| Abstract | Posttraumatic stress disorder (PTSD) is a serious and complex neuropsychiatric disorder,
which can develop in a subset of individuals after traumatic event. Traumatic experience has
a major impact on cellular, biochemical and molecular systems, whose biological changes are
manifested through alterations in several organic systems, including variations in various
metabolites levels and different metabolic pathways. Metabolomics, as one of the “omics”
techniques, represent a useful tool for determining the changes in metabolites and
corresponding metabolic pathways in PTSD. The aim of this study was to identify and
(semi)quantitate altered metabolites in plasma of PTSD patients in comparison to healthy
control subjects in order to elucidate changes in metabolic pathways and select metabolites
that could represent new potential biomarkers of PTSD. The study included two research
approaches, untargeted and targeted metabolomic analysis. The untargeted analysis enrolled
two cohorts. Exploratory group included 50 PTSD patients and 50 healthy control subjects,
whereas a validation group enrolled 52 PTSD veterans and 52 control subjects. The cohort
enrolled in targeted metabolomic analysis has been comprised of 235 PTSD subjects and 241
healthy control individuals. The metabolomic analysis of plasma samples was conducted using
liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS) and gas chromatography
coupled with mass spectrometry (GC-MS). After untargeted analysis, most of the compounds
altered in PTSD belonged to the group of glycerophospholipids, while levels of
lysophosphytydilethanolamine LPE(18:1) and lysophosphytydilcholine LPC(18:1) were
significantly different in control subjects and PTSD patients in both cohorts. After targeted
analysis, concentrations of 15 metabolites have been significantly changed in PTSD patients
in comparison to healthy individuals. The altered metabolites in plasma of PTSD subjects are
associated with several biological processes, including inflammation, mitochondrial function,
TCA cycle, HPA axis activity oxidative stress, neurotoxicity, membrane integrity and energy
production. The obtained results might contribute to the improvement or development of
novel therapeutic approaches for PTSD. Moreover, identified metabolites might represent
potential diagnostic, predictive and prognostic metabolomic biomarkers for PTSD. |
| Abstract (croatian) | Posttraumatski stresni poremećaj (PTSP) je ozbiljan, stresom izazvani neuropsihijatrijski
poremećaj koji se može razviti u pojedinih osoba nakon izlaganja ili svjedočenja nekom
traumatskom događaju. PTSP je karakteriziran specifičnom grupom simptoma koji uključuju
ponovno proživljavanje traumatskog događaja, izbjegavanje i zatupljenost emocija, gubitak
interesa, negativne promjene razmišljanja i raspoloženja te brojne druge dodatne simptome.
Etiologija PTSP-a je kompleksna i još uvijek nejasna, međutim uključuje traumatski događaj te
biološku predispoziciju. Rezultira iz kompleksne interakcije gena i okoliša. Traumatsko
iskustvo utječe na brojne stanične, biokemijske i molekularne procese, što dovodi do pojave
različitih psiholoških i fizioloških promjena, uključujući promjene u razini metabolita i
odgovarajućih metaboličkih puteva. Metabolomika je grana znanosti, dio “omics” tehnologije
koja se bavi kemijskim procesima koji uključuju metabolite. Metaboliti su male molekule,
poput aminokiselina, nukleinskih kiselina, jednostavnih ugljikohidrata, masnih kiselina,
vitamina, organskih kiselina i ostalih skupina spojeva mase do 1.5 kDa. S obzirom na pristup,
metabolomika se može podijeliti na ciljanu i neciljanu metabolomsku analizu. Stoga,
metabolomika predstavlja odličan pristup za određivanje promijenjenih metabolita i
odgovarajućih metaboličkih puteva kod bolesnika s PTSP-om.
Cilj ovog istraživanja je bio identificirati i kvantificirati promijenjene metabolite u plazmi
bolesnika s PTSP-om i zdravih kontrolnih ispitanika kako bi se rasvijetlili promijenjeni
metabolomski putevi i utvrdili metaboliti koji bi mogli predstavljati nove potencijalne
biomarkere PTSP-a. Istraživanje je obuhvatilo oba metabolomska pristupa, neciljanu i ciljanu
metabolomsku analizu. Neciljana metabolomska analiza se najčešće koristi s ciljem otkrivanja
promijenjenih metabolita bez prethodno postavljene hipoteze, dok se u ciljanu analizu kreće
s unaprijed postavljenom hipotezom. Neciljana metabolomska analiza uključivala je dvije
kohorte ispitanika. Prva istraživačka skupina obuhvaćala je 50 bolesnika s PTSP-om i 50
zdravih kontrolnih ispitanika, dok je validacijska grupa uključivala 52 veterana s PTSP-om i 52
kontrolne zdrave osobe. S obzirom da je većina promijenjenih metabolita nakon neciljane
analize pripadala skupini lipida, ciljana metabolomska analiza uključila je različite lipidne
spojeve. Ciljana metabolomska analiza obuhvatila je 235 ispitanika s PTSP-om i 241 zdrave
kontrole. Metabolomska analiza uzoraka plazme provedena je primjenom tekućinske kromatografije združene s masenom spektrometrijom i plinske kromatografije združene s
masenom spektrometrijom.
Nakon neciljane metabolomske analize, većina promijenjenih spojeva pripadala je skupini
glicerofosfolipida, dok su lizofosfatidiletanolamin LPE(18:1) i lizofosfatidilkolin LPC(18:1) bili
jedini statistički značajno različiti metaboliti između kontrolnih ispitanika i pacijenata s PTSPom, identificirani u obje kohorte. Ostali značajno promijenjeni metaboliti u ispitanika s PTSPom pripadali su skupini aminokiselina, karnitina, jednostavnih šećera te organskih kiselina.
Najveći broj identificiranih značajno promijenjenih metabolita u PTSP-u nakon neciljane
metabolomske analize bili su lipidi ili njihovi derivati, stoga je ciljana metabolomska analiza
uključila različite skupine lipidnih spojeva. Nakon ciljane metabolomske analize, od 156
analiziranih lipidnih metabolita, 15 metabolita je bilo statistički značajno različito između
bolesnika s PTSP-om i kontrolnih zdravih ispitanika, uključujući 4 fosfatidilkolina, 2
fosfatidiletanolamina, 5 sfingomijelina, 2 kolesterol estera i 2 ceramida. Promijenjeni
metaboliti mogu predstavljati potencijalne dijagnostičke, prediktivne ili prognostičke
metabolomske biomarkere PTSP-a.
Metaboliti u plazmi koji se razlikuju između bolesnika s PTSP-om i kontrolnih zdravih
ispitanika, a koji su utvrđeni neciljanom i ciljanom metabolomskom analizom, povezani su s
različitim biološkim procesima, kao što su upalni procesi, mitohondrijska disfunkcija,
promjene u ciklusu limunske kiseline, oksidativni stres, neurotoksičnost, promjene na
staničnim membranama te poremećaji energetskog metabolizma. Dobiveni rezultati mogli bi
pridonijeti poboljšanju ili razvoju novih terapijskih pristupa za PTSP. Nadalje, identificirani
metaboliti mogu predstavljati potencijalne dijagnostičke, prediktivne ili prognostičke
metabolomske biomarkere PTSP-a. |
