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Stachyose combined with tea polyphenols mitigated metabolic disorders in high fructose diet-fed mice as studied by GC-MS metabolomics approach

Estaquiosa combinada con polifenoles de té para mitigar los trastornos metabólicos en ratones alimentados con una dieta alta en fructosa, estudio realizado mediante un enfoque metabolómico GC-MS

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Pages 516-524 | Received 15 Aug 2017, Accepted 12 Dec 2017, Published online: 22 Feb 2018

Figures & data

Figure 1. Analysis of GC-MS metabolomic platform for the global profiling of serum metabolites. Score plots of PCA for QC samples (A) and the distribution of %RSD for metabolites’ areas in QC samples (n = 5, B). The percentage of compound numbers within corresponding %RSD range is represented by each column and the accumulative percentage of responses was revealed by line. The typical total ions current chromatograms of serum (C). N: normal group; M: high-fructose model group; S: stachyose-treated group; TP: tea polyphenol-treated group; STP: stachyose-tea polyphenol commixture group.

Figura 1.Análisis de la plataforma metabolómica GC-MS para el perfil global de metabolitos de suero. Diagrama de datos de PCA para muestras de QC (A) y distribución de %RSD para las áreas de metabolitos en muestras de QC (N = 5, B). El porcentaje de números compuestos dentro del rango %RSD correspondiente queda representado por cada columna y el porcentaje acumulado de respuestas queda indicado por renglón. El total típico de iones en los cromatogramas actuales de suero (C). N: grupo normal, M. grupo modelo de alta fructosa, S: grupo tratado con estaquiosa, TP: grupo tratado con polifenoles de té, STP: grupo con una mezcla de estaquiosa y polifenoles de té.

Figure 1. Analysis of GC-MS metabolomic platform for the global profiling of serum metabolites. Score plots of PCA for QC samples (A) and the distribution of %RSD for metabolites’ areas in QC samples (n = 5, B). The percentage of compound numbers within corresponding %RSD range is represented by each column and the accumulative percentage of responses was revealed by line. The typical total ions current chromatograms of serum (C). N: normal group; M: high-fructose model group; S: stachyose-treated group; TP: tea polyphenol-treated group; STP: stachyose-tea polyphenol commixture group.Figura 1.Análisis de la plataforma metabolómica GC-MS para el perfil global de metabolitos de suero. Diagrama de datos de PCA para muestras de QC (A) y distribución de %RSD para las áreas de metabolitos en muestras de QC (N = 5, B). El porcentaje de números compuestos dentro del rango %RSD correspondiente queda representado por cada columna y el porcentaje acumulado de respuestas queda indicado por renglón. El total típico de iones en los cromatogramas actuales de suero (C). N: grupo normal, M. grupo modelo de alta fructosa, S: grupo tratado con estaquiosa, TP: grupo tratado con polifenoles de té, STP: grupo con una mezcla de estaquiosa y polifenoles de té.

Figure 2. PCA score plot (A), PLS-DA score plot (B), loading plot (C) and S-plot (D) derived from serum GC-MS spectra concerning normal (▲) and high-fructose groups (■).

Figura 2. Diagrama de datos de PCA (A), diagrama de datos de PLS-DA (B), diagrama de carga (C) y diagrama S (D) derivados de los espectros GC-MS de suero, tratándose de grupos normales (▲) y de alta fructosa (■).

Figure 2. PCA score plot (A), PLS-DA score plot (B), loading plot (C) and S-plot (D) derived from serum GC-MS spectra concerning normal (▲) and high-fructose groups (■).Figura 2. Diagrama de datos de PCA (A), diagrama de datos de PLS-DA (B), diagrama de carga (C) y diagrama S (D) derivados de los espectros GC-MS de suero, tratándose de grupos normales (▲) y de alta fructosa (■).

Figure 3. Volcano plot of serum extracts comparing normal and high fructose diets-fed mice in the same order (A). The red dots represent selected putative markers with a p-value <0.05 and fold-change cutoff of > or <2. Z-score plots for the comparison between normal (yellow) and model (green) candidate metabolites from the results of multivariate statistical analysis (B). Each point represents one metabolite in one sample. A total of seven metabolites were cross-selected based on the preliminary screening result of univariate Wilcoxon Mann–Whitney test and z-score value, which were plotted with * in z-score plot. *< 0.05, **< 0.01 (n = 8).

Figura 3. Diagrama de volcán de extractos de suero que comparan ratones alimentados normalmente con ratones alimentados con dietas altas en fructosa, en el mismo orden (A). Los puntos rojos representan marcadores putativos seleccionados con un valor-p < 0.05 y un tope de cambio en el incremento de veces [fold-change cutoff] de > o < 2. Diagramas de datos Z para la comparación entre metabolitos candidatos normales (amarillos) y modelos (verdes), a partir de los resultados del análisis estadístico multivariado (B). Cada punto representa un metabolito en una muestra. Se seleccionó un total de 7 metabolitos de manera cruzada, a partir del resultado preliminar de la prueba univariante Wilcoxon Mann-Whitney y el valor de datos Z, diagramados con *en el diagrama de datos Z. *< 0.05, **< 0.01 (n = 8).

