Matrix metalloproteinase 9 is a marker of chronic inflammation in cutaneous vasculitis

Abstract


The morphohistological picture of skin biopsy specimens from patients with cutaneous vasculitis is presented. Dilatation of dermal vessels and increase of their numbers, increase of perivascular lymphocytic infiltration of the derma in comparison with the parameters in biopsy specimens of the skin from healthy volunteers indicates neoangiogenesis and pathological dilatation of the dermal capillaries. High concentrations of matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) and its homogenous dissemination in the specimens from patients with dermal vasculitis presumably indicate the regulatory role of MMP in extracellular matrix remodeling and neoangiogenesis.

Full Text

Васкулиты кожи расценивают как группу муль- тифакториальных заболеваний, первоначальным и ведущим звеном при которых является воспаление сосудистой стенки [1]. В основе развития васкулитов кожи лежит иммуноопосредованное повреждение сосудов, приводящее к геморрагически-ишемиче- ским поражениям. Независимо от характера повреждения, основной морфологической характеристикой является фибриноидный некроз стенок сосудов с общей для всех типов данной патологии активацией нейтрофилов и их последующим измененным диа- педезом [2]. Как следствие, нарушения микроциркуляции и региональной гемодинамики - важное звено патогенеза дермальных васкулитов [3, 4]. Полиморфизм клинических проявлений дермальных васкули- тов во многом связан именно с распространенными изменениями сосудов микроциркуляторного русла, в частности, развитием ишемии, некроза, что также влияет и на прогноз заболевания. Однако в ряде случаев диагностика дермальных васкулитов, их эффективная терапия являются затруднительными, что подтверждает актуальность дальнейшего исследования аспектов патогенеза данного заболевания, а также поиск новых молекулярных мишеней для возможного терапевтического воздействия. В последние годы в экспериментальных исследованиях, направленных на понимание механизмов ангиогенеза интенсивно исследуются матриксные металлопротеиназы (ММП) - семейство структурно связанных протеолитических ферментов, разрушающих белки внеклеточного матрикса и осуществляющих регулирующую и модулирующую функцию в неоангиогенезе. Ключевым моментом регуляции неоангиогенеза является баланс между проанги- огенными и ангиостатическими факторами [5]. К стимуляторам ангиогенеза относят сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF), фактор роста фибробластов (FGF), трансформирующий фактор роста (TGF) [6]. Напротив, ингибирующим воздействием на рост и развитие новых сосудов обладают Рис. 1. Биоптат кожи больного дермальным васкулитом. Инфильтрация стенок сосудов и периваскулярного пространства лимфоцитами, эпидермис утолщен. Окраска гемотоксилином и эозином. Ув. 100. ангиостатин, интерфероны, фактор IV тромбоцитов [7]. Роль металлопротеиназ в развитии сосудистой сети неоднозначно. До определенного времени она сводилась к разрушению внеклеточного матрикса, что является необходимым для роста новых сосудов. Позднее было доказано, что в процессе внеклеточного протеолизиса происходит высвобождение ангио- генных ростовых факторов, формируются проангио- генные центры связывания интегрина и активные факторы клеточной миграции. Показано, что ММП-9 играет критическую роль в процессе неоангиогенеза и инициирует образование сосудов в начальной стадии васкуляризации опухолей [8]. Увеличение содержания ММП-9 часто ассоциируется с прогрессированием сердечно-сосудистых, нейрорегенеративных, онкологических, воспалительных заболеваний (артритов, нефритов и др.). Имеющиеся сведения об участии ММП-9 в процессе регуляции ангиогенеза, функциональной активности эндотелия, подтверждают актуальность изучения роли ММП-9 в патогенезе дермальных васкулитов. Цель работы - морфогистологическое исследование биоптатов кожи и определение экспрессии ММП-9 у больных дермальными васкулитами. Материалы и методы Исследование утверждено локальным этическим комитетом Красноярского государственного медицинского университета (№25/2010 от 01.07.2010), выполнено с участием больных дермальными васкулитами, находившимся на амбулаторном лечении в Красноярской краевой клинической больнице. Для проведения морфогистологического исследования у 23 больных провели биопсию элементов сыпи. Гистологические препараты готовили по стандартной методике. Биоптаты фиксировали в 10% формалине на фосфатном буфере (pH 7,2-7,4), срезы окрашивали гематоксилином и эозином. Определяли количество сосудов в 10 полях зрения с подсчетом среднего значения; диаметр сосудов и толщину эпидермиса - с помощью окуляра-микрометра; оценивали уровни периваскулярной и эпидермальной лимфоцитарной инфильтрации (последний показатель как количество лимфоцитов на 100 кератиноцитов эпидермиса) в 10 полях зрения. Результаты сравнивали с биоптата- ми кожи, полученными от здоровых добровольцев. Экспрессию ММП-9 определяли с помощью иммуногистохимического метода с использованием моноклональных антител к ММП-9 (“Abeam”, Великобритания). Гистологические препараты оценивали Таблица 1 Морфометрический анализ кожи больных дермальными васкулитами и здоровых людей Исследуемый показатель Контроль (нормальная кожа), (п = 10) Биоптаты больных дермальными васкулитами (п = 23) Количество сосудов в поле 0,59 4,8 зрения 0,1; 1,03 2,2; 7* Диаметр интрадермальных 6,35 15,05 сосудов, мкн 3,62; 9,17 7,26; 22,15* Толщина эпидермиса, мкн 19,67 45,33 10,41; 48,36 16,99; 70,75* Уровень периваскулярной 1,5 13,4 лимфоцитарной 0,32; 3,06 5,09; 17,42* инфильтрации Уровень