Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các mức độ biểu hiện metalloproteinase ma trận gợi ý vai trò enzyme đặc thù trong thoát vị và thoái hóa đĩa đệm thắt lưng
Tóm tắt
Sự phá vỡ của ma trận đĩa ngoại bào là dấu hiệu chính của thoái hóa đĩa đệm. Điều này đã được chứng minh trước đây là có liên quan đến sự tăng biểu hiện và hoạt động của các metalloproteinase ma trận chính (MMP). Tuy nhiên, cho đến nay, hầu như không có dữ liệu nào về việc điều chỉnh MMP/TIMP và do đó không có khái niệm nào tồn tại về việc MMP/TIMP nào đóng vai trò lớn trong thoái hóa đĩa đệm. Mục tiêu của nghiên cứu này là do đó xác định và định lượng sự tăng cường khả năng có thể có của MMPs/TIMPs trên cấp độ mRNA và protein và hoạt động của chúng trong vật liệu đĩa liên quan đến dữ liệu lâm sàng và bằng chứng mô học cho sự thoái hóa đĩa đệm. Phân tích phân tử định lượng về các mức độ biểu hiện mRNA cho các MMP (MMPs-1, -2, -3, -7, -8, -9, -13) và các chất ức chế MMP (TIMPs-1 và -2) đã được thực hiện trên 37 mẫu đĩa thu được từ thoát vị đĩa đệm hoặc thoái hóa có triệu chứng. Ngoài ra, các mẫu đĩa từ những bệnh nhân không có thoái hóa/thoát vị đĩa đệm (= nhóm chứng) cũng đã được phân tích. Biểu hiện của MMPs-1, -2, -3, -7, -8, -9, -13 và TIMPs-1, -2 đã được phân tích bằng RT-PCR định lượng, được chuẩn hóa theo mức độ biểu hiện của một gen housekeeping (GAPDH). Các mẫu biểu hiện gen được tương quan với hoạt động MMP (zymography in situ), các mẫu biểu hiện protein (sinh hóa miễn dịch), điểm số thoái hóa (mô học thông thường) và dữ liệu lâm sàng. Mức độ mRNA của MMP-3 đã được tăng cường một cách nhất quán và đáng kể ở các mẫu có bằng chứng mô học cho sự thoái hóa đĩa đệm. Một mức tăng cường tương tự nhưng ít rõ ràng hơn đã được quan sát đối với MMP-8. Sự tăng cường này đi kèm với biểu hiện của TIMP-1 và ít hơn là TIMP-2. Nhìn chung, những phát hiện này có thể được xác nhận liên quan đến biểu hiện protein và hoạt động enzyme. Nghiên cứu này cung cấp dữ liệu về cấp độ gen và protein, điều này làm nổi bật vai trò chính của MMP-3 trong chuỗi thoái hóa dẫn đến thoái hóa đĩa đệm có triệu chứng và thoát vị. Kiểm soát hoạt động proteolytic của MMP-3 do đó có thể trở thành điểm nhấn khi nhằm phát triển các lựa chọn điều trị mới cho thoái hóa đĩa đệm sớm.
Từ khóa
#metalloproteinase ma trận #thoát vị đĩa đệm #thoái hóa đĩa đệm #MMPs #TIMPs #hoạt động proteolyticTài liệu tham khảo
Anderson DG, Izzo MW, Hall DJ, Vaccaro AR, Hilibrand A, Arnold W, Tuan RS, Albert TJ (2002) Comparative gene expression profiling of normal and degenerative discs: analysis of a rabbit annular laceration model. Spine 27:1291–1296. doi:10.1097/00007632-200206150-00009
Bachmeier BE, Albini A, Vene R, Benelli R, Noonan D, Weigert C, Weiler C, Lichtinghagen R, Jochum M, Nerlich AG (2005) Cell density-dependent regulation of matrix metalloproteinase and TIMP expression in differently tumorigenic breast cancer cell lines. Exp Cell Res 305:83–98. doi:10.1016/j.yexcr.2004.12.019
Bachmeier BE, Iancu CM, Jochum M, Nerlich AG (2005) Matrix metalloproteinases in cancer: comparison of known and novel aspects of their inhibition as a therapeutic approach. Expert Rev Anticancer Ther 5:149–163. doi:10.1586/14737140.5.1.149
Bertram H, Steck E, Zimmerman G, Chen B, Carstens C, Nerlich A, Richter W (2006) Accelerated intervertebral disc degeneration in scoliosis versus physiological ageing develops against a background of enhanced anabolic gene expression. Biochem Biophys Res Commun 342:963–972. doi:10.1016/j.bbrc.2006.02.048
Boos N, Weissbach S, Rohrbach H, Weiler C, Spratt KF, Nerlich AG (2002) Classification of age-related changes in lumbar intervertebral discs: 2002 Volvo Award in basic science. Spine 27:2631–2644. doi:10.1097/00007632-200212010-00002
