CC BY
29
УДК 616. 24 - 002
МАТРИКСНЫЕ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗЫ В ДИАГНОСТИКЕ ПНЕВМОНИИ
A.A. Турна1, Р.Т. Тогузов2, Т.А. Турусина, Е.В. Никонова
ГКБ № 83 ФМБА России,
Российский государственный медицинский университет, Москва
Обследованы 56 пациентов (возраст 54,5 ± 8,5 года) с внеболь-ничной бактериальной пневмонией с целью изучения у них активности матриксной металлопротеиназы-3, металлопротеиназы-7, металлопротеиназы-9. По данным исследования, у пациентов максимально повышается активность металлопротеиназы-7. Активность металлопротеиназы-3 не превышает нормальных показателей. Активность металлопротеиназы-9 повышена у пациентов, посев мокроты которых дал рост микроорганизмов. У этих пациентов активность исследуемых протеиназ повышена максимально.
Ключевые слова: пневмония, матриксные металлопротеиназы, диагностика
Key words: matrix metalloproteinase, pneumonia, diagnostics
Пневмония — одно из самых распространенных заболеваний органов дыхания, представляет серьезную проблему из-за ее значительной частоты, трудностей диагностики, лечения и высокой летальности [2,3]. Наиболее значительным фактором риска пневмонии является пожилой и старческий возраст. Основные клинические критерии ее тяжести — степень дыхательной недостаточности, выраженность интоксикации, наличие осложнений, декомпенсация сопутствующих заболеваний [1]. Распространенность вне-больничных пневмоний среди лиц пожилого и старческого возраста в Москве в конце 90-х годов составляла 17,4 на 1000 населения [4], в
1 Турна Алия Абдурахмановна, ФГУЗ Клин. больница № 83 ФМБА России, РГМУ, канд. мед. наук, доцент кафедры клинической лабораторной диагностики. Тел.: 395-63-87, моб. 8-916-120-30-80, e-mail: [email protected].
2 Тогузов Руслан Тимофеевич, д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой клинической лабораторной диагностики РГМУ. Тел.:(495) 434-61-45, e-mail: [email protected].
Европе — 25—44 на 1000 человек [1]. В этиологической структуре внебольничных пневмоний, вызванных микроорганизмами, преобладают Streptococcus pneumoniae, Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia pneumoniae, реже факультативные и грамотрицательные бактерии семейства Enterobacteriaceae рода Klebsiella, Enterobacter, Proteus, а также аэробные нефер-ментирующие грамотрицательные палочки рода Pseudomonas [5]. В последнее десятилетие в диагностике бронхолегочных заболеваний все больший интерес вызывают матриксные металлопротеиназы семейства протеиназ. За способность этих ферментов специфически гидроли-зовать основные компоненты внеклеточного матрикса они были названы матриксными ме-таллопротеиназами, или матриксинами, и представляют расширяющееся семейство цинк- и кальцийзависимых эндопептидаз [19]. В физиологических условиях семейство металлопроте-иназ синтезируются как препробелки и секрети-руются как проферменты в очень незначительном количестве [9]. Протеиназы присутствуют
во всех без исключения клетках, внеклеточном матриксе и биологических жидкостях организма. В клетках они локализованы в эндоплазма-тическом ретикулуме, плазматических мембранах, митохондриях и цитоплазме фибробластов, эпителиальных клетках, экстрацеллюлярном матриксе, клетках крови и др. [7].
Цель исследования — комплексно изучить активность матриксной металлопротеиназы-3, -7, -9 в сыворотке крови больных с внебольнич-ной пневмонией.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В исследование последовательно включены 56 пациентов, средний возраст 54,5 ± 8,5 года. Согласно критериям включения и исключения, в исследуемую группу не вошли пациенты с пневмонией вирусной этиологии и тяжелыми сопутствующими заболеваниями. В группу контроля включены 30 человек, без хронической патологии, средний возраст 55,0 ± 9,6 лет. Кровь брали в утренние часы, строго натощак, из локтевой вены. В работе для определения активности металлопротеиназы-3 и -9 использовались реагенты фирмы «BIOSOURSE» Бельгия, металлопротеиназы-7 — реагенты «Quantikine» США. Метод определения металлопротеиназы основан на твердофазном иммуноферментном анализе типа «сэндвич». Исследования проводились в строгом соответствии с методическими рекомендациями на иммуноферментном анализаторе «E-Liza-Мат-ЗООО», США — Германия.
