Ο ρόλος των μεταλλοπρωτεϊνασών (MMP-1, MMP-2) και των νεότερων βιοχημικών δεικτών του οστικού μεταβολισμού σε ασθενείς με χρόνια νεφρική νόσο

Abstract

Introduction: Chronic kidney disease (CKD) is related to abnormal calcium, phosphate, parathyroid hormone (PTH) and vitamin D serum levels that are associated with impaired bone metabolism leading to a specific type of osteopathy called Chronic Kidney Disease-Mineral and Bone Disorder (CKD-MBD). CKD-MBD occurs when renal function is progressively reduced and includes a series of disturbances in bone modeling and remodeling, leading to bone disease and concomitant fractures. The aim of this study was to assess the levels of the Matrix metalloproteinase-1 and -2 (MMP-1 and MMP -2) in CKD patients of various disease stages in correlation to other bone turnover biochemical markers and to examine the possible role of MMPs in the evaluation of bone disease in uremic patients. Subjects and methods: In this study 60 patients at different stages of pre-dialysis CKD, 20 patients on hemodialysis (HD) and 20 age-matched healthy controls were enrolled. The patients were divided into four groups according to the severity of renal disease and Creatinine Clearance (ClCr). Each group included 20 subjects. The first group was CKD1 (stage 2, ClCr 90-60 ml/min), the second group was CKD2 (stage 3, ClCr 60-30 ml/min), the third group was CKD3 (stage 4, ClCr 30-15 ml/min) and the fourth group was CKD4-ΗD (stage 5, ClCr <15 ml/min). Serum levels of urea, creatinine, calcium, phosphorus, and alkaline phosphatase were estimated by colorimetry. Serum intact parathyroid hormone (i-PTH), osteocalcin (OC), N-terminal propeptide of type I collagen (PINP), and beta-C-terminal telopeptide of type I collagen (β-CTX), were measured by electrochemiluminescence on automatic analyzers. Serum MMP-1 and MMP-2 levels were estimated using a commercial enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). ClCr was calculated using the traditional clearance formula based on a 24-hour urine collection. Results: Significant differences (p<0.0001 & p<0.05) were noted for i-PTH, OC, PINP and β-CTX levels among patients with different stages of CKD and compared to controls. As ClCr is reduced, a gradual increase of the new bone indicators is observed resulting significant differences between the groups (p <0.0001). Levels of i-PTH, OC, PINP and β-CTX were significantly higher (p<0.0001) in dialysis patients. MMP-1 serum levels showed a weak gradual increase with the deterioration of kidney function in CKD patients and had the highest values in hemodialysis patients, which differed significantly from the healthy controls (p<0.05). On the contrary, MMP-2 serum levels showed statistically significant lower levels (p<0.05) among the groups studied and the hemodialysis patients. Positive correlations between i-PTH levels and the other bone markers (OC, PINP and β-CTX) were established while significant positive correlations were also observed among all the bone disease markers tested. It should be also emphasized that all the biochemical bone markers analyzed were significantly negatively correlated with ClCr. MMP-1 showed a significant positive correlation with OC and β- CTX whereas a significant negative correlation was found between MMP-2 and OC. Conclusions: Based on this study we drew to the following conclusions: 1. As the renal disease progresses, the serum levels of i-PTH increase. Increased i-PTH levels demonstrate a high bone turnover as a result of the development of secondary hyperparathyroidism. 2. Bone biochemical markers increase in CKD patients along with the decrease in renal function and even more in hemodialysis patients. Measurement of serum levels of β-CTX, PINP and OC in patients with CKD is useful and shows that these biomarkers of bone metabolism are clinically significant for the evaluation and follow-up of renal bone disease. 3. Concerning MMP-1, an upward trend of MMP-1 with the stage of the disease was observed. MMP-1 serum levels correlated positively with OC and β- CTX. These significant correlations between bone markers and MMP-1 suggest an association between bone turnover and MMP-1 serum levels. MMP-1 seems to interfere actively in bone turnover and could possibly be involved in the process of bone disease.4. MMP-2 levels did not show significant changes among the groups, excluding dialysis patients where, contrary to what was expected, MMP-2 showed a marked decrease. MMP-2 serum levels were found significantly decreased in hemodialysis patients and showed a negative correlation with OC. In the present study increased levels of bone markers in patients with CKD underline their predictive value and their importance in the assessment and follow up of renal bone disease. MMPs serum levels may reflect bone remodeling rate in these patients, since they seem to correlate with the bone markers. Further studies are needed to elucidate the pathophysiological mechanisms reflected by these observations.

