение на глюкоза [11], което предполага комбинирано секретагогично действие върху инсулина и глюкагона, както и потенциално влияние върху инсулиновата чувствителност. Проучвания при пациенти с бъбречна недостатъчност демонстрират, че хипуратът нарушава базалното и стимулирано от инсулина усвояване на глюкоза в клетките в културата [12, 13]. Авторите предполагат, че хипуратът, който е бъбречно изчистен, може да се натрупва в условията на бъбречна недостатъчност и следователно може да обясни променената глюкозна хомеостаза, наблюдавана при тези пациенти. И накрая, вложката на клиничната формулировка на интравенозен натриев бензоат (който също съдържа натриев фенилацетат и декстроза) показва, че хипергликемия е наблюдавана при седем процента от пациентите, лекувани с интравенозни високи дози бензоат [14].

Взети заедно, тези данни ни накараха да формулираме новата хипотеза, че натриевият бензоат, в дозата GRAS, и неговият метаболит хипурат могат да повлияят на секрецията на инсулин и глюкагон, както и на периферното инсулиново действие. Въпреки това, нито едно проучване, извършено до момента, не разглежда влиянието in vivo на често срещана орална доза натриев бензоат върху глюкозната хомеостаза при хора. Настоящото проучване е предназначено да тества хипотезата, че дозата GRAS на натриев бензоат оказва значително влияние върху отговора на предизвикателство за глюкоза и следователно може да представлява потенциално диабетогенно хронично излагане на околната среда. Тук докладваме резултатите от рандомизирано, кръстосано проучване, проведено за оценка на въздействието на острото орално приложение на дозата GRAS на натриев бензоат, самостоятелно и в комбинация с глюкоза, върху глюкозната хомеостаза и профила на плазмения метаболит.

1.3: Резултати

За да се оцени метаболитното въздействие на натриевия бензоат, ние наехме 14 пациенти с наднормено тегло, но иначе здрави, в рандомизирано, контролирано клинично изпитване. Както е обобщено на Фигура 2, хората са дошли на две проучвателни посещения, на които са получили водна напитка, последвана от 75-грамов разтвор на глюкоза. В един учебен ден и двете напитки съдържат 0,1% натриев бензоат, а другия ден не съдържат натриев бензоат.

Две тестови напитки със или без 0,1% натриев бензоат се дават на всеки от двата тестови дни на време 0 и 180 минути. Втората напитка винаги съдържаше 75 грама глюкоза. Провежда се серийно вземане на кръв, както е показано с черните стрелки.

Характеристиките на наетите субекти са показани в Таблица 1. Един субект е имал по-голяма от 2,5% промяна в теглото между посещенията на проучването, а един субект е имал интервал по-голям от 8 седмици между посещенията и ИТМ малко над желания диапазон от 25–30 kg/m 2. Като се има предвид, че това не се счита за значителни отклонения от дизайна и протокола на изследването, тези лица бяха включени в цялостния анализ.

маса 1

Средно (диапазон)
н14.
Възраст (години)29.9
Пол
Мъжки пол10
Женски пол4
ИТМ (kg/m 2)28.4(24,9–31,2)
Тегло (кг)85(69–107)
Консумация на сода (унция/ден)6.2(0,0–24,0)
Глюкоза на гладно (mg/dL)84.4(75,0–96,0)
Инсулин на гладно (mIU/L)5.0(1,7–7,1)

Линиите показват средни измервания във всяка точка от времето за пробния ден за напитки без бензоат (черни линии) или с бензоат (червен). Лентите за грешки показват 95% доверителен интервал около средното измерване във всяка точка от времето. Вмъкнете панелите показват средната AUC2hr за всеки панел с ленти за грешки, показващи 95% доверителен интервал за тази средна стойност.