Статистическая обработка данных проводилась при помощи пакета прикладных программ Excel и Statistica 6.0. Данные представлены как среднее М ± m, где М — среднее значение, m — стандартная ошибка среднего. Достоверность различий средних величин оцениваемых показателей у пациентов рассчитывали по непарному t-критерию Стью-дента, статистически значимым считали значение p < 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В основную группу вошли пациенты пульмонологического отделения. Физикальное обследование включало осмотр, пальпацию, перкуссию и аускультацию. Изменения в бронхолегочной системе определяли рентгенографией. Оценивали данные общеклинического и биохимического анализа крови, бактериологического исследования мокроты и активности матриксных метал-лопротеиназ.
Наши знания относительно роли матриксных металлопротеиназ в развитии воспалительных
заболеваний легких быстро расширяются, однако все они основываются преимущественно на экспериментальных данных. Известно, что мат-риксные металлопротеиназы играют критическую роль в деградации ткани легкого в острой и хронической стадии заболеваний. Полное понимание биологии и механизмов действия этих сложных ферментов необходимо в первую очередь для рационального их применения в качестве диагностических маркеров.
Активность металлопротеиназы-7 (табл. 1) в сыворотке крови общей группы больных в 2,16 раза выше (p < 0,05), чем в сыворотке здоровых лиц. Факторы окружающей среды отрицательно влияют на развитие воспаления, особенно у пациентов с бронхолегочными заболеваниями. Городские воздушные массы содержат значительное количество вредных веществ и представляют собой сложную смесь, отчего обнаружить основной агент, вызывающий легочную патологию, по-прежнему невозможно. Верхние дыхательные пути постоянно подвергаются воздействию микроорганизмов, и поэтому можно предположить, что однажды возникшая активация фермента непрерывно поддерживается вследствие бактериального воздействия [18].
На основании данных посева мокроты общая группа больных разделена на две подгруппы. В первую подгруппу вошел 31 (55,3%) больной, в посеве мокроты которых дали рост St. pneumoniae — 45,1% (14), St. Pyogenes — 16,3% (5), St. aureus — 3,1% (1), Escherichia coli — 9,6% (3), Klebsiella pneumoniae — 9,6% (3), Candida - 16,3% (5).
Вторую подгруппу составили 25 человек — 44,7% больных, в посеве мокроты которых не было роста микроорганизмов. Следует отметить, что в нашем исследовании выделенные микроорганизмы из мокроты больных практически совпадают с наиболее активными возбудителями первичной пневмонии по литературным данным [6,10].
Таблица 1
Активность матриксной металлопротеиназы-7 (матрилизин) у здоровых и больных пневмонией, нг/мл, M ± m
Фермент Здоровые n = 30 Больные n = 56
ММП-7 3,05 ± 0,52 6,59 ± 1,95*
Примечание. * p < 0,05 — достоверность различий по сравнению с группой здоровых.
Известно, что эпителиальные клетки особенно восприимчивы к действию бактерий. Пневмония, вызванная Staphylococcus aureus, изучалась на взрослой модели мыши в первые часы заболевания для определения ранних изменений в иммунном ответе и оценки состояния дыхательных путей. Было установлено значительное увеличение числа нейтрофилов в дыхательных путях, потеря альвеолярной архитектоники и увеличение коагуляционных белков [17].
При сопоставлении активности металлопро-теиназы-7 (табл. 2) в сыворотке крови больных установлено, что у больных с ростом микроорганизмов ее активность на 15,93% выше (p < 0,05), а у больных без роста микроорганизмов на 9,7% ниже, чем у всех больных.
Экспериментально установлено, что даже краткое соприкосновение Pseudomonas aeruginosa с эпителием легкого заканчивается активацией металлопротеиназы-7, которая как предполагается, направлена на уничтожение бактерий [8]. Согласно данным литературы, активность металлопротеиназы-7 при заболеваниях легких человека регулируется поврежденным альвеолярным эпителием. В эпителиальных клетках ее активность после контакта с бактериальной инфекцией значительно выше, чем после их стимуляции цитокинами или хемокинами [11]. Увеличение активности металлопротеиназы-7 может рассматриваться как часть общего ответа на бактериальную инфекцию. Эпителиальные клетки в ответ на повышение активности метал-лопротеиназы-7 увеличивают производство молекул защиты с антимикробными свойствами — первой линии защиты против бактериальных агентов, в то же время другие металлопротеина-зы (коллагеназы и стромелизины) сразу стимулируют воспаление и принимают участие в ограниченном разрушении ткани. Следует отметить, что молекулы защиты с антимикробными
Таблица 2
Активность матриксной металлопротеиназы-7 (матрилизина) у всех больных пневмонией, больных с ростом микроорганизмов и без него, нг/мл, M ± m
Таблица 3
Активность матриксных металлпротеиназ-3, -7, -9 у здоровых и больных, нг/мл, M ± m
Фермент Все больные n = 56 Больные с ростом n = 31 Больные без роста n = 25
ММП-7 6,59 ± 1,95 7,64 ± 2,22* 5,95 ± 2,04
Обследуемые лица ММП-3 ММП-7 ММП-9
Здоровые, п = 30 20,07 ± 3,05 ± 503,21 ±
± 2,10 ± 0,52 ± 124,52
Все больные, п = 56 25,70 ± 6,59 ± 695,50 ±
± 2,17* ± 1,95* ± 395,05*
Больные с ростом, п = 31 28,29 ± 7,64 ± 749,40 ±
± 2,30* ± 2,22* ± 459,10*
Больные без роста, п = 25 23,16 ± 5,95 ± 675,77 ±
±1,97 ± 2,04* ± 363,92*
Примечание.* p < 0,05 — достоверность различий по сравнению с общей группой больных. ММП — матриксные металлопроиназы.
