Экспрессия матриксной металлопротеиназы-9 и тканевого ингибитора матриксной металлопротеиназы-1 в слизистой оболочке кишечника у больных с воспалительными заболеваниями кишечника в зависимости от активности заболевания


К.Е. МАЗОВКА, А.В. ТКАЧЕВ 

Ростовский государственный медицинский университет, 344022, г. Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, д. 29

Мазовка Карина Евгеньевна — ассистент кафедры пропедевтики внутренних болезней, тел. (863) 271-99-15, e-mail: c.bac@rambler.ru

Ткачев Александр Васильевич — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой пропедевтики внутренних болезней, тел. (863) 250-41-74, e-mail: tkachev@aaanet.ru

В статье представлены данные исследования экспрессии матриксной металлопротеиназы-9 (ММП-9) и тканевого ингибитора матриксной металлопротеиназы-1(ТИМП-1). Установлено, что при синдроме раздраженного кишечника (СРК) экспрессия ММП-9 низкая, этот показатель резко возрастает при ЯК. Результаты исследования свидетельствуют о наличии достоверно значимых различий в экспрессии ММП-9 и ТИМП-1 в стадии обострения и ремиссии при язвенном колите. Данные показатели могут использоваться для оценки степени активности заболевания.


Ключевые слова: язвенный колит, синдром раздраженного кишечника, металлопротеиназы, тканевой ингибитор матриксной металлопротеиназы.

 

K.E. MAZOVKA, A.V. TKACHEV 

Rostov State Medical University, 29 Nakhichevanskii alley, Rostov-on-Don, Russian Federation, 344022


Expression of matrix metalloproteinases-9 and tissue inhibitor of matrix metalloproteinases-1 in intestinal mucosa in patients with ulcerative colitis according to disease activity

Mazovka K.E. — Assistant Professor of Internal Diseases Propaedeutics Department, tel. (863) 271-99-15, e-mail: c.bac@rambler.ru

Tkachev A.V. — D. Med. Sc., Professor, Head of Internal Diseases Propaedeutics Department, tel. (863) 250-41-74, e-mail: tkachev@aaanet.ru

The article presents data on expression of matrix metalloproteinase-9 and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1. It is established that at irritable bowel disease the MMP-9 expression is very weak, while this indicator sharply increases at ulcerative colitis. The research results also testify to the existence of reliably significant differences of MMP-9 and TIMP-1 expression during aggravation and remission stages of ulcer colitis. The obtained data prove that these indicators can be used for assessing the disease activity. 

Key words: ulcerative colitis, irritable bowel syndrome, metalloproteinases, tissue inhibitors of matrix metalloproteinase.

 

Уровень заболеваемости язвенными колитами значительно ниже, чем другими гаcтроэнтерологическими заболеваниями, однако по тяжести, частоте осложнений и летальности занимает одно из лидирующих мест в структуре заболеваний органов пищеварительной системы, что обуславливает актуальность изучения данной патологии и постоянный интерес к проблеме ее этиологии, патогенеза и лечения данной патологии [1, 2].

Язвенный колит представляет собой хроническое воспалительное заболевание, обусловленное воспалением слизистой оболочки кишечника при отсутствии гранулем при биопсии с вовлечением в воспалительный процесс прямой кишки и других отделов толстой кишки различной протяженности, которое характеризуется периодами обострения и ремиссии [2, 3].

В постановке диагноза язвенного колита (ЯК) используются различные инструментальные методы исследования: эндоскопия, гистологическое исследование биоптатов слизистой оболочки, рентгеноконтрастное исследование кишечника [5].

Этиология ЯК до сих пор остается неизвестной, во многих звеньях патогенеза имеются «белые пятна», а клиника заболевания зачастую бывает стертой. Это обуславливает большой объем проводимых исследований и сложности постановки диагноза. После верификации ЯК возникает новая проблема — достижение клинической, эндоскопической и морфологической ремиссии заболевания. Эта потребность обуславливает поиск новых диагностических методик.

Воспалительный процесс при язвенном колите характеризируется формированием криптитов, крипт-абсцессов, эрозий и язв в слизистой оболочке, иногда с распространением в подслизистый слой слизистой оболочки кишечника с расщеплением внеклеточного матрикса [6].

