Activity trypsin-like proteinases and intestinal mucosa collagen degradation at gastro-intestinal diseases

Aim of investigation. To determine activity of trypsin-, collagenase- and elastase-like proteinases, a1- proteinase inhibitor, a2-macroglobulin and contents of hydroxyproline in intestinal mucosa and blood plasma of patients with bowel diseases.

Material and methods. Sixty patients with ulcerative colitis, 42 – with Crohn’s disease, 18 - with irritable bowel syndrome and 30 practically healthy persons were investigated. A supernatant, obtained from biopsy specimens of intestinal mucosa, was used for assessment of biochemical parameters. Activity of trypsin-like proteinases was estimated by hydrolysis of synthetic substrate N-benzoyl-L-arginine ethyl ester (BAEE). Activity of a1-proteinase inhibitor (a1-PI) and a2-macroglobulin (a2-MG) was determined by unified method on of BAEE hydrolysis inhibition. A degradation of fibrous proteins of connective tissue was estimated by activity of elastase- and collagenase-like proteinases and by the contents of hydroxyproline fractions. Activity of elastase- and collagenase-like proteinases was determined, using N-butoxycarbonyl-L-alanine p-nitrophenyl ester (BANE) as substrate.

Results. Activation of proteolysis in mucosa of intestine and blood plasma of patients on a background of decrease of activity of proteinase inhibitors and elevation of hydroxyproline contents was revealed. Changes were most severe at Crohn’s disease in comparison to ulcerative colitis and irritable bowel syndrome. At ulcerative colitis along with increase of severity grade activity of trypsin-, elastase-like proteinases and level of free hydroxyproline of intestinal mucosa increased. By logistical regression method it was calculated, that deficiency of a2-MG increases the risk of Crohn’s disease development 3,85 times.

Conclusion. At ulcerative colitis and Crohn’s disease in mucosa of intestine activation of trypsin-, elastase- and collagenase-like proteinases on a background of decrease of activity of a1-PI and a2-MG that results in degradation of connective tissue proteins is observed. The most severe disorder of collagen and elastin metabolism, i.e. substantial increase of collagen decomposition products, proteinases activity on the background of deficiency of inhibitors in mucosa of intestine and blood plasma occurs in Crohn’s disease.

1. Бычкова В.И., Смирнова Б.И., Лесничук Л.В. Биохимические показатели соединительной ткани в диагностике начальной стадии цирроза печени // Клин. лаб. диагностика. – 2003. – № 1. – С. 10–14.

2. Веремеенко К.Н. Протеолитические ферменты и их ингибиторы. Новые области применения в клинике // Врач. дело. – 1994. – № 1. – С. 8–13.

3. Загромова Т.А., Акбашева О.Е., Ермаков С.Ю. Активность ингибиторов протеиназ плазмы крови при язвенной болезни в зависимости от морфофенотипа конституции больных // Рос. журн. гастроэнтерол. гепатол. колопроктол. – 2007. – Т. 17, № 4. – С. 30–35.

4. Златкина А.Р. Синдром раздраженного кишечника // Рос. журн. гастроэнтерол. гепатол. колопроктол. – 2000. – Т. 10, № 1. – С. 13–17.

5. Зорин Н.А., Зорина В.Н., Зорина Р.М., Левчен-ко В.Г. Универсальный регулятор – a2-макроглобулин // Клин. лаб. диагностика. – 2004. – № 11. – С. 18–21.

6. Исламова Е.А. Оценка эффективности терапии синдрома раздраженного кишечника и НЯК по маркерам метаболизма соединительной ткани и серотонинсекретирующих клеток толстой кишки: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. – Саратов, 2004. – 22 с.

7. Корепанов А.М., Шкляев А.Е., Шараев П.Н. Особенности метаболизма коллагена при язвенной болезни двенадцатиперстной кишки // Клин. лаб. диагностика. – 2005. – № 5. – С. 14–16.

8. Кузнецова К.П., Прошина Л.Я., Приваленко М.Н. Модификация содержания оксипролина в сыворотке крови // Лаб. дело. – 1998. – № 8. – С. 8–10.

9. Нартикова В.Ф., Пасхина Т.С. Унифицированный метод определения активности a1-антитрипсина и a2-макроглобулина в сыворотке (плазме) крови человека // Вопросы мед. химии. – 1979. – Т. 25, № 4. – С. 494–499.

10. Оглоблина О.Г., Платонова Л.В., Пасхина Т.С. Измерение активности трипсино- и эластазоподобных протеиназ полиморфноядерных лейкоцитов и уровня их кислотостабильных ингибиторов в бронхиальном секрете человека. – М.: МГУ, 1984. – 14 с.

11. Пехтерева-Донченко Е.В. Состояние кининогенеза у детей при язвенной болезни и хроническом гастродуодените: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. – Томск, 2000. – 15 с.