Εισαγωγή: Η χρόνια νεφρική νόσος (XNN) σχετίζεται με διαταραχές του ασβεστίου, του φωσφώρου, της παραθορμόνης (PTH) και της βιταμίνης D, οι οποίες επηρρεάζουν τον οστικό μεταβολισμό και οδηγούν σε έναν συγκεκριμένο τύπο οστεοπάθειας που ονομάζεται Χρόνια Νεφρική Νόσος-Διαταραχή Oστών και Μετάλλων (ΧΝΝ-ΔΟΜ). Η ΧΝΝ-ΔΟΜ εμφανίζεται όταν μειώνεται σταδιακά η νεφρική λειτουργία και περιλαμβάνει μια σειρά διαταραχών των οστών, που οδηγούν σε ασθένειες των οστών και ταυτόχρονα κατάγματα. Σκοπός αυτής της μελέτης ήταν η εκτίμηση των επιπέδων της μεταλλοπρωτεϊνάσης-1 και -2 (ΜΜΡ-1 και ΜΜΡ-2) σε ασθενείς με ΧΝΝ διαφόρων σταδίων και η συσχέτισή τους με βιοχημικούς οστικούς δείκτες. Αυτή η μελέτη είναι μια πρώτη προσέγγιση για ένα πιθανό ρόλο των μεταλλοπρωτεϊνασών (MMPs) στην αξιολόγηση της οστικής νόσου σε ουραιμικούς ασθενείς. Υλικό και Μέθοδοι: Σε αυτή τη μελέτη συμμετείχαν 60 ενήλικες ουραιμικοί ασθενείς διαφόρων σταδίων, 20 αιμοκαθαιρόμενοι ασθενείς και 20 φυσιολογικά άτομα που αποτέλεσαν την ομάδα ελέγχου. Οι νεφροπαθείς χωρίστηκαν σε τέσσερις ομάδες. Στην πρώτη ομάδα ΧΝΝ1 (στάδιο 2, ClCr 90-60 ml/min), στη δεύτερη ομάδα ΧΝΝ2 (στάδιο 3, ClCr 60-30 ml/min ), στην τρίτη ΧΝΝ3 (στάδιο 4, ClCr 30-15 ml/min ) και στην τέταρτη ΧΝΝ4-ΤΝ (στάδιο 5, ClCr <15 ml/min ). Οι κοινές βιοχημικές εξετάσεις προσδιορίστηκαν με χρωματομετρική μέθοδο. H άθικτη παραθορμόνη (i-PTH), η οστεοκαλσίνη (ΟC), το αμινοτελικό προπεπτίδιο του προκολλαγόνου τύπου Ι (PINP) και το καρβοξυτελικό τελοπεπτίδιο (CTX) προσδιορίστηκαν σε ανοσολογικούς αναλυτές με τη μέθοδο της ηλεκτροχημειοφωταύγειας. Ενώ για τον προσδιορισμό των μεταλλοπρωτεϊνασών MMP-1 και MMP-2 χρησιμοποιήθηκε η ανοσοενζυμική μέθοδος ELISA (Εnzyme linked immunosorbent assay). Ο υπολογισμός της κάθαρσης κρεατινίνης (CICr) έγινε με τον γνωστό τύπο της κάθαρσης αφού πρώτα πραγματοποιήθηκε συλλογή ούρων 24ωρου και προσδιορισμός της κρεατινίνης στα ούρα και στον ορό. Αποτελέσματα: Σημαντικές διαφορές (p<0.0001 & p<0.05) σημειώθηκαν για τα επίπεδα i-PTH, OC, PINP και β-CTX μεταξύ των ασθενών αλλά και σε σύγκριση με τους μάρτυρες. Καθώς η CICr μειώνεται παρατηρείται σταδιακή αύξηση των οστικών δεικτών με αποτελέσμα να σημειώνονται σημαντικές διαφορές μεταξύ των ομάδων (p<0.0001). Τα επίπεδα των i-PTH, OC, PINP και β-CTX ήταν σημαντικά υψηλότερα (p<0.0001) σε ασθενείς με αιμοκάθαρση σε σύγκριση με τις υπόλοιπες ομάδες. Τα επίπεδα στον ορό της MMP-1 παρουσίασαν ελαφρά σταδιακή αύξηση με την επιδείνωση της νεφρικής λειτουργίας και οι υψηλότερες τιμές της παρατηρήθηκαν στους ασθενείς με αιμοκάθαρση, οι οποίες διέφεραν