Известно, что при ВЗК в процесс тканевого повреждения и заживления вовлечено большое количество воспалительных медиаторов, таких как протеолитические ферменты, цитокины, факторы роста, лейкоциты, стромальные и ряд других клеток [7]. Одним из наиболее важных ферментов, участвующих в расщеплении внеклеточного матрикса, является матриксная металлопротеиназа.

Матриксные металлопротеиназы (ММП) представляют собой семейство Zn+-содержащих протеаз, которые имеют общие функциональные домены, механизмы активации и совместно гидролизуют все компоненты внеклеточного матрикса при нейтральных значениях pH [8]. Многие ученые отмечают, что ММП являются одними из главных факторов повреждения ткани кишечника, опосредованное Т-лимфоцитами при ВЗК [9, 10]. Как показали исследования Baugh, ММП-9 в наибольшей степени коррелирует с активностью ВЗК [11].

ММП-9 — желатиназа В — воздействует на такие вещества, как желатин, эластин и природные коллагены IV и V типа; однако не обладает активностью в отношении коллагена I типа, протеогликанов или ламининов [12, 13]. Invivo регуляция ММП-9 осуществляется тканевым ингибитором матриксной металлопротеиназы-1 (ТИМП-1). В норме ММП-9 экспрессируются трофобластами, остеокластами, нейтрофилами и макрофагами, следует отметить, что наибольшее количество экспрессируется полиморфноядерными лейкоцитами (ПМЯЛ). Нельзя не отметить, что при воздействии таких медиаторов, как факторы роста или цитокины, экспрессия ММП-9 может быть индуцирована и в клетках других типов [14].Применительно к кишечной стенке, по данным Castaneda, эпителиальная ММП-9 увеличивает степень повреждения ткани при колитах [15]. Таким образом, от активности экспрессии ММП-9 зависит степень расщепления внеклеточного матрикса и, как следствие, формирование фиброза в тканях. Вместе с тем остается открытым вопрос о корреляции маркеров воспаления в крови, эндоскопической и гистологической активности воспалительного процесса в кишечнике, экспрессии ММП-9 и ТИМП-1 в слизистой оболочке кишечника в стадии обострения и ремиссии, что обосновывает проведение данного исследования.

Цель работы —установить диагностическую значимость ММП-9 и ТИМП-1 для оценки степени воспаления в кишечнике у больных ВЗК.

Материалы и методы

Обследованы 25 пациентов с язвенным колитом, 17 — с синдромом раздраженного кишечника (СРК). В основной группе, представленной пациентами с ЯК, было 14 женщин и 11 мужчин, в группе пациентов с СРК — 12 женщин и 5 мужчин. Возраст пациентов с ЯК варьировал от 24 до 65 лет. В группе пациентов с СРК возраст составил от 19 до 38 лет. У 2 пациентов наблюдалась дистальная форма ЯК, у 14 — левостороннее поражение, тотальное поражение отмечалось у 9 пациентов.

Активность ММП-9 и ТИМП-1 определяли посредством иммуногистохимического исследования с использованием моноклональных кроличьих антител к ММП-9 и поликлональных — к ТИМП-1. Для лабораторной оценки степени тяжести заболевания проводили анализ абсолютного количества лейкоцитов, нейтрофилов, лимфоцитов и СРБ. Оценка клинической активности ЯК проводилась с использованием шкалы по Rachmilewitz (1989). Сумма баллов от 0 до 4 — ремиссия заболевания, 5-10 баллов — низкая активность, 11-15 баллов — средней и более 16 баллов — высокой степени клинической активности ЯК.

Для иммуногистохимического исследования использовалась полуколичественная оценка с последующей балльной оценкой: 0 — нет окрашивания, 1 — несколько положительных клеток/областей ткани или слабая интенсивность окрашивания во всех клетках, 2 — меньшинство клеток/областей ткани положительны или умеренная интенсивность окрашивания во всех клетках, 3 — большинство клеток/ областей ткани положительны /умеренная интенсивность окрашивания во всех клетках, 4 — все клетки/поля ткани резко положительны.

Статистическая обработка данных проводилась методами описательной статистики, рассчитывалась медиана (Ме), нижняя квартиль (Q0,25) и верхняя квартиль (Q0,75).Данные в таблицах представлены в виде: Ме (Q0,25 –Q0,75). Значимость различий между группами оценивалась U-критерием Манна – Уитни. Критический уровень статистической значимости принят равным 0,05. Обработка данных проводилась с использованием программы Statistica 6.0.

