Matrix Metalloproteinases and their Tissue Inhibitors as Biomarkers in Ulcerative Colitis and Crohn s Disease

Matrix metalloproteinases (MMPs) represent a family of 23 metalloendopeptidases, collectively capable of degrading all components of the extracellular matrix. MMPs have been implicated in several inflammatory processes such as arthritis, atherosclerosis, and even carcinomas. They are also involved in several beneficial activities such as epithelial repair. MMPs are inhibited by endogenous tissue inhibitors of matrix metalloproteinases (TIMP). In this study, MMPs were investigated in intestinal mucosa of inflammatory bowel diseases (IBD), chronic intestinal disorders. The main focus was to characterize mucosal inflammation in the intestine, but also cutaneous pyoderma gangrenosum (PG), to assess similarites with IBD inflammation. MMPs and TIMPs were mainly examined in colonic mucosa, in adult Crohn s disease (CD), and paediatric CD, ulcerative colitis (UC), and indeterminate colitis (IC). Ileal pouch mucosa of proctocolectomized paediatric onset IBD patients was also investigated to characterize pouch mucosa. The focus was on finding specific MMPs that could act as markers to differentiate between different IBD disorders, and MMPs that could be implied as markers for tissue injury, potentially serving as targets for MMP-inhibitors. All examinations were performed using immunohistochemistry. The results show that immunosuppressive agents decrease stromal expression of MMP-9 and -26 that could serve as specific targets for MMP-inhibitors in treating CD. In paediatric colonic inflammation, MMP-10 and TIMP-3 present as molecular markers for IBD inflammation, and MMP-7 for CD. MMP expression in the the pouch mucosa could not be classified as strictly IBD- or non-IBD-like. For the first time, this study describes the expression of MMP-3, -7, -9, -12, and TIMP-2 and -3 in pouch mucosa. The MMP profile in PG bears resemblance to both intestinal IBD inflammation and cutaneous inflammation. Based on the results, MMPs and their inhibitors emerge as promising tools in the differential diagnosis of IBD and characterization of the disease subtype, although further research is necessary. Furthermore, the expression of several MMPs in pouch has been described for the first time. While further research is warranted, the findings contribute to a better understanding of events occurring in IBD mucosa, as well as pyoderma gangrenosum.

Matriksin metalloproteinaasit (MMP) muodostavat 23 metalloendopeptidaasin perheen, jotka yhdessä kykenevät hajottamaan kaikkia soluväliaineen rakenneosia. Ne on yhdistetty useisiin tulehduksellisiin tapahtumiin, kuten nivelrikkoon, valtimonrasvoittumistautiin, jopa syöpiin. MMP:t osallistuvat myös suotuisiin tapahtumiin, kuten epiteelirikon korjaamiseen. MMP:iden toimintoja estävät niiden spesifit kudosestäjät, TIMP:t. Tässä tutkimuksessa olemme tarkastelleet suolen limakalvoa kroonisissa tulehduksellisissa suolistosairauksissa (IBD). Tavoitteenamme on ollut luokitella ja kuvata tulehdusta paitsi suolen limakalvolla myös autoimmuunitauteihin yhdistetyssä ihon haavassa, pyoderma gangrenosumissa (PG), jonka samanlaisuutta IBD-tulehduksen kanssa olemme pyrkineet arvioimaan. Olemme tutkineet MMP:itä ja TIMP:itä pääasiallisesti paksusuolen limakalvolla aikuisten Crohnin taudissa (CD), lasten CD:ssa ja haavaisessa paksusuolen tulehduksessa (UC) sekä määrittämättömässä koliitissa (IC). Olemme arvioineet myös nuoruusiässä puhjennutta tautia sairastavia henkilöitä, joilta paksusuoli on poistettu. Heiltä olemme tutkineet ohutsuolesta tehdyn ulostesäiliön limakalvoa ja pyrkineet luonnehtimaan sen MMP-profiilia. Tutkimuksen keskeisenä tavoitteena on ollut löytää tiettyjä MMP:itä, jotka voisivat toimia markkereina tulehduksellisen suolistosairauden erotusdiagnostiikassa, sekä tunnistaa limakalvovaurioon liittyviä MMP:itä, joita vastaan voisi mahdollisesti käyttää MMP-estäjiä. Kaikki tutkimukset on toteutettu immunohistokemiallisin menetelmin. Tuloksista näemme, että immunosuppressoivat lääkkeet vähensivät MMP-9:n ja MMP-26:n ilmentymistä Crohnin tautia sairastavien aikuispotilaiden suolen limakalvolla. Nämä MMP:t voisivat mahdollisesti toimia MMP-estäjien kohteina Crohnin taudin hoidossa. Sen sijaan lasten paksusuolen tulehduksessa MMP-10 ja TIMP-3 näyttäytyvät mahdollisina markkereina IBD-tulehdukselle ja MMP-7 markkerina Crohnin taudille. Paksusuolen poiston läpikäyneiden potilaiden ohutsuolen säiliön limakalvon MMP-profiilin ei voitu näyttää olevan selkeästi IBD- tai ei-IBD-tyyppistä. Tässä tutkimuksessa kuitenkin ensimmäistä kertaa osoitetaan MMP-3:n, MMP-7:n, MMP-9:n, ja MMP-12:n, sekä TIMP-2:n ja TIMP-3:n ilmentyminen ohutsuolisäiliön limakalvolla. PG:n MMP-profiili muistutti osin IBD:n tulehtunutta limakalvoa. PG:n tulehduksessa on kuitenkin piirteitä myös ihon tulehduksesta. Näihin tutkimuksiin pohjautuen, MMP:t ja niiden estäjät vaikuttavat lupaavilta apuvälineiltä tulehduksellisen suolistosairauden erotusdiagnostiikassa ja luokittelussa. Lisäksi useiden MMP:iden ilmentyminen ohutsuolesta rakennetussa säiliössä osoitettiin nyt ensimmäisen kerran. Nämä löydökset lisäävät tietämystä tulehduksellisen suolistosairauden limakalvon ja pyoderma gangrenosumin tapahtumista.