외상후 스트레스 장애에서 전전두피질의 감마아미노부티르산 및 글루탐산 농도

Abstract

Instruction: Posttraumatic stress disorder (PTSD) may occur following trauma exposure. Trauma-exposed individuals with PTSD are known to develop emotional symptoms such as re-experiencing, avoidance, and hyperarousal that lead to functional impairment. Previous studies have suggested that the prefrontal cortex may be involved in the pathogenesis of and recovery process from PTSD. Previous animal studies have suggeted that gamma-aminobutyric acid (GABA) and glutamate (glutamate), which are the main inhibitory and excitatory neurotransmitters in the human brain, may function as a biomarker for diagnosis and prognosis of PTSD. The PTSD prevalence showed differences depending on gender, with higher vulnerability for PTSD development in females. The current study aimed to examine the prefrontal levels of GABA and glutamate in the female crime victims with PTSD. Methods: The prefrontal GABA and glutamate levels data were acquired from 20 PTSD patients and 20 age- and sex-matched healthy controls using proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS). The Mescher-Garwood point-resolved spectroscopy (MEGA-PRESS) was used for fitting and analysis of the acquired spectra. The PTSD symptoms and truma-related data including time since trauma were assessed using Clinician-Administered PTSD Scale for Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 5th edition (CAPS-5), and structured clinical interviews. Results: The two groups did not show significant differences in demographic characteristics. The prefrontal levels of GABA (PTSD patients, 1.86 ± 0.40 mM; healthy controls, 1.57 ± 0.30 mM) and glutamate (PTSD patients, 1.21 ± 0.33 mM; healthy controls, 0.98 ± 0.20 mM) were significantly higher in the PTSD patients than those in the healthy controls (GABA, P = 0.02; glutamate, P = 0.047). These results suggest that 1) when exposed to traumatic event and stress, levels of prefrontal GABA are increased to recover back to previous condition and 2) increased levels of GABA and glutamate are in order to metabolize and modulate functions in prefrontal cortex. Time since trauma was 5.4 ± 4.4 months and the total CAPS-5 scores were 36.9 ± 11.2 in the PTSD patients. The prefrontal levels of GABA showed nonsignificant associations with the total scores and subscores of the CAPS-5 in the PTSD patients (total, R2 = 0.09, P = 0.20; re-experencing, R2 = 0.02, P = 0.55; avoidance, R2 = 0.00, P = 0.77; negative cognitive and mood, R2 = 0.11, P = 0.15; arousal, R2 = 0.08, P = 0.22), and so did the prefrontal levels of glutamate (total, R2 = 0.06, P = 0.27; re-experencing, R2 = 0.00, P = 0.99; avoidance, R2 = 0.03, P = 0.48; negative cognitive and mood, R2 = 0.13, P = 0.12; arousal, R2 = 0.04, P = 0.43). Conclusion: The female PTSD patients showed higher prefrontal levels of GABA and glutamate than healthy controls. The current findings suggest the GABA and glutamate as potentially promising biomarkers for the pathophysiology of PTSD that may provide insights into neurchemical mechanisms underlying PTSD.;서론: 외상후 스트레스 장애(posttraumatic stress disorder, PTSD)는 외상사건 노출 후 일상생활에 심각한 장애를 초래하는 정신질환으로, 그 병태생리(pathophysiology), 진단 및 치료법에 대하여 관심이 높아지고 있다. 