Matrix Metalloproteinase in Idiopathic Pulmonary Fibrosis

특발성 폐섬유화증환자의 기관지폐포세척액 및 폐포대식세포 배양액의 Matrix metalloproteinase의 변화

Background : Matrix metalioproteinase(MMP)-2 and MMP-9 have been known to play an important role in cell migration and the tissue remodeling process by type IV collagen lysis, a major component of the basement membrane. Intra-alveolar fibrosis, secondary to an injury to the basement membrane of the alveolar epithelial lining, is a major process in the pathogenesis of idiopathic pulmonary fibrosis(IPF). Therefore, MMP-2 and MMP-9 was hypothesized to play an important role in IPF pathogenesis. As a result, their level may reflect the activity or prognosis. Method : Forty one progressive IPF patients(age $59.82{\pm}1.73$ years, M:F=23:18), 16 patients with stable IPF for more than one year without therapy(age : $63.6{\pm}2.8$ years, M:F=13:3), and 7 normal controls were enrolled in this study. The MMP-2 and MMP-9 levels in the BAL fluid and alveolar macrophage conditioned media(AM-CM) were measured by zymography and the TIMP-1 level was measured by ELISA. Results : 1) The MMP-2 level in BALF was highest in the progressive IPF group ($1.36{\pm}0.28$) followed by the stable group ($0.46{\pm}0.13$) and the controls ($0.08{\pm}0.09$), which was statistically significant. The MMP-9 level of the IPF ($0.31{\pm}0.058$) and the stable group ($0.22{\pm}0.078$) were higher than that of the control group ($0.002{\pm}0.004$). In the AM-CM, only MMP-9 was detected, which was significantly higher in IPF group ($0.80{\pm}0.1O$) than in the control group($0.23{\pm}0.081$). The TIMP-1 level was also higher in both the IPF ($36.34{\pm}8.62\;{\mu}g/ml$) and stable group ($20.83{\pm}8.53\;{\mu}g/ml$) compared to the control group ($2.80{\pm}1.05\;{\mu}g/ml$) (p<0.05). 3) There was a correlation between the MMP-2 level in the BALF with the total cell number(r=0.298) and neutrophils(r=0.357) (p<0.05), and the MMP-9 level with the number of neutrophils (r=0.407) and lymphocytes (r=0.574)(p<0.05). The TIMP-1 level correlated with the total number of cell (r=0.338, p<0.05) and neutrophils(r=0.449, p=0.059). Conclusion : Both MMP and TIMP appear to play an important role in IPF pathogenesis, and their level may reflect the disease activity.

연구배경 : 특발성 폐섬유회증은 병리학적으로 폐구조가 파괴되면서 섬유아세포 및 교원질이 간질 및 폐포내에 침작하는 질환으로 교원질의 침착은 cytokine 및 성장촉진인자들에 의한 교원질생성의 증가 뿐 아니라 교원질의 분해흡수의 감소도로 초래될 수 있다. IPF의 또 다른 특징인 폐구조의 파괴 및 폐보내 섬유화 현상은 기저막 파괴로 인한 섬유아세포 등의 폐포내 유입 및 비정상적 증식이 기전으로 생각되므로 기저막의 주요 성분인 제4형 교훤질올 분해하는 Matrix metalloproteinase(MMP)-2와 MMP-9이 IPF의 발병기전에 중요한 역할을 할 것으로 추정되고 있다. 또한 병이 계속 활발히 진행되는 상태에서는 이들 효소의 농도도 높올 것이 예상되므로 본 연구는 특발성 폐섬유화증에서 질병의 진행파정에 따른 기관지폐포세척액(BALF)내 MMP 농도 및 BALF내 세포분포와의 IPF에서 MMP의 역할 및 예후인자로서의 가능성을 규명하고자 시행되었다. 방 법 : 서울중앙병원에서 진단된 41명(연령 $59.82{\pm}1.73$세, 남:여=23:18)의 IPF환자들과, IPF진단은 받았으나 1년 이상 치료하지 않고도 병이 진행되지 않았던 안정군 16명($63.6{\pm}2.8$세, 남:여=13:3) 및 정상 대조군 7명을 대상으로 BAL액과 AM배양 배지에서 MMP-2와 MMP-9농도를 zymography와 densitometry에 의한 정량분석을 시행하였고, TIMP-1 농도는 상업용 ELISA kit로 측정하였다. 결 과 : 1) BAL 액내 총 세포수(${\times}10^6/ml$)는 IPF환자군($3.40{\pm}0.20$), 안정군($2.92{\pm}0.39$), 대조군($0.91{\pm}0.15$)간 유의한 차이를 보였고 AM수효(${\times}10^5/ml$)와 호중구 수(${\times}10^5/ml$)는 IPF 환자군($24.74{\pm}1.88$, $2.15{\pm}0.35$)과 안정군($19.16{\pm}2.26$, $0.63{\pm}0.11$)에서 대조군($7.36{\pm}1.04$, $0.052{\pm}0.038$)에 비하여 유의하게 높았다(p<0.05). 호산구비율도 IPF 환자군($2.83{\pm}0.66%$)과 안정군($1.50{\pm}0.42%$)에서 대조군($0{\pm}0%$)에 비하여 유의하게 높았으나(p<0.05), 림파구수나 비율은 차이가 없었다. 2) Zymography에 의한 육안적 관찰에서 IPF환자군은 34/41(82.9%), 안정군은 9/15(60%), 각각 band를 관찰하여 대조군 0/6(0%)과 차이를 보였다. 3) BALF내 MMP-2는 IPF환자군($1.36{\pm}0.28$)은 안정군($0.46{\pm}0.13$)에 비하여, 또 안정군도 대조군($0.08{\pm}0.09$)에 비하여 유의하게 높았다. MMP-9은 IPF 환자군($0.31{\pm}0.058$)과 안정군($0.22{\pm}0.078$)에서 대조군($0.002{\pm}0.004$)보다 높았다. TIMP-1도 IPF환자군($36.34{\pm}8.62{\mu}g/ml$)과 안정군($20.83{\pm}8.53{\mu}g/ml$)에서 대조군($2.80{\pm}1.05{\mu}g/ml$)에 비하여 유의하게 높았다(p<0.05). 4) AM배양액에서는 MMP-9만이 역시 IPF군에서($0.80{\pm}0.10$) 대조군보다($0.23{\pm}0.081$) 높았다. 5) BALF내 MMP-2는 전체 세 포수(r=0.298)와 호중구수(r=0.357)와 유의한 상관관계를 보였으나(p<0.05), AM수(r=0.096)나 임파구수(r=0.100)와는 상관관계가 없었고, MMP-9은 호중구수(r=0.407) 및 임파구수(r=0.574)와 유의한 상관관계를 보였다. TIMP-1은 전체 세포수(r=0.338, p<0.05) 및 호중구수(r=0.449, p=0.059)와 상관관계의 경향을 보였다. 결 론 : 본 연구의 결과로 MMP와 TIMP는 IPF의 병인에 있어서 중요한 역할을 하며, BALF내 MMP농도는 IPF의 활성도와 연관이 었을 것으로 추정된다.