лимфоцитарной 1,16 9,69 инфильтрации эпидермиса, % 0,7; 1,97 6,89; 16,35* Примечание. Здесь и в табл. 2 данные представлены в виде медианы и квартилей; * - р < 0,01, различия статистически значимы по отношению к показателям контрольной группы. с помощью микроскопа Olympus BX-41 при увеличении 400. Определяли процент положительно окрашенных клеток в 10 полях зрения с подсчетом среднего значения. Результаты сравнивали с биоптатами кожи контрольной группы. Статистическую обработку результатов провели с помощью пакета программ Statistika 6.0. Статистическую значимость различий оценивали с помощью Н-критерия Манна-Уитни, признавая ее приp < 0,05. Результаты и обсуждение Патоморфологический анализ образцов кожи пациентов с дермальными васкулитами проводят в клинической практике для диагностики васкулита, он имеет характерные изменения как в эпидермисе, так и в дерме. В данном исследовании с помощью патоморфологического анализа были выявлены следующие изменения в дерме: набухание эндотелия кровеносных сосудов, инфильтрация сосудистых стенок и перива- скулярных тканей лейкоцитами. В дерме также наблюдались скопления гистиоцитов с наличием тканевых базофилов и фибробластов. При морфогистологическом исследовании био- птатов кожи больных васкулитами, окрашенных гематоксилином и эозином по стандартной методике было отмечено увеличение количества сосудов в поле зрения у больных с васкулитами по сравнению с показателями группы контроля (рис. 1; табл. 1). Кроме того, отмечено также увеличение диаметра сосудов у больных васкулитами по сравнению с показателями группы контроля, что может являться свидетельством специфических изменений при данной патологии, соответствовать картине воспалительного процесса. Для характеристики изменений проницаемости сосудистой стенки, а также для подтверждения эмиграции лимфоцитов в очаг воспаления мы исследовали уровень периваскулярной инфильтрации. При анализе биоптатов были выявлены статистически значимые различия по уровню периваскулярной Рис. 2. Иммуногистохимическое окрашивание кожи больного дермальным васкулитом на наличие ММП-9-положительных клеток: последние визуализируются гомогенно в эпидермисе, а также в дерме - в области лимфоцитарных инфильтратов, микрососудов дермы. Ув. 100. лимфоцитарной инфильтрации у больных дермаль- ными васкулитами и образцами нормальной кожи, что является специфичным для данной патологии и объясняется иммуноопосредованным характером развития воспаления. Толщина эпидермиса и лимфоцитарная инфильтрация эпидермиса в биоптатах изучаемой группы были выше, чем в контрольной группе, что может быть вызвано активацией имму- нокомпетентных клеток посредством продукции последними активаторов пролиферации кератиноциов. Таким образом, картина морфогистологических признаков дает основание рассматривать различные варианты васкулитов как разновидность одного патологического процесса, которому присущи признаки неоангиогенеза в условиях хронического воспаления и инвазии воспалительного инфильтрата из дермы в эпидермис. При изучении биоптатов кожи, окрашенных им- муногистохимическим методом, вокруг расширенных сосудов дермы определялись единичные клетки и сливающиеся инфильтраты из лимфоцитов, где наблюдалось большое количество ММП-9 клеток, которые являлись преимущественно лимфоцитами, эн- дотелиоцитами. Помимо этого, экспрессия ММП-9 наблюдалась в эпидермисе - диффузно, но менее интенсивно, чем в дерме (рис. 2, 3). При этом были выявлены изменения уровня ММП-9 в эпидермисе больных с васкулитами кожи по сравнению с аналогичными показателями контрольной группы (табл. 2). В дерме также наблюдались скопления гистиоцитов с наличием тканевых базофилов и фибробластов. Таблица 2 Уровни ММП-9 в коже больных дермальными васкулитами и здоровых людей Слой кожи Контроль Биоптат больного дермальным васкулитом Эпидермис, % 0,95 33,1 0,68; 1,22 18,53; 45,23** Дерма, % 0,8 22,64 0,75; 0,85 14,26; 37,61** Примечание. * * -р < 0,05, различия статистически значимы по отношению к показателям контрольной группы. Рис. 3. Иммуногистохимическое окрашивание кожи больного дермальным васкулитом на наличие клеток ММП-9. Ув. 400. В дермальном слое выявлено значительное увеличение числа положительно окрашенных клеток на исследуемый молекулярный маркер ММП-9 по сравнению с аналогичными показателями группы контроля. Таким образом, повышение уровня ММП-9 в дерме при васкулитах кожи свидетельствует об активизации процессов неоангиогенеза, что может быть обусловлено хронически протекающим воспалительным процессом при данной патологии, сдвигом проангиогенного равновесия, а также являться компенсаторным после или на фоне ишемии, характерной для дермальных васкулитов. Повышение уровня ММП-9 может быть также обусловлено развитием процессов ремоделирования внеклеточного матрикса, что опять же, напрямую связано с развитием воспалительного процесса в коже. Секреция ММП-9 находится под регуляторным контролем различных цитокинов, факторов роста. В частности, стимулирует высвобождение ММП-9 эпидермальный фактор роста [9], фактор некроза опухоли а [10], интерлейкин 1р [11]. Активация секреции и высвобождения происходит посредством механизмов передачи сигнала, таких как МАРК, Akt, что может также косвенно указывать на повышение активности последних при развитии дермальных васкулитов. Есть данные [12, 13], указывающие на то, что применение ингибиторов ММП-9 при ряде процессов воспалительного характера коррелирует с уменьшением тяжести воспаления. Таким образом, влияние факторов ангиогенеза на ход воспалительного процесса, течение васкулитов кожи требуют дальнейшего разъяснения на экспериментальном уровне.