Примечание. * p < 0,05 — достоверность различий по сравнению с группой здоровых.
свойствами могут воздействовать на грамполо-жительные и грамотрицательные бактерии. Поскольку металлопротеиназа-7 не обеспечивает прямого антибактериального эффекта, предполагается ее участие в регуляции функций молекул защиты. При этом установлено, что метал-лопротеинза-7 облегчает перемещение выздоравливающих клеток, продвигая реорганизацию от клетки к клетке, а дефицит этого фермента способствует усилению бактериального воздействия [13].
Сводная таблица активности матриксных ме-таллопротеиназ в сыворотке крови всех больных (табл. 3) отражает характер изменений каждой из исследуемых протеиназ.
Так, активность металлопротеиназы-3 в сыворотке крови всех больных выше на 28,05% (р < 0,05), металлопротеиназы-7 — в 2,16 раза (р < 0,05), а металлопротеиназы-9 — на 38,21% (р < 0,05), чем у здоровых лиц. У больных с ростом микроорганизмов активность металло-протеиназы-3 выше на 40,95% (р < 0,05), ме-таллопротеиназы-7 — в 2,5 раза (р < 0,05), ме-таллопротеиназы-9 — на 48,92% (р < 0,05), чем в контрольной группе. При этом у больных, чей посев мокроты не дал роста микроорганизмов, активность металлопротеиназы-3 выше на 15,39%, металлопротеиназы-7 — в 1,95 раза (р < 0,05), металлопротеиназы-9 — на 34,29% (р < 0,05), чем в контрольной группе.
Следует отметить, что, несмотря на увеличение активности металлопротеиназы-3 у всех больных, ее активность не превышает нормальных значений, в то же время активность метал-лопротеиназы-7 у них в 1,95—2,5 раза превосходит таковую в группе контроля. В ответ на бактериальное инфицирование в эпителиальных
клетках воздушных путей отмечается ускоренная активность металлопротеиназы-7 [15]. Активация металлопротеиназы-7 может быть настолько сильной, что способна нарушать структуру экстрацеллюлярного матрикса, производить его перестройку и активировать образование фиброзной ткани [14].
Повышение активности металлопротеиназы-9 отмечается у всех больных, однако только у больных с ростом микроорганизмов мокроты установлено значительное превышение верхнего предела нормальных значений. К настоящему времени известно, что источником металлопро-теиназы-9 являются альвеолярные макрофаги и клетки гранулоцитарного ростка крови. В эксперименте повреждение легкого сопровождается значительным притоком нейтрофилов, их проникновением в альвеолы, потерей капилляров, активацией металлопротеиназы-9 и метал-лопротеиназы-12, причем этот эффект был остановлен подавлением экспрессии активатора транскрипции-3 в альвеолярных клетках [12]. Однако точные биохимические механизмы активации и действия матриксных металлопротеиназ в ответ на бактериальную инфекцию достаточно сложны и до конца не установлены [16].
Таким образом, наше исследование показало значительное достоверное повышение активности металлопротеиназы-7 у всех больных и увеличение активности металлопротеиназы-9 у больных с ростом микроорганизмов, в то время как повышение активности металлопротеиназы-3 не превышает диапазона нормальных значений.
ВЫВОДЫ
1. В сыворотке крови у больных с пневмонией установлено максимальное повышение активности матриксной металлопротеиназы-7.
2. Повышение активности металлопротеина-зы-3 у больных не превышает нормальных значений.
3. Активность металлопротеиназы-9 повышена у больных с ростом микроорганизмов мокроты.
4. Максимально повышена активность ме-таллопротеиназы-3, -7, -9 у больных с ростом микроорганизмов мокроты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авдеев С.Н., Чучалин А.Г. Тяжелая внебольничная
пневмония // РМЖ. 2001. Т. 9. № 5. С. 1-11.
2. Алексанян Л.А., Верткин А.Л., Шамуилова М.М.
Принципы антибактериальной терапии пневмонии //
Лечащий врач. 2001. № 1. С. 20-24.
3. Алексанян Л.А., Шамунлова М.М. Основы антибактериальной терапии внебольничной пневмонии у больных пожилого возраста // Лечащий врач. 2001. № 2. С. 21-24.
4. Дворецкий Л.И. Пневмонии. Диагностика, лечение, геронтологические аспекты // РМЖ. 2000. Т. 4. № 11. С. 861-873.
5. Ноников В.Е. Внебольничные пневмонии // Consilium medicum. 2000. Т. 2. № 10. С. 396-400.
6. Покровский В.И., Прозоровский С.В., Малеев В.В. и др. Этиологическая диагностика и этиотропная терапия острых пневмоний. М.: Медицина, 1995. 272 с.
7. Яровая Г.А. Биорегулирующие функции и патогенетическая роль протеолиза. Физиологическая роль и биохимические механизмы протеолитической деградации белков // Лабораторная медицина. 2001. № 4. С. 75-80.
8. Cobb L.M., Mychaleckyj J.C., Wozniak D.J., Lj^pez-Boado Y.S. Pseudomonas aeruginosa Flagellin and Alginate Elicit Very Distinct Gene Expression Patterns in Airway Epithelial Cells: Implications for Cystic Fibrosis Disease // Journal of Immunol. 2004. № 173. P. 5659-5670.
9. Creemers E.J., Cleutjens J.P., Smits J.F., Daemen J.A.P. Matrix Metalloproteinase Inhibition after Myocardial Infarction // Circulation Research. 2001. № 89. P. 201.
10. Jokinen C., Heiskanen L., Juvonen H. et al. Microbial etiology of community-acquired pneumonia in the adult population of 4 municipalities in eastern Finland // Clin. Infect. Dis. 2001. Vol. 32. № 8. P. 1141-1154.
11. Klein R.D. Borchers A.H. Sundareshan A.H. Bouge-let P.C. Berkman, M.R. et al. Interleukin-1b secreted from monocytic cells induces the expression of matri-lysin in the prostatic cell line LNCaP // J. Biol. Chem. 1997. № 272. P. 14188-14192.
12. Lian X., Qin Y., Hossain S.A., Yang L., White A., Xu H., Shipley J.M., Li T., Senior R.M., Du H., Yan C. Overexpression of Stat3C in pulmonary epithelium protects against hyperoxic lung injury // J. Immunol. 2005. № 174. P. 7250-7256.
13. Lуpez-Boado Y.S., Wilson C.L., Hooper L.V., Gordon J.I., Hultgren S.J. et al. Bacterial Exposure Induces and Activates Matrilysin in Mucosal Epithelial Cells // Cell Biol. 2000. Vol. 148. № 6. P. 1305-1315.
14. Pardo A., Gibson K., Cisneros J., Richards T.J., Yang Y., Becerril C., Yousem S., Herrera I., Ruiz V., Selman M., Kaminski N. Up-regulation and profibrotic role of oste-opontin in human idiopathic pulmonary fibrosis. PLoS Medicine/Public Library Sci. 2005.
15. Parks W.C., Lopez-Boado Y.S., Wilson C.L. Matrilysin in epithelial repair and defense // Chest. 2001. № 120. P. 36-41.
16. Pugin J., Widmer M.C., Kossodo S., Liang C.M., Pre-as H.L.N., Suffredini A.F. Human neutrophils secrete gelatinase B in vitro and in vivo in response to endotox-in and proinflammatory mediators // Amer. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 1999. № 20. P. 458-464.
17. Ventura C.L., Higdon R., Hohmann L., Martin D., Kolker E., Liggitt H. D., Skerrett S.J., Rubens C.E. Staphylococcus aureus Elicits Marked Alterations in the Airway Proteome during Early Pneumonia // Infect. and Imm. 2008. Vol. 76. № 12. P. 5862-5872.
18. Wilson C.L., Ouellette A.J., Satchell D.P., Ayabe T., Lуpez-Boado Y.S. et al. Regulation of intestinal a-de-fensin activation by the metalloproteinase matrilysin in innate host defense // Science. 1999. №. 286. P. 113117.
19. Woessner J.F. Jr. Matrix metalloproteinases and their inhibitors in connective tissue remodeling // FASEB J. 1991. № 5. P. 2145-2154.
Поступила 02.12.2009