Figure 3. Volcano plot of serum extracts comparing normal and high fructose diets-fed mice in the same order (A). The red dots represent selected putative markers with a p-value <0.05 and fold-change cutoff of > or <2. Z-score plots for the comparison between normal (yellow) and model (green) candidate metabolites from the results of multivariate statistical analysis (B). Each point represents one metabolite in one sample. A total of seven metabolites were cross-selected based on the preliminary screening result of univariate Wilcoxon Mann–Whitney test and z-score value, which were plotted with * in z-score plot. *p < 0.05, **p < 0.01 (n = 8).Figura 3. Diagrama de volcán de extractos de suero que comparan ratones alimentados normalmente con ratones alimentados con dietas altas en fructosa, en el mismo orden (A). Los puntos rojos representan marcadores putativos seleccionados con un valor-p < 0.05 y un tope de cambio en el incremento de veces [fold-change cutoff] de > o < 2. Diagramas de datos Z para la comparación entre metabolitos candidatos normales (amarillos) y modelos (verdes), a partir de los resultados del análisis estadístico multivariado (B). Cada punto representa un metabolito en una muestra. Se seleccionó un total de 7 metabolitos de manera cruzada, a partir del resultado preliminar de la prueba univariante Wilcoxon Mann-Whitney y el valor de datos Z, diagramados con *en el diagrama de datos Z. *p < 0.05, **p < 0.01 (n = 8).

Figure 4. The MS spectra of silicane derivatives for β-hydroxybutyrate, oleic acid and elaidic acid in standard compounds (A, B and C, respectively) and serum samples (a, b and c, respectively).

Figura 4. Espectros MS de derivados de silicona para ácido betahidroxibutírico, ácido oleico y ácido elaídico en compuestos estándar (A, B y C, respectivamente) y muestras de suero (a, b y c, respectivamente).

Figure 4. The MS spectra of silicane derivatives for β-hydroxybutyrate, oleic acid and elaidic acid in standard compounds (A, B and C, respectively) and serum samples (a, b and c, respectively).Figura 4. Espectros MS de derivados de silicona para ácido betahidroxibutírico, ácido oleico y ácido elaídico en compuestos estándar (A, B y C, respectivamente) y muestras de suero (a, b y c, respectivamente).

Figure 5. Schematic overview of the proposed metabolomics pathway of high fructose diet-treated mice based on serum metabolites analysis by GC-MS. Metabolites in red and blue represent an increase and not detected, respectively. The blue and orange words are pathway’s and enzymatic names, respectively.

Figura 5. Panorama esquemático de la vía metabolómica propuesta para ratones alimentados con una dieta alta en fructosa, basado en el análisis GC-MS de los metabolitos del suero. Los metabolitos en rojo y azul representan un incremento, y no detectado, respectivamente. Las palabras escritas en azul y naranja representan las vías y los nombres enzimáticos, respectivamente.

Figure 5. Schematic overview of the proposed metabolomics pathway of high fructose diet-treated mice based on serum metabolites analysis by GC-MS. Metabolites in red and blue represent an increase and not detected, respectively. The blue and orange words are pathway’s and enzymatic names, respectively.Figura 5. Panorama esquemático de la vía metabolómica propuesta para ratones alimentados con una dieta alta en fructosa, basado en el análisis GC-MS de los metabolitos del suero. Los metabolitos en rojo y azul representan un incremento, y no detectado, respectivamente. Las palabras escritas en azul y naranja representan las vías y los nombres enzimáticos, respectivamente.

Figure 6. Box plots of three typical differential metabolites in the serum of mice, which were plotted with * in box plots *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001 (n=8) (A). Hierarchical clustering analysis and heat map of the z-score for identified metabolites in different diet s-administrated mice (B). N: normal group ; M: high-fructose model group ; S: stachyose-treated group ; TP: tea polyphenol-treated group ; STP: stachyose-tea polyphenol commixture group.

Figura 6. Análisis de clúster jerárquico y de mapa de calor del diagrama de los puntos z para metabolitos identificados en ratones alimentados con dietas diferentes (A). Diagrama de recuadros de tres distintos metabolitos típicos en el suero de ratones (B). N: grupo normal, M: grupo modelo de alta fructosa, S: grupo tratado con estaquiosa, TP: grupo tratado con polifenoles de té, STP: grupo tratado con estaquiosa y polifenoles de té.

Figure 6. Box plots of three typical differential metabolites in the serum of mice, which were plotted with * in box plots *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001 (n=8) (A). Hierarchical clustering analysis and heat map of the z-score for identified metabolites in different diet s-administrated mice (B). N: normal group ; M: high-fructose model group ; S: stachyose-treated group ; TP: tea polyphenol-treated group ; STP: stachyose-tea polyphenol commixture group.Figura 6. Análisis de clúster jerárquico y de mapa de calor del diagrama de los puntos z para metabolitos identificados en ratones alimentados con dietas diferentes (A). Diagrama de recuadros de tres distintos metabolitos típicos en el suero de ratones (B). N: grupo normal, M: grupo modelo de alta fructosa, S: grupo tratado con estaquiosa, TP: grupo tratado con polifenoles de té, STP: grupo tratado con estaquiosa y polifenoles de té.