About the authors

E. I Chernigova

V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University

Email: katrinas_24@mail.ru
660022, Krasnoyarsk, Russian Federation

M. B Aksenenko

V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University

Email: aksenenko_mariya@mail.ru
660022, Krasnoyarsk, Russian Federation

Tatyana G. Ruksha

V.F. Voino-Yasenetsky Krasnoyarsk State Medical University

Email: tatyana_ruksha@mail.ru
660022, Krasnoyarsk, Russian Federation
MD, PhD

References

  1. Юсупова Л.А. Современное состояние проблемы ангиитов кожи. Лечащий врач. 2013; 5: 38-44.
  2. Carlson J.A. The histological assessment of cutaneous vasculitis. Histopathology. 2010; 56(1): 3-23. doi: 10.1111/j.1365-2559.2009.03443.x.
  3. Алекперов Р.Т., Вышлова М.А., Балабанова P.M., Фирсов Н.Н. Нарушения реологических свойств крови при системной склеродермии. Терапевтический архив. 2002; 5: 43-7.
  4. Кошкин В.М., Каралкин А.В., Саитова Г.Д. Изменения периферической макрогемодинамики как механизм компенсации микроциркуляторных нарушений. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2005; 4: 81-3.
  5. Спирина Л.В., Кондакова И.В., Клишо Е.В., Какурина Г.В., Шишкин Д.А. Металлопротеиназы как регуляторы неоангиогенеза в злокачественных новообразованиях. Сибирский онкологический журнал. 2007; 1: 67-71.
  6. Bergers G., Brekken R., McMahon G., Vu T.H., Itoh T, Tamaki K., et al. Matrix metalloproteinase 9 triggers the angiogenic switch during carcinogenesis. Nat. Cell Biol. 2000; 2(10): 737-44.
  7. Nyberg P., Xie L., Kalluri R. Endogenous inhibitors of angiogenesis. Cancer Res. 2005; 65(10): 3967-79.
  8. Rundhaug J.E. Matrix metalloproteinases andangiogenesis. J. Cell. Mol. Med. 2005; 9(2): 267-85.
  9. Yao J., Xiong S., Klos K., Nguyen N., Grijalva R., Li P., Yu D. Multiple signaling pathways involved in activation of matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) by heregulin-beta1 in human breast cancer cells. Oncogene. 2001; 20(56): 8066-74.
  10. Meisser A., Chardonnens D., Campana A., Bischof P. Effects of tumour necrosis factor a, interleukin 1a, macrophage colony stimulating factor and transforming growth factor p on trophoblastic matrix metalloproteinases. Mol. Hum. Reprod. 1999; 5(3): 252-60.
  11. Ruhul Amin A.R., Senga T., Oo M.L., Thant A.A., Hamaguchi M. Secretion of matrix metalloproteinase-9 by the proinflammatory cytokine, IL-1beta: a role for the dual signalling pathways, Akt and Erk. Genes Cells. 2003; 8(6): 515-23.
  12. Leib S.L., Leppert D., Clements J., Tauber M.G. Matrix metalloproteinases contribute to brain damage in experimental pneumococcal meningitis. Infect. Immun. 2000; 68(2): 615-20.
  13. Leib S.L., Clements J.M., Lindberg R.L., Heimgartner C., Loeffler J.M., Pfister L.A., et al. Inhibition of matrix metalloproteinases and tumor necrosis factor alpha converting enzyme as adjuvant therapy in pneumococcal meningitis. Brain. 2001; 124(Pt 9): 1734-42.

Statistics

Views

Abstract - 27

PDF (Russian) - 0

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2015 Chernigova E.I., Aksenenko M.B., Ruksha T.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies