Активность генов матричных металлопротеиназ и их ингибиторов в Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка

Получены новые данные по экспрессии генов металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов (MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-8, MMP-9, TIMP-1 и TIMP-2) в Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка на поясничном уровне. Выявлены особенности метаболизма внеклеточного матрикса (ВКМ). Полученные данные сопоставлены с ранее исследованными генами-кандидатами. Произведён поиск взаимосвязей с особенностями метаболических характеристик внеклеточного матрикса.
Цель работы. Изучить экспрессию генов металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов в интраоперационных биоптатах Ligamentum flavum пациентов со стенозами позвоночного канала и дурального мешка в поясничном отделе позвоночника.
Материалы и методы. Обследована группа из 33 человек со стенозами позвоночного канала и дурального мешка, локализованными в поясничном отделе (17 женщин и 16 мужчин; средний возраст – 45,73 ± 1,95 года). Из интраоперационных биоптатов Ligamentum flavum выделяли РНК и после проведения обратной транскрипции ставили ПЦР со специфичными праймерами.
Результаты. В Ligamentum flavum при стенозирующих процессах позвоночного канала и дурального мешка обнаружены повышенная активность ММР-1 и недостаточный ответ на это TIMP-1 и TIMP-2; экспрессия ММР-1 возрастала синхронно с Dio2, и оба гена снижали свою активность с увеличением возраста пациента. У пациентов с наличием оссификации Ligamentum flavum более активно экспрессировался ген ММР-8 и снижался синтез мРНК гена ММР-9 по сравнению с подгруппой без оссификации.

1. Silagi ES, Shapiro IM, Risbud MV. Glycosaminoglycan synthesis in the nucleus pulposus: Dysregulation and the pathogenesis of disc degeneration. Matrix Biol. 2018; 71-72: 368-379. doi: 10.1016/j.matbio.2018.02.025

2. Yu L, Sun ZJ, Tan QC, Wang S, Wang WH, Yang XQ, et al. Thermosensitive injectable decellularized nucleus pulposus hydrogel as an ideal biomaterial for nucleus pulposus regeneration. J Biomater Appl Actions. 2020; 35(2): 182-192. doi: 10.1177/0885328220921328

3. Henry N, Clouet J, le Bideau J, le Visage C, Guicheux J. Innovative strategies for intervertebral disc regenerative medicine: From cell therapies to multiscale delivery systems. Biotechnol Adv. 2018; 36(1): 281-294. doi: 10.1016/j.biotechadv.2017.11.009

4. Van Lint P, Libert C. Chemokine and cytokine processing by matrix metalloproteinases and its effect on leukocyte migration and inflammation. J Leukoc Biol. 2007; 82(6): 1375-1381. doi: 10.1189/jlb.0607338

5. Шурыгин М.Г., Шурыгина И.А., Дремина Н.Н., Каня О.В. Матриксная металлопротеаза 9 и ремоделирование при инфаркте миокарда. Acta biomedica scientifica. 2013; 90(2-1): 138-141.

6. Shurygina IA, Rodionova LV, Ayushinova NI, Chepurnykh EE, Trukhan IS, Shurygin MG. The effect of the p38 MAPK inhibitor on the expression of metalloproteinases and their inhibitors during the formation of abdominal adhesions. Int J Biomed. 2021; (4).

7. Kamieniak P, Bielewicz J, Kurzepa J, Daniluk B, Kocot J, Trojanowski T. The impact of changes in serum levels of metalloproteinase-2 and metalloproteinase-9 on pain perception in patients with disc herniation before and after surgery. J Pain Res. 2019; 12: 1457-1464. doi: 10.2147/JPR.S201199

8. Xue M, March L, Sambrook PN, Jackson CJ. Differential regulation of matrix metalloproteinase 2 and matrix metalloproteinase 9 by activated protein C: Relevance to inflammation in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 2007; 56(9): 2864-2874. doi: 10.1002/art.22844

9. Ярмолинская М.И., Молотков А.С., Денисова В.М. Матриксные металлопротеиназы и ингибиторы: классификация, механизм действия. Журнал акушерства и женских болезней. 2012; LXI(1): 113-125.

10. Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Шурыгина И.А., Скляренко О.В., Животенко А.П., Кошкарева З.В., и др. Особенности реакций ацетилирования у больных со стенозирующим процессом позвоночного канала и дурального мешка поясничного отдела позвоночника в зависимости от выраженности оссификации Ligamentum flavum. Патогенез. 2020; 18(3): 45-52. doi: 10.25557/2310-0435.2020.03.45-52

11. Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Невежина А.В., Шурыгина И.А. Экспрессия генов дейодиназ в интраоперационных образцах Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка на поясничном отделе позвоночника. Acta biomedica scientifica. 2019; 4(6): 20-25. doi: 10.29413/ABS.2019-4.6.3

12. Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Сороковиков В.А. Активность генов рецепторов к паратиреоидному гормону в биоптатах Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка на поясничном уровне. Acta biomedica scientifica. 2020; 5(6): 113-123. doi: 10.29413/ABS.2020-5.6.13

13. National Center for Biotechnological Information. URL: https://https.ncbi.nlm.nih.gov [date of access: 01.11.2021].

14. Hsu HT, Yue CT, Teng MS, Tzeng IS, Li TC, Tai PA, et al. Immuohistochemical score of matrix metalloproteinase-1 may indicate the severity of symptomatic cervical and lumbar disc degeneration. Spine J. 2020; 20(1): 124-137. doi: 10.1016/j.spinee.2019.08.004

15. Xu D, Sun Y, Bao G, Liu W, Zhu X, Cui S, et al. MMP-1 overexpression induced by IL-1β: Possible mechanism for inflammation in degenerative lumbar facet joint. J Orthop Sci. 2013; 18(6): 1012-1019. doi: 10.1007/s00776-013-0466-2

16. Kim HJ, Park JB, Won HY, Chang H. Serum levels of TGFbeta1, TIMP-1 and TIMP-2 in patients with lumbar spinal stenosis and disc herniation. Asian Spine J. 2007; 1(1): 8-11. doi: 10.4184/asj.2007.1.1.8

17. Lindberg RL, Sorsa T, Tervahartiala T, Hoffmann F, Mellanen L, Kappos L, et al. Gelatinase B [matrix metalloproteinase (MMP)-9] and collagenases (MMP-8/-13) are upregulated in cerebrospinal fluid during aseptic and bacterial meningitis in children. Neuropathol Appl Neurobiol. 2006; 32(3): 304-317. doi: 10.1111/j.1365-2990.2006.00729.x

18. Leppert D, Leib SL, Grygar C, Miller KM, Schaad UB, Holländer GA. Matrix metalloproteinase (MMP)-8 and MMP-9 in cerebrospinal fluid during bacterial meningitis: Association with blood-brain barrier damage and neurological sequelae. Clin Infect Dis. 2000; 31(1): 80-84. doi: 10.1086/313922