12. Пузырев В.П., Савюк В.Я. Клинико-генетические аспекты недостаточности a1-антитрипсина // Мед. генетика. – 2002. – № 5. – С. 202–209.

13. Халиф И.Л., Лоранская И.Д. Воспалительные заболевания кишечника: неспецифический язвенный колит и болезнь Крона (Клиника, диагностика и лечение). – М., 2004. – 200 с.

14. Шараев П.Н. Метод определения свободного и связанного оксипролина в сыворотке крови // Лаб. дело. – 1981. – № 5. – С. 283–285.

15. Шараев П.Н., Пишков В.Н., Заворыгина Н.Г. Опре­деление коллагенолитической активности плазмы крови // Лаб. дело. – 1987. – № 1. – С. 60–62.

16. Akutsu H., Iwama H. Concentrative relationship between polymorphonuclear elastase and urinary trypsin inhibitor in amniotic fluid // Arch. Gunecol. Obstet. – 2000. – Vol. 263, N 4. – P. 156–159.

17. Audrain M.A., Sesboue R., Baranger T.A. et al. Analysis of anti-neutrophil cytoplasmic antibodies (ANCA): frequency and specificity in a sample of 191 homozygous (PiZZ) alpha1-antitrypsin-deficient subjects // Nephrol. Dial. Transplant. – 2001. – Vol. 16, N 1. – Р. 39–44.

18. Biancone L., Onali S., Calabrese E. et al. Non-invasive techniques for assessing postoperative recurrence in Crohn’s disease // Dig. Liver Dis. – 2008. – Vol. 40 (suppl 2). – Р. 265–270.

19. Buresi M.C., Buret A.G., Hollenberg M.D. et al. Activation of proteinase-activated receptor 1 stimulates epithelial chloride secretion through a unique MAP kinase- and cyclo-oxygenase-dependent pathway // FASEB J . – 2002. – N 16. – Р. 1515–1525.

20. Buresi M.C., Schleihauf E., Vergnolle N. et al. Protease-activated receptor-1 stimulates Ca2+-dependent Cl– secretion in human intestinal epithelial cells // Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol . – 2001. – Vol. 281. – P. 323–332.

21. Bustos D., Negri G., De Paula J.A. et al. Colonic proteinases: increased activity in patients with ulcerative colitis // Medicina. – 1998. – Vol. 58. – P. 262–264.

22. DeFea K.A., Zalevsky J., Thoma M.S. et al. Beta-arrestin-dependent endocytosis of proteinase-activated receptor 2 is required for intracellular targeting of activated ERK1/2 // J. Cell Biol. – 2000. – Vol. 148. – P. 1267–1281.

23. Harada N., Okajima K., Liu W. et. al. Activated neutrophils impair gastric cytopritection role of neutrophil elastase // Dig. Dis. Sci. – 2000. – Vol. 45, N 6. – P. 1210–1216.

24. Kanke T., Macfarlane S.R., Seatter M.J. et al. Proteinase-activated receptor-2-mediated activation of stress-activated protein kinases and inhibitory kappa B kinases in NCTC 2544 keratinocytes // J. Biol. Chem. – 2001. – N 18. – Р. 18.

25. Kawabata A., Kinoshita M., Nishikawa H. et al. The protease-activated receptor-2 agonist induces gastric mucus secretion and mucosal cytoprotection // J. Clin. Invest. – 2001. – Vol. 107. – P. 1443–1450.

26. Kawao N., Sakaguchi Y., Tagome A. et al. Protease-activated receptor-2 (PAR-2) in the rat gastric mucosa: immunolocalization and facilitation of pepsin/pepsinogen secretion // Br. J. Pharmacol. – 2002. – Vol. 135. – P. 1292–1296.

27. Kotlowski R., Bernstein C.N., Silverberg M.S. et al. Population-based case-control study of alpha 1-antitrypsin and SLC11A1 in Crohn’s disease and ulcerative colitis // Inflamm. Bowel. Dis. – 2008. – Vol. 14, N 8. – Р. 1112–1117.

28. Ossovskaya V.S., Bunnett N.W. Protease-activated receptors: Contribution to physiology and disease // Physiol. Rev. – 2004. – Vol. 84. – Р. 579–621.

29. Raithel M., Winterkamp S., Pacurar A. et al. Release of mast cell tryptase from human colorectal mucosa in inflammatory bowel disease // Scand. J. Gastroenterol. – 2001. – N 36. – Р. 174–179.

30. Yang P.C., Berin M.C., Yu L., Perdue M.H. Mucosal pathophysiology and inflammatory changes in the late phase of the intestinal allergic reaction in the rat // Am. J. Pathol. – 2001. – Vol. 158. – Р. 681–690.