Результаты исследования

Показатели ММП-9 у больных ЯК и СРК представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Показатели ММП-9 у больных ЯК и СРК

ПоказательНЯКСРКуровень значимости различий (р)
Ме (Q0,25 — Q0,75)nМе (Q0,25 — Q0,75)n
общая3,0 (1,0 — 4,0)221,0 (1,0 — 1,0)170,000124
межклеточное вещество1,0 (0,0 — 2,0)220,0 (0,0 — 0,0)170,000477
в цитоплазме макрофагов и ПМЯЛ3,0 (1,0 — 4,0)221,0 (1,0 — 1,0)170,000061
в цитоплазме одиночных энтероцитов1,0 (1,0 — 2,0)221,0 (0,0 — 1,0)170,010373

Различия между показателями для НЯК и СРК статистически значимы (р<0,05) во всех группах

 

Таблица 2.

Показатели ТИМП-1 у больных ЯК и СРК

ПоказательНЯКСРКуровень значимости различий (р)
Ме (Q0,25 — Q0,75)nМе (Q0,25 — Q0,75)n
общий2,0 (1,0-3,0)221,0 (0,0-1,0)170,000093
межклеточное вещество1,0 (0,0-2,0)220,0 (0,0-0,0)170,007133
в цитоплазме макрофагов и ПМЯЛ2,0 (1,0-3,0)220,0 (0,0-0,0)170,000003
в цитоплазме одиночных энтероцитов1,0 (1,0-2,0)221,0 (0,0-1,0)170,014864

Различия между показателями ММП-9 и ТИМП-1для НЯК и СРК статистически значимы (р<0,05) во всех группах

 

У больных ЯК при проведении иммуногистохимического исследования было выявлено резко выраженное позитивное контрастирование ММП-9 в ПМЯЛ, межклеточном веществе в зоне эрозии и язв по сравнению с пациентами с СРК. Следует отметить, что позитивное окрашивание ММП-9 в межклеточном веществе в зоне эрозии и язв, возрастает по мере тяжести тканевого воспаления у пациентов с ЯК. При определении экспрессии ТИМП-1 у пациентов с ЯК также отмечается ее повышение в покровном эпителии толстой кишки и ее криптах, однако менее выраженная, чем экспрессия ММП-9.

При исследовании ТИМП-1 у больных НЯК отмечалось менее интенсивное контрастирование, как в ПМЯЛ, так и в межклеточном веществе. Выявлены различия в экспрессии ММП-9 и ТИМП-1 в биопсийном материале из сигмовидной кишки у пациентов с ЯК и СРК.

Таблица 3.

Показатели ММП-9 при ЯК в зависимости от стадии заболевания

ММП-9 (прямая кишка)обострениеремиссияуровень значимости различий (р)
Ме (Q0,25 — Q0,75)nМе (Q0,25 — Q0,75)n
Общая3,0 (3,0-4,0)181,0 (1,0-1,0)70,000137
в межклеточном веществе в зоне язв2,0 (1,0-3,0)180,0 (0,0-1,0)70,020442
в цитоплазме бол-ва макрофагов и ПМЯЛ преимущественно в зоне язв, в меньшей степени диффузно3,0 (3,0-4,0)181,0 (1,0-1,0)70,000137
диффузно умеренная в цитоплазме одиночных энтероцитов1,5 (1,0-2,0)181,0 (1,0-1,0)70,138127

Различия между показателем ММП-9 в трех первых группах для обострения и ремиссии статистически значимы (р<0,05)

Различия между показателем ММП-9 в четвертой группе для обострения и ремиссии статистически не значимы (р>0,05)

 

Таблица 4.

