Expression von Matrix-Metalloproteinasen bei Colitis ulcerosa : Kohortenstudie des Universitätsklinikums Stavanger, Norwegen

Abstract

Patienten, die an einer chronisch entzündlichen Darmerkrankung (CED) leiden, haben ein erhöhtes Risiko für die Entstehung von Dysplasien und bösartigen Tumoren im Dickdarm. Bei Vorliegen einer Pancolitis ulcerosa wurde ein kumulatives Risiko für die Entstehung von Darmkrebs von bis zu 18 % nach 30 Jahren Krankheitsdauer beschrieben2.Matrix Metalloproteinasen (MMPs) sind zinkbindende Endopeptidasen die fast alle Komponenten der extrazellulären Matrix abbauen können. Dadurch nehmen sie eine zentrale Rolle bei vielen physiologischen und pathologischen Prozessen ein. Eine erhöhte Expression von MMPs konnte bei vielen bösartigen Tumoren nachgewiesen werden 100.Beim kolorektalen Karzinom (KRK) konnte in früheren Studien unter anderem eine erhöhte Expression von MMP-1, MMP-2, MMP-7 und MMP-13 nachgewiesen werden 100,156. Sowohl bei den CED, als auch bei adenomatösen Polypen wird MMP-7 und MMP-13 vermehrt exprimiert 6. Unklar blieb, ob die erhöhte Expression im Rahmen der CEDs nur ein Resultat der zuerst benignen Entzündung darstellt, oder bereits ein erstes Anzeichen für eine maligne Transformation darstellt. Dies ist deshalb von großem Interesse, weil die maligene Transformation im Rahmen einer CED direkt in der entzündeten Schleimhaut ohne die Zwischenstufe des Adenoms abläuft 140.In unserer Kohortenstudie, die mit Patienten des Universitätsklinikums Stavanger, Norwegen, durchgeführt wurde, haben wir die Bedeutung der MMPs bei Vorliegen einer CU näher untersucht. Im Rahmen einer Koloskopieuntersuchung wurden Gewebeproben von einem Schleimhautabschnitt mit den stärksten Entzündungsveränderungen (Krankproben) und von einem Abschnitt mit normaler oder leicht entzündeter Schleimhaut (Referenzproben) entnommen. Die Expression der untersuchten MMPs wurde auf Genniveau mittels RT-PCR bestimmt und dabei jeweils eine Krankpobe mit einer patientinternen Referenzprobe verglichen. Wir konnten nachweisen, dass die relative Genexpression von MMP-1, MMP-7, MMP-13 und MMP-19 bei Vorliegen einer CU in den Krankproben, im Vergleich zu den Referenzproben, erhöht ist. Im Falle von MMP-7 wurde die Expression mittels ELISA auch auf Proteinniveau bestimmt. Wir konnten hier die Ergebnisse der relativen mRNA-Expression bestätigen und fanden eine erhöhte Proteinmenge von MMP-7 in den Krankproben.Ob besonders hohe Werte der relativen MMP-Genexpression bereits einen Hinweis auf eine beginnende maligne Transformation darstellen, konnte im Rahmen der vorliegenden Studie aufgrund fehlender Gewebeproben mit Dysplasieveränderungen nicht beantwortet werden.Für MMP-28 fanden wir eine Erniedrigung der relativen Genexpression in den Krankproben. Im Gegensatz zu vielen anderen MMPs wird MMP-28 in gesunder Darmschleimhaut relativ hoch exprimiert. Es scheint bei der epithelialen Wundheilung von Bedeutung zu sein. Mit Hilfe immunhistochemischer Färbungen haben wir den zellulären Ursprung von MMP-13 und MMP-28 ermittelt. MMP-13 konnten wir den Endothelzellen der Blutgefäße in der Darmmucosa zuordnen. In der untersuchten Krankprobe waren deutlich mehr kleine Blutgefäße als in der Referenzprobe und dadurch mehr MMP-13 Signale vorhanden. MMP-28 konnten wir den Epithelzellen der Darmschleimhaut zuordnen. Auffällig war dabei die deutliche Anreicherung von MMP-28 auf der lumennahen Seite der Epithelzellen. Immunhistochemisch war in der Krankprobe deutlich weniger MMP-28, als in der Referenzprobe nachweisbar. Dies bestätigt die Ergebnisse der Bestimmung der relativen Genexpression.

Patients with inflammatory bowel disease (IBD) have an increased risk for dysplasia and colorectal cancer (CRC). In case of pancolitis CRC is thought to occur in 18 % after 30 disease-years 2. Matrix metalloproteinases (MMPs) are a family of zinc-dependent endopeptidases which are able to catalyze the complete degradation of extra cellular matrix. Therefore MMPs play an important role in many physiological and pathological processes. An increased expression of MMPs has been shown in many malignant tumors 100. Recent studies have shown that the level of MMP-1, MMP-2, MMP-7 and MMP-13 is increased in colorectal cancer 100,156. The expression of MMP-7 and MMP-13 is increased in both, adenomatous polyps and inflammatory bowel disease 6. Until today it is not clear if the increased expression in IBD is just the result of a benign inflammation, or a first signal of malignant transformation. This is of special interest because the malignant transformation in IBD occurs directly in the mucosa without undergoing a adenoma-stadium 140.In this cohort-study with patients from the Stavanger University Hospital in Norway, we examined the relevance of MMPs in ulcerative colitis.During a coloscopi we took biopsy samples from areas that macroscopically showed the highest degree of inflammation and from areas with no or mild inflammation (control-group). The gene expression of the MMPs in these groups were analyzed by RT-PCR. We demonstrated that the relative gene expression of MMP-1, MMP-7, MMP-13 and MMP-19 in ulcerative colitis was increased in areas of inflammation compared with the control areas. In the case of MMP-7 we measured the expression on protein-level with ELISA. Here we confirmed our results from the RT-PCR and found an overexpression of MMP-7 in inflamed mucosa.We showed that the relative gene expression of the examined MMPs depends on the histological grad of inflammation. It remains unclear if a highly increased level of these MMPs can be associated with the progression to intraepithelial neoplasia. In our study we didn t find dysplasia in the samples of the study population.For MMP-28 we found a decreased relative gene expression in the inflamed areas. In comparison to most other MMPs, MMP-28 is expressed highly in healthy colon mucosa. It seems to be important for epithelial wound healing.With immunohistochemical staning we showed the cellular origin of MMP-13 and MMP-28. MMP-13 was localized to endothelial cells of the small blood vessels in the colon mucosa. In the sample with inflammation we saw more blood vessels and therefore more MMP-13 than in healthy samples. MMP-28 was localized in the epithelial cells of the colon mucosa and was most concentrated on the luminal side of the epithelial cells. The sample with inflammation showed less MMP-28 which consists with our results from the measurement of the relative gene expression with RT-PCR.