Crean JK, Roberts S, Jaffray DC, Eisenstein SM, Duance VC (1997) Matrix metalloproteinases in the human intervertebral disc: role in disc degeneration and scoliosis. Spine 22:2877–2884. doi:10.1097/00007632-199712150-00010
Cs-Szabo G, Ragasa-San Juan D, Turumella V, Masuda K, Thonar EJ, An HS (2002) Changes in mRNA and protein levels of proteoglycans of the anulus fibrosus and nucleus pulposus during intervertebral disc degeneration. Spine 27:2212–2219. doi:10.1097/00007632-200210150-00006
Goupille P, Jayson MI, Valat JP, Freemont AJ (1998) Matrix metalloproteinases: the clue to intervertebral disc degeneration? Spine 23:1612–1626. doi:10.1097/00007632-199807150-00021
Gruber HE, Ingram JA, Hanley EN Jr (2005) Immunolocalization of MMP-19 in the human intervertebral disc: implications for disc aging and degeneration. Biotech Histochem 80:157–162. doi:10.1080/10520290500387607
Guehring T, Omlor GW, Lorenz H, Bertram H, Steck E, Richter W, Carstens C, Kroeber M (2005) Stimulation of gene expression and loss of anular architecture caused by experimental disc degeneration—an in vivo animal study. Spine 30:2510–2515. doi:10.1097/01.brs.0000186591.17114.e9
Gunja-Smith Z, Woessner JFJ (1993) Activation of cartilage stromelysin-1 at acid pH and its relation to enzyme Ph optimum and osteoarthritis. Agents Actions 40:228–231. doi:10.1007/BF01984067
Haro H, Crawford HC, Fingleton B, MacDougall JR, Shinomiya K, Spengler DM, Matrisian LM (2000) Matrix metalloproteinase-3-dependent generation of a macrophage chemoattractant in a model of herniated disc resorption. J Clin Invest 105:133–141. doi:10.1172/JCI7090
Haro H, Crawford HC, Fingleton B, Shinomiya K, Spengler DM, Matrisian LM (2000) Matrix metalloproteinase-7-dependent release of tumor necrosis factor-alpha in a model of herniated disc resorption. J Clin Invest 105:143–150. doi:10.1172/JCI7091
Haro H, Komori H, Kato T, Hara Y, Tagawa M, Shinomiya K, Spengler DM (2005) Experimental studies on the effects of recombinant human matrix metalloproteinases on herniated disc tissues—how to facilitate the natural resorption process of herniated discs. J Orthop Res 23:412–419. doi:10.1016/j.orthres.2004.08.020
Kang JD, Stefanovic-Racic M, McIntyre LA, Georgescu HI, Evans CH (1997) Toward a biochemical understanding of human intervertebral disc degeneration and herniation. Contributions of nitric oxide, interleukins, prostaglandin E2, and matrix metalloproteinases. Spine 22:1065–1073. doi:10.1097/00007632-199705150-00003
Le Maitre CL, Freemont AJ, Hoyland JA (2004) Localization of degradative enzymes and their inhibitors in the degenerate human intervertebral disc. J Pathol 204:47–54. doi:10.1002/path.1608
MacLean JJ, Lee CR, Alini M, Iatridis JC (2005) The effects of short-term load duration on anabolic and catabolic gene expression in the rat tail intervertebral disc. J Orthop Res 23:1120–1127. doi:10.1016/j.orthres.2005.01.020
Matsui Y, Maeda M, Nakagami W, Iwata H (1998) The involvement of matrix metalloproteinases and inflammation in lumbar disc herniation. Spine 23:863–868. doi:10.1097/00007632-199804150-00005 (discussion 868–869)
Nagase H, Visse R, Murphy G (2006) Structure and function of matrix metalloproteinases and TIMPs. Cardiovasc Res 69:562–573. doi:10.1016/j.cardiores.2005.12.002
Nakada M, Nakamura H, Ikeda E, Fujimoto N, Yamashita J, Sato H, Seiki M, Okada Y (1999) Expression and tissue localization of membrane-type 1, 2, and 3 matrix metalloproteinases in human astrocytic tumors. Am J Pathol 154:417–428
Nakamura H, Ueno H, Yamashita K, Shimada T, Yamamoto E, Noguchi M, Fujimoto N, Sato H, Seiki M, Okada Y (1999) Enhanced production and activation of progelatinase A mediated by membrane-type 1 matrix metalloproteinase in human papillary thyroid carcinomas. Cancer Res 59:467–473