Показатели ТИМП-1 при ЯК в зависимости от стадии заболевания

ТИМП-1 (прямая кишка)обострениеремиссияуровень значимости различий (р)
Ме (Q0,25 — Q0,75)nМе (Q0,25 — Q0,75)n
Общая2,0 (2,0-3,0)181,0 (1,0-1,0)70,000701
в межклеточном веществе в зоне язв1,5 (0,0-3,0)180,0 (0,0-0,0)70,005891
в цитоплазме бол-ва макрофагов и ПМЯЛ преимущественно в зоне язв, в меньшей степени диффузно2,5 (2,0-3,0)181,0 (1,0-1,0)70,000317
диффузно умеренная в цитоплазме одиночных энтероцитов2,0 (1,0-2,0)181,0 (1,0-1,0)70,003672

Различия между показателем ТИМП-1 для обострения и ремиссии статистически значимы (р<0,05) во всех группах

 

Следует отметить, что позитивное окрашивание ММП-9 в межклеточном веществе в зоне эрозии и язв возрастает по мере тяжести тканевого воспаления у пациентов с ЯК. При определении экспрессии ТИМП-1 у пациентов с ЯК также отмечается ее повышение в покровном эпителии толстой кишки и ее криптах, однако менее выраженное, чем экспрессия ММП-9. При исследовании ТИМП-1 у больных НЯК отмечалось менее интенсивное контрастирование, как в ПМЯЛ, так и в межклеточном веществе.

Заключение

Полученные данные свидетельствует о том, что при СРК экспрессия ММП-9 значительно снижена, в то время как при ЯК этот показатель резко возрастает.

Наибольшая экспрессия ММП-9 отмечается в зоне эрозии, язв, крипт-абсцессов, грануляционной ткани, при этом выявляется низкая экспрессия ТИМП-1 в межклеточном веществе, криптах. Представленные результаты исследования показывают, что для оценки степени активности воспаления слизистой оболочки толстой кишки у больных ЯК могут использоваться показатели ММП-9 и ТИМП-1.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Allison M.C., Dbillou A.P., Lewis W.G., Pounder R.E. Inflammatory bowel disease. —Mosby, 1998.

2. Ткачев А.В., Мкртчян Л.С., Никитина К.Е. Особенности эпидемиологии и этиопатогенеза воспалительных заболеваний кишечника: состояние проблемы // Научная мысль Кавказа. — 2001. — № 2. — С. 175-180.

3. ECCO Consensus on UC: Definitions and diagnosis, E.F. Stange et al. // Journal of Crohn’s and Colitis. — 2008. — Vol. 2, Issue 1. — P. 24-62.

4. Ткачев А.В., Мкртчян Л.С., Никитина К.Е., Волынская Е.И. Воспалительные заболевания кишечника: на перекрестке проблем // Практическая медицина. — 2012. — Vol. № 3 (58). — 17-22.

5. Андреев А.И., Тертычный А.С., Карэл Г. Современные подходы к морфологической диагностике воспалительных заболеваний кишечника на материале эндоскопических биопсий // Архив патологии. — 2011. — № 1. — С. 40-47.

6. Wang Y.D., Yan P.Y. Expression of matrix metalloproteinase-1 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 in ulcerative colitis // World J Gastroenterol. — 2006. — Vol. 12, № 37. — P. 6050-6053.

7. Meijer M.J., Mieremet-Ooms M.A., van Hogezand R.A., Lamers C.B., Hommes D.W., Verspaget H.W. Role of matrix metalloproteinase, tissue inhibitor of metalloproteinase and tumor necrosis factor-alpha single nucleotide gene polymorphisms in inflammatory bowel disease // World J. Gastroenterol. — 2007. — Vol. 13, № 21. — P. 2960-6.

8. Ravi A., Garg P., Sh. V. Sitaraman. Matrix metaloproteinases in inflammatoty bowel disese: boon or bane? // Inflamm Bowel Dis. — 2007. — Vol. 13, № 1. — P. 97-107.

9. Pender S.L., McKenzie C., Shaida A., MacDonald T.T. Regulation of matrix metalloproteinases in human intestinal mucosa // Ann N Y Acad Sci. — 1999. — Vol. 878. — Р. 581-2.

10. Pender S.L., Tickle S.P., Docherty A.J., Howie D., Wathen N.C., Mac-Donald T.T. A major role for matrix metalloproteinases in T cell injury in the gut // J Immunol. — 1997. — Vol. 158. — Р. 1582-90.

11. Baugh M.D., Perry M.J., Hollander A.P., Davies D.R., Cross S.S., Lobo A.J., Taylor C.J., Evans G.S. Matrix metalloproteinase levels are elevated in inflammatory bowel disease // Gastroenterology. — 1999. — Vol. 117, № 4. — P. 814-22.

12. Brinckerhoff C.E., Matrisian L.M. Matrix metalloproteinases: a tail of a frog that became a prince // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. — 2002. — P. 207-14.

