BACKGROUND: Schizophrenia is a psychiatric disorder known to affect brain structure and functionality. Structural changes in the brain at the level of gross anatomical structures have been fairly well studied, while microstructural changes, especially those associated with changes in the molecular composition of the brain, are still being investigated. Of special interest are lipids and metabolites, for which some previous studies have shown association with schizophrenia.
AIM: To utilize a spatially resolved analysis of the brain lipidome composition to investigate the degree and nature of schizophrenia-associated lipidome alterations in the gray and white matter structures of two neocortical regions — the dorsolateral prefrontal cortex (Brodmann area 9, BA9) and the posterior part of the superior temporal gyrus (Brodmann area 22, posterior part, BA22p), as well compare the distribution of the changes between the two regions and tissue types.
METHODS: We employed Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometric Imaging (MALDI-MSI), supplemented by a statistical analysis, to examine the lipid composition of brain sections. A total of 24 neocortical sections from schizophrenia patients (n=2) and a healthy control group (n=2), representing the two aforementioned neocortical areas, were studied, yielding data for 131 lipid compounds measured across more than a million MALDI-MSI pixels.
RESULTS: Our findings revealed an uneven distribution of schizophrenia-related lipid alterations across the two neocortical regions. The BA22p showed double the differences in its subcortical white matter structures compared to BA9, while less bias was detected in the gray matter layers. While the schizophrenia-associated lipid differences generally showed good agreement between brain regions at the lipid class level for both gray and white matter, there were consistently more discrepancies for white matter structures.
CONCLUSION: Our study found a consistent yet differential association of schizophrenia with the brain lipidome composition of distinct neocortical areas, particularly subcortical white matter. These findings highlight the need for broader brain coverage in future schizophrenia research and underscore the potential of spatially resolved molecular analysis methods in identifying structure-specific effects.
ВВЕДЕНИЕ: Шизофрения — это психическое расстройство, известное своим влиянием на структуру и функциональность мозга. Хотя изменения в архитектуре мозга на уровне крупных анатомических структур были исследованы достаточно подробно, микроструктурные изменения, особенно связанные с молекулярным составом мозга, остаются предметом интенсивного изучения. В последние годы особое внимание уделяется липидам и метаболитам, поскольку ряд предыдущих работ выявил их возможную связь с шизофренией. Понимание этих молекулярных изменений может помочь в раскрытии механизмов, лежащих в основе этого расстройства, и в разработке новых подходов к его диагностике и лечению.
ЦЕЛЬ: Исследовать степень и характер ассоциированных с шизофренией различий в пространственном распределении липидов в сером и белом веществе двух областей неокортекса — в дорсолатеральной префронтальной коре (область Бродмана 9, BA9) и задней части верхней височной извилины (область Бродмана 22, задняя часть, BA22p), а также сравнить распределение различий между двумя областями и типами тканей.
МЕТОДЫ: Проведена визуализация при помощи метода масс-спектрометрии с применением матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (MALDI-MSI). Всего было исследовано 24 среза, полученных от больных шизофренией (n=2) и от здорового контроля (n=2), представляющих две вышеупомянутых области неокортекса, что позволило проанализировать данные по 131 липидному соединению, измеренному по более чем миллиону пикселей MALDI-MSI.
РЕЗУЛЬТАТЫ: Обнаружено неоднородное распределение разницы в уровне липидов, связанных с шизофренией, в двух исследованных областях неокортекса. Белое вещество из BA22p показало больше различий по сравнению с белым веществом из BA9, в то время как в сером веществе дисбаланс количества различий менее выражен. Хотя изменения липидов, связанные с шизофренией, в целом, хорошо согласуются между областями мозга на уровне классов липидов как для серого, так и для белого вещества, было обнаружено значительно больше расхождений для структур белого вещества.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Исследование выявило согласованную, но дифференцированную связь между шизофренией и составом липидома мозга в различных областях неокортекса, особенно в подкорковом белом веществе. Полученные результаты подчеркивают важность учета специфики мозговых структур в будущих исследованиях шизофрении и демонстрируют перспективность методов молекулярного анализа с пространственным разрешением для выявления структурно-ориентированных изменений, связанных с этим расстройством.