Nemoto O, Yamagishi M, Yamada H, Kikuchi T, Takaishi H (1997) Matrix metalloproteinase-3 production by human degenerated intervertebral disc. J Spinal Disord 10:493–498. doi:10.1097/00002517-199712000-00006
Nerlich AG, Bachmeier BE, Boos N (2004) Expression of fibronectin and TGF-β1 mRNA and protein suggest altered regulation of extracellular matrix in degenerated disc tissue. Eur Spine J 14:17–26
Nerlich AG, Schleicher E, Boos N (1997) 1997 Volvo Award in basic science. Immunohistochemical markers of age-related changes in the human lumbar intervertebral disc. Spine 22:2781–2795. doi:10.1097/00007632-199712150-00001
Nerlich AG, Weiler C, Zipperer J, Narozny M, Boos N (2002) Immunolocalization of phagocytic cells in normal and degenerated intervertebral discs. Spine 27:2484–2490. doi:10.1097/00007632-200211150-00012
Ohashi K, Nemoto T, Nakamura K, Nemori R (2000) Increased expression of matrix metalloproteinase 7 and 9 and membrane type 1-matrix metalloproteinase in esophageal squamous cell carcinomas. Cancer 88:2201–2209. doi:10.1002/(SICI)1097-0142(20000515)88:10<2201::AID-CNCR2>3.0.CO;2-N
Okada Y, Morodomi T, Enghild JJ, Suzuki K, Yasui A, Nakanishi I, Salvesen G, Nagase H (1990) Matrix metalloproteinase 2 from human rheumatoid synovial fibroblasts. Purification and activation of the precursor and enzymic properties. Eur J Biochem 194:721–730. doi:10.1111/j.1432-1033.1990.tb19462.x
Omlor GW, Lorenz H, Engelleiter K, Richter W, Carstens C, Kroeber MW, Guehring T (2006) Changes in gene expression and protein distribution at different stages of mechanically induced disc degeneration—an in vivo study on the New Zealand white rabbit. J Orthop Res 24:385–392. doi:10.1002/jor.20055
Pockert AJ, Richardson SM, Le Maitre CL, Lyon M, Deakin JA, Buttle DJ, Freemont AJ, Hoyland JA (2009) Modified expression of the ADAMTS enzymes and tissue inhibitor of metalloproteinases 3 during human intervertebral disc degeneration. Arthritis Rheum 60:482–491. doi:10.1002/art.24291
Rannou F, Lee TS, Zhou RH, Chin J, Lotz JC, Mayoux-Benhamou MA, Barbet JP, Chevrot A, Shyy JY (2004) Intervertebral disc degeneration: the role of the mitochondrial pathway in annulus fibrosus cell apoptosis induced by overload. Am J Pathol 164:915–924
Roberts S, Caterson B, Menage J, Evans EH, Jaffray DC, Eisenstein SM (2000) Matrix metalloproteinases and aggrecanase: their role in disorders of the human intervertebral disc. Spine 25:3005–3013. doi:10.1097/00007632-200012010-00007
Roberts S, Evans H, Trivedi J, Menage J (2006) Histology and pathology of the human intervertebral disc. J Bone Joint Surg Am 88(Suppl 2):10–14. doi:10.2106/JBJS.F.00019
Sobajima S, Shimer AL, Chadderdon RC, Kompel JF, Kim JS, Gilbertson LG, Kang JD (2005) Quantitative analysis of gene expression in a rabbit model of intervertebral disc degeneration by real-time polymerase chain reaction. Spine J 5:14–23. doi:10.1016/j.spinee.2004.05.251
Visse R, Nagase H (2003) Matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of metalloproteinases: structure, function, and biochemistry. Circ Res 92:827–839. doi:10.1161/01.RES.0000070112.80711.3D
Weiler C, Nerlich AG, Bachmeier BE, Boos N (2005) Expression and distribution of tumor necrosis factor alpha in human lumbar intervertebral discs: a study in surgical specimen and autopsy controls. Spine 30:44–53. doi:10.1097/01.brs.0000174529.07959.c0 (discussion 54)
Weiler C, Nerlich AG, Zipperer J, Bachmeier BE, Boos N (2002) Expression of major matrix metalloproteinases is associated with intervertebral disc degradation and resorption. Eur Spine J 11:308–320. doi:10.1007/s00586-002-0472-0
Wenger KH, Woods JA, Holecek A, Eckstein EC, Robertson JT, Hasty KA (2005) Matrix remodeling expression in anulus cells subjected to increased compressive load. Spine 30:1122–1126. doi:10.1097/01.brs.0000162395.56424.53