QUANTITATIVE PROFILING OF PHOSPHATIDYLETHANOL MOLECULAR SPECIES IN BLOOD OF HEAVY AND SOCIAL DRINKERS

L’abuso alcolico cronico costituisce un problema di salute pubblica mondiale, di estensione e portata assai vaste. Vi sono diversi metaboliti attivi dell’etanolo in grado di provocare alterazioni tissutali e danni d’organo in vari distretti dell’organismo. Il fosfatidiletanolo (PEth) è un fosfolipide di membrana atipico che si forma nella cellula soltanto in presenza di etanolo. Tale molecola ha recentemente attratto l’attenzione di alcuni gruppi di studio, in qualità di promettente marcatore di abuso alcolico cronico. Il PEth non è una singola molecola, bensì un gruppo di fosfolipidi caratterizzati da una testa polare comune e da differenti catene laterali di acidi grassi in posizione sn-1 e sn-2. Lo scopo della presente tesi è stata l’analisi della distribuzione quantitativa delle specie molecolari del fosfatidiletanolo in sangue prelevato da bevitori occasionali (social drinkers) ed abusatori cronici di etanolo (heavy drinkers) mediante due differenti tecniche analitiche: l’elettroforesi capillare e la cromatografia liquida ad alte prestazioni accoppiate alla spettrometria di massa. I suddetti metodi analitici sono stati sviluppati e validati secondo le linee guida internazionali in ambito tossicologico-forense e, successivamente, applicati all'analisi di campioni di sangue reali, raccolti in ambito clinico. L’analisi quantitativa della distribuzione degli omologhi del fosfatidiletanolo ha dimostrato che le specie 16:0/18:1 e 16:0/18:2 sono predominanti negli abusatori cronici, costituendo mediamente il 46% e 28% del PEth totale. Variazioni inter-individuali fanno sì che il PEth 16:0/18:2 sia talvolta più abbondante rispetto alla forma 16:0/18:1; il PEth 18:1/18:1 ed il 18:0/18:2 rappresentano di norma l’11% del totale mentre il PEth 18:1/18:2 e 16:0/20:3 costituiscono il 6% circa. L’elevata sensibilità del metodo sviluppato in cromatografia liquida accoppiata alla spettrometria di massa ad alta risoluzione ha consentito la quantificazione delle due specie molecolari più abbondanti (PEth 16:0/18:1 e 16:0/18:2) anche nel sangue di alcuni bevitori sociali. I risultati ottenuti sottolineano la necessità di ulteriori studi volti alla caratterizzazione della velocità di formazione e di degradazione delle singole specie molecolari del PEth, al fine ultimo di identificare idonei cut-off per ciascun omologo ed evidenziare eventuali possibili vantaggi clinici nell’utilizzo di singoli omologhi o combinazioni di omologhi (invece della concentrazione totale del fosfatidiletanolo) per poter discriminare un consumo sociale, da un binge drinking o da un abuso alcolico cronico.

Heavy alcohol consumption places a substantial burden on health all over the world. Metabolites of alcohol evoke alterations that lead to tissue damage in many organs. Phosphatidylethanol (PEth) is a unique phospholipid formed in the cellular membranes during the metabolism of ethanol after alcohol consumption. PEth has attracted special attention as it is postulated to be a reliable marker of long-term heavy alcohol consumption. Recent experiments have demonstrated the presence of different homologues of PEth in blood, revealing that it is not a single molecular species but a group of phospholipids with a common nonpolar phosphoethanol head group onto which 2 fatty acid moieties are attached at positions sn-1 and sn-2. The aim of the present study was to investigate the distribution of PEth molecular species in blood collected from heavy and social drinkers by means of two different analytical techniques: capillary electrophoresis and high-performance liquid chromatography, both coupled to a mass spectrometric detector. The above-mentioned methods were developed and validated according to international forensic toxicology guidelines, and applied to the analysis of real blood samples collected in a clinical setting. The quantitative profiling of PEth homologues in heavy drinkers showed that PEth 16:0/18:1 and 16:0/18:2 are the predominant species accounting on average for 46% and 28%, respectively, of total PEth. Due to inter-individual variations, PEth 16:0/18:2 was sometimes the major molecular species, whereas PEth 18:1/18:1 and 18:0/18:2 made up 11% of total PEth, and PEth 18:1/18:2 and 16:0/20:3 about 6%. Due to the high sensitivity of the liquid-chromatography high-resolution mass spectrometry method, it was possible to detect the two most abundant PEth homologues (PEth 16:0/18:1 and 16:0/18:2) also in blood of social drinkers. These results underline the importance of further research in order to characterize the formation and degradation rates of singular PEth molecular species, determine the most appropriate cut-off for each species, highlight the possible clinical advantages of focusing on distinct homologues instead of on total PEth, and to determine whether this marker of chronic alcohol abuse could also be utilized for detecting single episodes of heavy drinking (“binge drinking”).