외상후 스트레스 장애의 발병 및 회복에 관여하는 뇌의 영역 중 전전두피질(prefrontal cortex)이 주요 역할을 담당한다는 점이 밝혀졌으며, 또한 뇌의 주요 신경전달물질(neurotransmitter) 중 억제성인 감마아미노부티르산(gamma-aminobutyric acid, 이하 GABA)과 흥분성인 글루탐산(glutamate)은 외상후 스트레스 장애의 진단, 치료 등의 지표로 사용될 가능성이 높다는 점이 동물실험 등의 결과에서 알려졌다. 한편 외상후 스트레스 장애의 유병률은 여성에서 더 높게 나타나며, 또한 여성이 주로 경험하는 외상사건은 외상후 스트레스 장애 이환 위험이 높다고 알려져 있으므로 여성에서의 외상후 스트레스 장애에 대한 연구가 필요할 것이다. 사람의 뇌에서 신경전달물질인 GABA 및 glutamate의 농도를 각각 정확히 측정할 수 있는 방법은 비교적 최근에 개발되었고, 기존 외상후 스트레스 장애의 신경전달물질 농도 연구에서는 여성을 따로 측정한 경우는 없었다. 그러므로 본 연구에서는 외상후 스트레스 장애를 가진 여성의 뇌에서의 GABA 및 glutamate 농도가 외상후 스트레스 장애를 가지지 않은 대조군에 비하여 차이가 있는지에 대하여 알아보고자 하였다. 방법: 본 연구에서는 구조화된 면담을 통해 외상후 스트레스 장애로 진단된 20명(평균 연령 42.8 ± 1.7세, 범죄 피해 여성) 및 이들과 성별, 연령이 대응된 정상대조군 20명(평균 연령 43.4 ± 2.3세)을 연구 대상자로 하였다. 연구대상자들의 내측 전전두피질에서 수소자기공명분광법(proton magnetic resonance spectroscopy, 1H-MRS)을 사용하여 GABA와 glutamate 농도를 측정하고, 외상후 스트레스 장애군과 정상대조군을 비교하였다. 내측 전전두피질의 GABA 및 glutamate 농도는 Mescher-Garwood Point Resolved Spectroscopy (MEGA-PRESS) 시퀀스를 사용하여 단일복셀(single voxel)에서 각각 농도를 측정하고 뇌내 조직 분율에 따라 보정하였다. 외상후 스트레스 장애군에서는 외상 노출 이후의 기간을 조사하고, Clinician-Administered PTSD Scale for Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 5th edition (CAPS-5) 을 사용하여 외상후 스트레스 장애 증상의 중증도를 평가하였다. 결과: 내측 전전두피질에서 GABA 농도의 평균 및 표준편차는 외상후 스트레스 장애군 1.86 ± 0.40 mM, 정상대조군 1.57 ± 0.30 mM, glutamate 농도의 평균 및 표준편차는 외상후 스트레스 장애군에서 1.21 ± 0.33 mM, 정상대조군에서 0.98 ± 0.20 mM으로 나타났다. 연령을 공변량으로 하여 공분산분석한 결과 GABA와 glutamate 농도는 외상후 스트레스 장애군에서 정상대조군에 비하여 유의하게 높았다(GABA, P = 0.02; glutamate, P = 0.047). 외상후 스트레스 장애군에서 외상 노출 후의 기간은 평균 5.4 ± 4.4개월이었고, CAPS-5 총점은 36.9 ± 11.2점이었다. 회귀분석 결과 외상후 스트레스 장애군에서 CAPS-5 총점 및 영역별 점수와 전전두피질에서의 GABA 농도는 관련성을 보이지 않았다(총점, R2 = 0.09, P = 0.20; 재경험, R2 = 0.02, P = 0.55; 회피, R2 = 0.00, P = 0.77; 부정적 인지 및 기분, R2 = 0.11, P = 0.15; 과각성, R2 = 0.08, P = 0.22). 외상후 스트레스 장애군에서 CAPS-5 총점 및 영역별 점수와 전전두피질에서의 glutamate 농도 역시 회귀분석 결과 관련성을 보이지 않았다(총점, R2 = 0.06, P = 0.27; 재경험, R2 = 0.00, P = 0.99; 회피, R2 = 0.03, P = 0.48; 부정적 인지 및 기분, R2 = 0.13, P = 0.12; 과각성, R2 = 0.04, P = 0.43). 결론: 본 연구는 여성 외상후 스트레스 장애군에서 정상대조군에 비하여 내측 전전두피질의 GABA 및 glutamate 농도가 높게 나타남을 보고하였으며, 이는 외상후 스트레스 장애가 이환된 여성의 뇌에서의 GABA 및 glutamate 농도 특성을 새로이 밝힌 결과이다. 본 연구 결과는 GABA 및 glutamate가 여성에서 외상후 스트레스 장애의 진단 등에 바이오마커로서 활용될 수 있을 가능성을 시사하며, 향후 연구를 통하여 GABA 및 glutamate의 외상후 스트레스 장애의 발병 기전과의 연관성을 규명될 필요가 있을 것으로 제안한다. 또한 본 연구에서 적용한 전전두피질 내 GABA와 glutamate의 농도 분석 기법은 외상후 스트레스 장애를 비롯한 다른 정신질환의 진단 바이오마커를 발굴하는 등의 확장 연구에도 적용 가능할 것으로 기대할 수 있을 것으로 생각된다.