Changes of Sputum Matrix Metalloproteinases and Tissue Inhibitor of Matrix Metalloproteinase-1 by Antibiotic Treatment in Acute Exacerbation of Chronic Bronchitis

Background : Excessive extracellular matrix (ECM) deposition by airway inflammation is presumed to play an important role in the pathogenesis of worsening airflow obstruction (Ed- acceptable three-word noun) seen during acute exacerbations of chronic bronchitis. Although many proteases can cleave ECM molecules, matrix metalloproteinases (MMPs) and their inhibitors are likely to be the physiologically relevant mediators of ECM degradation. Objectives ; The purpose of this study was to demonstrate that antibiotic treatment can change airway MMPs and TIMP-1 concentrations/levels by controlling airway inflammation in acute exacerbation of chronic bronchitis. Methods : We studied 40 patients, all of whom had an acute exacerbation of chronic bronchitis. The patients were treated with two different antibiotics, moxifloxacin and clarithromycin, in a double-blind manner for 7 days. Sputum samples were induced and collected before and after antibiotic therapy. We measured the sputum concentration of MMP-1,-9, TIMP-1, IL-8 and secretory leukocyte proteinase inhibitor (SLPI) in sputum supernatants by ELISA method. Results : There was no difference after antibiotic treatment in the sputum concentrations of MMP-1,-9, TIMP-1, IL-8 and SLPI between the patients treated with moxifloxacin and those treated with clarithromycin. But the sputum concentrations of TIMP-1, and SLPI, and the TIMP-1/MMP-1 ratio were significantly reduced by the antibiotic therapy. There were significant positive correlations between sputum TIMP-1 levels and IL-8 levels (p<0.01, r=0.751), and between the sputum TIMP-1/MMP-1 ratio and IL-8 levels (p<0.01, r=0.752). The sputum SLPI levels were significantly elevated by antibiotic treatment and were negatively correlated with sputum TIMP-1 levels (p<0.01, r=-0.496) and TIMP-1/MMP-1 levels (p<0.01, r=-0.456). Conclusion : The study shows that the worsening of airway inflammation in acute exacerbation of chronic bronchitis is associated with an imbalance between the concentrations/levels of TIMP-1 and MMPs. Antibiotic treatment can prevent progression of airway narrowing in acute exacerbation of chronic bronchitis by modulation of the protease and anti-protease imbalance.

만성 기관지염의 급성 악화에서 항생제 투여에 의한 유도객담 내 Matrix metalloproteinase와 Tissue inhibitor of matrix metalloproteinase의 변화

연구배경 :임상적으로 만성 기관지염 환자의 호흡기 증상이 급격히 악화되는 것으로 정의되는 만성 기관지염의 급성악화는 기도의 폐쇄를 조장하여 만성 폐쇄성 폐질환으로의 진행을 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 방 법 :만성 기관지염의 급성악화 환자 40명을 대상으로 하였으며 대상 환자를 무작위로 moxifloxacin군과 clarithromycin군으로 나누어 항생제를 경구투여 하였다.항생제를 복용 하기 전과 항생제를 7일간 복용한 후 각각 객담을 유도 처리하여 유도객담 상층액 내의 IL-8, SLPI, MMP-1, MMP-9, TIMP-1의 농도를 ELISA 방법으로 측정하였다. 결 과 : 항생제 투여에 의해 유도객담 내 TIMP-l의 농도와 TIMP-1/MMP-1의 분자량 비율이 유의하게 감소하였고 (p<0.05), 유도객담 내 SLPI의 농도는 유의하게 증가하였다(p<0.01) 급성악화 시 유도객담 내의 TIMP-1의 농도(p<0.01, r=0.751)와 TIMP-l/MMP-1의 분자량 비율(p<0.01, r=0.752)은 IL-8과 유의한 상관관계를 보이고 있었으며 항생제 치료로 호전이 된 이후에도 IL-8과의 상관관계는 계속 관찰되었다. 급성악화 시 유도객담 내 SLPI의 농도는 유도객담 내 TIMP-1(p<0.01, r=-0.496)과 TIMP-1/MMP-1(p<0.01, r=-0.456)의 분자량 비율 변화와 유약한 상관관계가 있었다. 그러나 유도객담 내 MMP-1, MMP-9의 농도 그리고 TIMP-l/MMP-9의 분자량 비율은 IL-8이나 SLPI의 농도와 유의한 상관관계가 없었다. 결 론 : 만성 기관지염의 급성 악화에 의해 TIMP와 MMPs의 불균형이 초래되며 TIMP가 상대적으로 많이 증가함으로써 기도 내 ECM이 축적되는데 적절한 항생제를 사용하지 않았을 때에는 이러한 기도벽의 재구성이 반복되어 기도의 폐쇄가 심해질 것으로 생각된다. TIMP와 MMPs의 불균형은 항생제 치료에 의하여 호전이 됨으로 적절한 항생제 치료는 만성 기관지염의 급성악화에 의한 비가역성 기도 폐쇄가 진행되는 것을 어느 정도 예방할 수 있을 것으로 생각된다.