σημαντικά από τις τιμές των υγιών μαρτύρων (p<0.05). Αντίθετα, τα επίπεδα της ΜΜΡ-2 έδειξαν σημαντική μείωση (p<0.05) και διέφεραν σημαντικά μεταξύ των ασθενών με αιμοκάθαρση και των ομάδων ΦΑ, ΧΝΝ1, XNN3. Παρατηρήθηκαν θετικές συσχετίσεις μεταξύ των επιπέδων της i-PTH και των οστικών δεικτών (OC, PINP, β-CTX) ενώ παρατηρήθηκαν επίσης και σημαντικές συσχετίσεις μεταξύ των οστικών δεικτών. Θα πρέπει επίσης να τονιστεί ότι βρέθηκαν αρνητικές συσχετίσεις μεταξύ της ClCr και όλων των οστικών δεικτών στις ομάδες που μελετήθηκαν. Η ΜΜΡ-1 παρουσίασε σημαντική θετική συσχέτιση με την OC και το β-CTX, ενώ βρέθηκε σημαντική αρνητική συσχέτιση μεταξύ της ΜΜΡ-2 και της OC. Συμπεράσματα: Aπό τη μελέτη αυτή προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα: 1. Όσο εξελίσσεται η νόσος οδηγούμαστε σε υψηλές τιμές PTH, γεγονός που χαρακτηρίζει την ταχεία οστική ανακατασκευή (high bone turnover), αποτέλεσμα της ανάπτυξης δευτεροπαθούς υπερπαραθυρεοειδισμού. 2. Οι οστικοί βιοχημικοί δείκτες αυξάνονται στους ασθενείς με ΧΝΝ παράλληλα με την ελάττωση της νεφρικής λειτουργίας και ακόμη περισσότερο στους αιμοκαθαιρόμενους ασθενείς. Η μέτρηση των επιπέδων του β-CTX, του PINP και της OC στον ορό ασθενών με ΧΝΝ είναι χρήσιμη και δείχνει ότι αποτελούν σπουδαίους βιολογικούς δείκτες για την παρακολούθηση της οστικής νόσου στους ουραιμικούς ασθενείς. 3. Τα επίπεδα της ΜΜP-1 εμφανίζουν ανοδική τάση με την επιδείνωση της νεφρικής νόσου και βρέθηκε να συσχετίζονται θετικά με την OC και το β-CTΧ. H ΜΜP-1 φαίνεται να παρεμβαίνει ενεργά στον οστικό μεταβολισμό και πιθανόν να εμπλέκεται στην διαδικασία εμφάνισης οστικών αλλοιώσεων και οστικής νόσου. 4. Τα επίπεδα της ΜΜP-2 δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερα σημαντικές αλλαγές μεταξύ των ομάδων με εξαίρεση την ομάδα των αιμοκαθαιρόμενων, όπου αντίθετα με ότι αναμένονταν παρατηρείται μια αισθητή πτώση των τιμών της, πιθανόν λόγω εμπλοκής παραγόντων που προκαλούν είτε αναστολή της έκκρισής της είτε καταστολή της ενεργότητάς της. Τα επίπεδα της ΜΜP-2 έδειξαν αρνητική συσχέτιση με την OC. Στην παρούσα μελέτη, τα αυξημένα επίπεδα των οστικών δεικτών σε ασθενείς με ΧΝΝ υπογραμμίζουν την προγνωστική τους αξία και τη σημασία τους στην εκτίμηση και παρακολούθηση της νεφρικής οστικής νόσου. Τα επίπεδα των MMPs μπορεί να αντανακλούν τον οστικό μεταβολισμό σε αυτούς τους ασθενείς, καθώς φαίνεται να συσχετίζονται με τους οστικούς δείκτες. Απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για την αποσαφήνιση των παθοφυσιολογικών μηχανισμών που αντικατοπτρίζονται από αυτές τις παρατηρήσεις.