13. McCawley L.J., Matrisian L.M. Matrix metalloproteinases: they’re not just for matrix anymore // Curr. Opin. Cell. Biol. — 2001. — Vol. 13. — P. 534-40.

14. Thiennu H. Vu. and Zena Werb. Matrix metalloproteinases: effectors of development and normal physiology // Genes & Development. — 2000. — Vol. 14. — P. 2123-2133.

15. Castaneda F.E., Walia B., Vijay-Kumar M., Patel N.R. et al. Targeted deletion of metalloproteinase 9 attenuates experimental colitis in mice: central role of epithelial-derived MMP // Gastroenterology. — 2005. — Vol. 129, № 6. — P. 1991-2008.

REFERENCES

1.  Allison M.C., Dbillou A.P., Lewis W.G., Pounder R.E. Inflammatory bowel disease. Mosby, 1998.

2.  Tkachev A.V., Mkrtchyan L.S., Nikitina K.E. Features of epidemiology and etiopathogenesis of inflammatory bowel disease: state of the problem. Nauchnaya mysl’ Kavkaza, 2001, no. 2, pp. 175-180 (in Russ.).

3.  Stange E.F.  et al.  ECCO Consensus on UC: Definitions and diagnosis. Journal of Crohn’s and Colitis, 2008, vol. 2, iss. 1, pp. 24-62.

4.  Tkachev A.V., Mkrtchyan L.S., Nikitina K.E., Volynskaya E.I. Inflammatory bowel disease: at the crossroads of problems, Prakticheskaya meditsina, 2012, vol. no. 3 (58), pp. 17-22 (in Russ.).

5.  Andreev A.I., Tertychnyy A.S., Karel G. Current approaches to the morphological diagnosis of inflammatory bowel disease on endoscopic biopsy material. Arkhiv patologii, 2011, no. 1, pp. 40-47 (in Russ.).

6.  Wang Y.D., Yan P.Y. Expression of matrix metalloproteinase-1 and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 in ulcerative colitis. World J Gastroenterol, 2006, vol. 12, no. 37, pp. 6050-6053.

7.  Meijer M.J., Mieremet-Ooms M.A., van Hogezand R.A., Lamers C.B., Hommes D.W., Verspaget H.W. Role of matrix metalloproteinase, tissue inhibitor of metalloproteinase and tumor necrosis factor-alpha single nucleotide gene polymorphisms in inflammatory bowel disease. World J. Gastroenterol, 2007, vol. 13, no. 21, pp. 2960-2966.

8.  Ravi A., Garg P., Sh. V. Sitaraman. Matrix metaloproteinases in inflammatoty bowel disese: boon or bane? Inflamm Bowel Dis, 2007, vol. 13, no. 1, pp. 97-107.

9.  Pender S.L., McKenzie C., Shaida A., MacDonald T.T. Regulation of matrix metalloproteinases in human intestinal mucosa. Ann N Y Acad Sci, 1999, vol. 878, pp. 581-582.

10.  Pender S.L., Tickle S.P., Docherty A.J., Howie D., Wathen N.C., Mac-Donald T.T. A major role for matrix metalloproteinases in T cell injury in the gut. J Immunol, 1997. vol. 158, pp. 1582-1590.

11.  Baugh M.D., Perry M.J., Hollander A.P., Davies D.R., Cross S.S., Lobo A.J., Taylor C.J., Evans G.S. Matrix metalloproteinase levels are elevated in inflammatory bowel disease. Gastroenterology, 1999, vol. 117, no. 4, pp. 814-822.

12.  Brinckerhoff C.E., Matrisian L.M. Matrix metalloproteinases: a tail of a frog that became a prince. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2002, pp. 207-214.

13.  McCawley L.J., Matrisian L.M. Matrix metalloproteinases: they’re not just for matrix anymore. Curr. Opin. Cell. Biol, 2001, vol. 13, pp. 534-40.

14.  Thiennu H. Vu. and Zena Werb. Matrix metalloproteinases: effectors of development and normal physiology. Genes & Development, 2000, vol. 14, pp. 2123-2133.

15.  Castaneda F.E., Walia B., Vijay-Kumar M., Patel N.R. et al. Targeted deletion of metalloproteinase 9 attenuates experimental colitis in mice: central role of epithelial-derived MMP. Gastroenterology, 2005, vol. 129, no. 6, pp. 1991-2008.