Резултатите за основните гликемични крайни точки в това проучване са показани на фигура 3 и фигура Е2. Глюкозата и инсулинът остават непроменени след поглъщане на неглюкозните напитки, но се повишават рязко, както се очаква, в отговор на глюкозните напитки. Площта под кривата за 2 часа след всяка отделна напитка (AUC2hr) за неглюкозните напитки, както и измерванията на AUC5hr не се различават значително между бензоатните и небензоатните напитки нито за инсулин, нито за глюкоза. За съдържащите глюкоза напитки AUC2hr както за инсулин, така и за глюкоза има тенденция да бъде малко по-висока в присъствието на бензоат, но разликата е малка и не е статистически значима. В допълнение, нито една отделна времева точка за инсулин и глюкоза не се различава значително в присъствието или отсъствието на бензоат (всички p> 0,05). Стойностите на глюкагона, показани на фигура E2, се оказаха доста променливи и не показаха значителна промяна за AUC2hr, AUC5hr или отделни времеви точки. Оценихме дали консумацията на сода, AUC5hr хипурат или AUC5hr бензоат служат като значими предиктори за разликата между която и да е от основните гликемични крайни точки (глюкоза, инсулин или глюкагон) между дните на проучване на бензоата и небензоата, но не установихме значителна връзка ( всички p> 0,1).

Boxplot, показващ 30-минутна екскурзия (Log [A.U. Time 30] - Log [A.U. Time 0]) на антранилова киселина, ацетилглицин и глицин след поглъщане или на напитката само с вода (черна), или с вода и бензоат (червена). Кутиите се простират от 1-ви до 3-ти квартил на всяко разпределение, а хоризонталната линия показва средната стойност. Точките за данни за всички 14 субекта са показани като точки.

1.4: Дискусия

В настоящото проучване ние направихме широка метаболитна оценка на острото орално излагане на дозата GRAS на натриев бензоат, повсеместен хранителен консервант в съвременното общество. Въпреки че глюкозата и инсулинът под кривата за глюкозосъдържащите напитки са малко по-високи в присъствието на бензоат, тези разлики са малки и не са статистически значими. Установихме обаче, че излагането на натриев бензоат оказва значително влияние върху четири циркулиращи метаболита, самия бензоат, хипурат, ацетилглицин и антранилова киселина и предизвиква тенденция към намаляване на глицина. Като се има предвид, че напитката за глюкоза плюс бензоат имитира клинично използваната напитка OGTT, нашето проучване не подкрепя изразената загриженост, че натриевият бензоат обърква резултатите от OGTT, въпреки че не може да се направи окончателно заключение предвид малкия обем на извадката и ограничената статистическа мощност от нашето проучване.

Въпреки че не открихме статистически значими разлики в нивата на глюкоза или инсулин вследствие на експозицията на натриев бензоат, нашето проучване има ограничения. Оценихме въздействието на единична доза GRAS бензоат и по-големите и хронични дози биха могли да имат по-голямо въздействие. Постигнатата максимална плазмена концентрация на хипурат (въз основа на нашите ограничени измервания) в това проучване,

446 микромоларен, е в диапазона, използван в проучвания на клетъчни култури, демонстриращ инхибиторен ефект на хипурат върху усвояването на глюкоза, с половин максимален ефект, наблюдаван при 432 микромоларни [13]. В проучването с овце обаче, при което интравенозната бензоена киселина повишава инсулина, глюкагона и глюкозата, ED50 за повишаване на инсулина и глюкагона след интравенозно излагане е

16 пъти нашата орално приложена единична доза [11]. Като такива, може да са необходими по-високи дози перорален бензоат, каквито биха могли да срещнат индивиди, консумиращи множество храни и напитки, съдържащи бензоат на едно заседание, за да се види значително въздействие върху хомеостазата на глюкозата. Ще бъдат необходими бъдещи проучвания, за да се изследва метаболитното въздействие на такива по-високи дози и по-продължителни експозиции.

1.5: Материали и методи

Преглед на изследването

Интервенции

Субекти, представени в Отделението за клинично транслационно изследване на болницата в Бостън (CTSU) на 2 отделни тестови дни с интервал от поне 1 седмица, за да се избегнат ефектите на пренасяне, и не повече от 8 седмици, за да се ограничи вариабилността в рамките на субекта. Жените бяха насрочени за съответните дни по време на ранната фоликуларна фаза на менструалния цикъл. Субектите бяха помолени да консумират обичайната си диета и количество безалкохолни напитки и да се включат в обичайното си ниво на упражнения в продължение на два дни преди всяко учебно посещение. Освен това субектите трябваше да се въздържат от алкохол вечер преди това и да постят през нощта (

