Lipidomic analysis of medication classes in individuals with psychosis spectrum disorders

Weber, Annika (2015): Lipidomic analysis of medication classes in individuals with psychosis spectrum disorders: focus on lithium response and the impact of antipsychotics on the lipidome. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Background: The starting point of this study is the investigation of potential differences in lipid profiles of patients with bipolar disorder (BP) and schizophrenia (SCZ). Based on this, the influence of different medication classes and individual medications, especially antipsychotics, on the lipidome will be examined. In a further step, potential lipid biomarkers for the response to lithium treatment in patients with bipolar disorder will be analyzed. Methods: The analysis includes a total of 622 participants from the ongoing transdiagnostic PsyCourse study in Germany and Austria: 192 controls, 187 patients with SCZ, and 243 patients with BP. Compared to the control group, patients with SCZ and BP had a higher average age (44.9 and 39.3 years vs. 38.3 years in the control group) and a higher average BMI (28.3 and 28.4 kg/m2 vs. 24.3 kg/m2 in the control group). Lipid intensities in blood plasma were measured using LC-MS, detecting 1,361 lipid features and annotating 395 lipid compounds belonging to 16 lipid classes. The lipid profiles of patients taking different medications were compared to those of control groups, applying a combination of statistical methods, including t-tests, differential analysis, and enrichment analysis in lipidr. Results: The results of this analysis revealed significant differences in the plasma lipid profiles of patients with BP and SCZ taking medication belonging to different classes. There were similarities and differences in affected lipid classes between SCZ and BP cohorts. Considering the medication classes, the overall impact on the plasma lipidome was largest for antipsychotics, with a high number of altered lipid species and classes, including dCer, PC, TAG and DAG. Several of these changes were also reflected in the schizophrenia cohort, which was also taking antipsychotics more frequently than the other groups. Both antipsychotics and antidepressants shared common effects (TAG, PC, dCer), but also had distinct effects (CAR, FA, DAG) for each class. In the case of lithium, several lipid classes and peaks were significantly altered, with potential biomarkers including CAR, LPE, LPC, and dCer. When lithium is grouped together with the other mood stabilizers as a single category, the mood stabilizer group shows few significant alterations, indicating strong effects of individual drugs but no common trend. Conclusion: The findings of this thesis highlight the significant impact of medication on the lipidome and the potential for lipid biomarkers to personalize treatment for BP and SCZ. However, limitations such as the relatively small sample size and the lack of data on dosing need to be taken into consideration. Further studies with larger sample sizes and longitudinal data are needed to validate these findings and improve our understanding of the lipidome's role in treatment response.

Abstract

Hintergrund: Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung von potenziellen Unterschieden in Lipidprofilen von Patienten mit bipolarer Störung und Schizophrenie. Ausgehend davon soll der Einfluss verschiedener Medikamentenklassen und einzelner Medikamente, insbesondere Antipsychotika, auf das Lipidom betrachtet werden. In einem weiteren Schritt sollen potenzielle Lipid-Biomarker für das Ansprechen auf eine Lithium-Behandlung bei Patienten mit bipolarer Störung analysiert werden. Methoden: Die Analyse umfasst insgesamt 622 Teilnehmer der laufenden, transdiagnostischen PsyCourse Studie aus Deutschland und Österreich: 192 Kontrollpersonen, 187 Patienten mit Schizphrenie (SCZ) und 243 Patienten mit bipolarer Störung (BP). Im Vergleich zur Kontrollgruppe wiesen Patienten mit SCZ und BP ein höheres Durchschnittsalter (44,9 bzw. 39,3 Jahre gegenüber 38,3 Jahre in der Kontrollgruppe) und einen höheren durchschnittlichen BMI auf (28,3 bzw. 28,4 kg/m2 gegenüber 24,3 kg/m2 in der Kontrollgruppe). Mittels LC-MS wurden Lipidintensitäten im Blutplasma gemessen, wobei 1.361 Lipidmerkmale erfasst und 395 Lipidverbindungen aus 16 Lipidklassen annotiert wurden. Die Lipidprofile von Patienten, die verschiedene Medikamente einnehmen, wurden mit denen von Kontrollgruppen verglichen, wobei eine Kombination statistischer Methoden, einschließlich t-Tests, Differenzialanalyse und Anreicherungsanalyse in lipidr angewendet wurde. Ergebnisse: Im Rahmen dieser Analyse wurden signifikante Unterschiede in den Lipidprofilen von Patienten mit SCZ und BP und gesunden Kontrollpersonen festgestellt. Bezüglich der Medikamentenklassen führten Antipsychotika zu den größten Veränderungen im Lipidom mit einer hohen Anzahl von signifikant veränderten Lipidspezies und -klassen, darunter dCer, PC, TAG und DAG. Ähnliche Ergebnisse zeigten sich auch in der Schizophrenie-Kohorte, deren Population sich signifikant mit der Antipsychotika-Kohorte überschnitt. Innerhalb der Antipsychotika und auch der Antidepressiva gab es sowohl gemeinsame Effekte auf bestimmte Lipidklassen (TAG, PC, dCer), als auch unterschiedliche Effekte (CAR, FA, DAG) der einzelnen Medikamente in den Klassen. Im Falle von Lithium zeigten sich signifikante Veränderungen bei mehreren Lipidklassen sowie einzelner Lipidspezies, darunter CAR, LPE, LPC und dCer. Wird Lithium mit anderen Phasenprophylaktika zu einer einzigen Kategorie zusammengefasst, weist die Gruppe der Phasenprophylaktika nur wenige signifikante Veränderungen auf. Dies deutet auf unterschiedliche Effekte der einzelnen Medikamente hin bei gleichzeitig fehlenden Veränderungen, die der Klasse der Stimmungsstabilisierer gemein sind. Fazit: Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen den signifikanten Einfluss von Medikamenten auf das Lipidom und das Potenzial von Lipid-Biomarkern für eine personalisierte Behandlung von BP und SCZ. Allerdings müssen Einschränkungen wie die geringe Kohortengröße für einige Subgruppen sowie fehlende Daten zur Dosierung beachtet werden. Weitere Studien mit größeren Kohorten und longitudinalen Daten könnten diese Erkenntnisse validieren und das Verständnis für die Rolle des Lipidoms beim Ansprechen auf eine Behandlung vertiefen.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Lipidomics, Psychiatrics, medication, schizophrenia, antipsychotics
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 5. September 2015
• 1. Bericht­erstatter:in: Schulte, Eva-Christina