10 часа) преди всяко посещение. По време на всяко посещение на проучването, две напитки се прилагат последователно на време 0 минути и 180 минути, съответно. Консумацията на разтвори за изпитване беше ограничена до не повече от 5 минути. Първата напитка (дадена след 0 минути) съдържа 480 мл вода без добавена глюкоза; втората напитка (дадена на 180 минути) съдържа 480 ml вода с добавени 75 грама глюкоза. В един от тестовите дни към всяка напитка се добавят 480 mg натриев бензоат на прах (химикал от спектъра; New Brunswick, NJ) до крайна концентрация от 0,1%, съответстваща на максималната доза GRAS за употреба като хранителен консервант.

Биохимични измервания

Серийно вземане на кръв от IV катетър се извършва преди и 15, 30, 45, 60, 90 и 120 минути след началото на консумацията на всяка напитка. Лабораторните проби бяха незабавно представени за анализи на плазмена глюкоза (Cobas Integra, Roche Diagnostics, Indianapolis, IN). Пробите бяха центрофугирани и съхранявани при -80 ° С за групови анализи на глюкагон (RIA, глюкагоново двойно антитяло, Diagnostics Products Corporation, Лос Анджелис, Калифорния), инсулин (Access Chemluminescent Immunoassay, Beckman Coulter, Fullerton, CA) и метаболитно профилиране. Профилирането на метаболит се извършва, както е описано по-горе [18]. Абсолютното количествено определяне на плазмения бензоат и хипурат се определя с помощта на външни калибрационни криви, изготвени чрез серийно разреждане на натриев бензоат-d5 и N-бензоил-d5-глицин (C/D/N изотопи, Pointe-Claire QC) в обединена човешка плазма (BioreclamationIVT, Уестбъри, Ню Йорк). Стандартните криви, състоящи се от осем точки на концентрация за бензоат-d5 и единадесет точки за N-бензоил-d5-глицин, бяха анализирани в три екземпляра.

Анализ на данни

Използван е двустранен сдвоен t-тест за оценка на всякакви разлики в основните гликемични крайни точки, стойностите на AUC на глюкозата и инсулина, като се използва гранична р-стойност 0,05. Използвана е линейна регресия, за да се определи дали разликите в AUC на инсулина и глюкозата между напитките със и без бензоат значително корелират с AUC5h бензоат или хипурат. За да се открият някакви ефекти на съставките на напитката върху нивата на профилирания метаболит, екскурзиите от изходното ниво, както 30, така и 120 минути след поглъщането на четирите вида напитки, бяха анализирани с модел на смесен ефект, който включваше факторите бензоат, глюкоза и тяхното взаимодействие като фиксирани ефекти и индивида като случаен ефект за отчитане на повтарящите се измервания в дизайна на кросоувъра. За тези анализи беше зададена гранична стойност p на 0,001, за да се отчете тестването на множество хипотези.

Проспективните изчисления на мощността за това пилотно проучване се основават на факториален дисперсионен анализ с честота на грешки от тип I (критична р стойност) от 0,05. Ако приемем, че интерактивната корелация е 0,6, размерът на пробата от 14 субекта осигурява 80% мощност за откриване на разлика от 16% (0,31 стандартни отклонения) в глюкозната област под кривата за всяка интервенция и 33% (0,61 стандартни отклонения) разлика за взаимодействията между глюкоза и бензоат. Изчисляването на ретроспективната мощност, използвайки действителната стойност на стандартното отклонение на разликата, разкрива 80% мощност за откриване на още по-малък размер на ефекта от 10% след водата и 20% след предизвиканието на глюкозата. Силата да се открие реална разлика в величината, която открихме и да се докаже, че не е нула, бяха съответно 7% и 11%.

Акценти

Натриевият бензоат е широко използван консервант за храна

Оценено е метаболитното въздействие на острата орална експозиция на натриев бензоат

Острият натриев бензоат не повлиява значително глюкоза, инсулин или глюкагон

Наблюдават се значителни промени в антраниловата киселина и ацетилгицина

Дългосрочното въздействие на хроничната експозиция на бензоат остава определено