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Forschungsartikel
Ziel dieser Studie ist es, die Expressionsniveaus und die klinische Bedeutung von Matrix-Metalloproteinase-1 (MMP-1) und Matrix-Metalloproteinase-7 (MMP-7) bei Patienten mit Lungenentzündung, Lungenfibrose und Lungenkrebs zu bewerten. Ziel ist es, ihren potenziellen diagnostischen Wert zu untersuchen und ihre Relevanz als nicht-invasive Biomarker für die Unterscheidung dieser Lungenerkrankungen zu bewerten.
Ziel dieser Studie war es, die Expressionsniveaus und die klinische Bedeutung von Matrix-Metalloproteinase-1 (MMP-1) und Matrix-Metalloproteinase-7 (MMP-7) bei Patienten mit Lungenentzündung, Lungenfibrose (PF) und Lungenkrebs (LC) zu untersuchen. Insgesamt wurden zwischen Oktober 2023 und April 2024 rückwirkend 136 Fälle von Lungenentzündung, 15 PF-Fällen, 64 LC-Fällen und 47 gesunden Kontrollen aus dem Shaanxi Provincial Nuclear Industry 215 Hospital aufgenommen. Die Serumkonzentrationen von MMP-1 und MMP-7 wurden mittels Chemilumineszenz-Immunoassay quantifiziert. Die Positivitätsraten wurden zwischen den Gruppen verglichen, und die Spearman-Korrelation wurde verwendet, um den Zusammenhang zwischen Alter und MMP-Expression zu untersuchen. Es wurde eine ROC-Analyse (Receiver Operating Characteristic) durchgeführt, um die optimalen Cut-off-Werte zu bestimmen und die diagnostische Leistung zu bewerten. Die medianen MMP-1-Serumspiegel waren in der LC-Gruppe höher (22,9 ng/ml; IQR: 11,65-30,0) und PF-Gruppe (26,5 ng/ml; IQR: 14,4-30,0) im Vergleich zur Lungenentzündungsgruppe (15,4 ng/ml; IQR: 9,34-28,75) (p < 0,05). In ähnlicher Weise waren die MMP-7-Spiegel in der LC erhöht (4,52 ng/ml; IQR: 3,55-6,20) und PF (5,05 ng/ml; IQR: 4,00-7,44) Gruppen im Vergleich zur Lungenentzündung (2,35 ng/ml; IQR: 1,87-3,36) und gesunde Kontrolle (2,27 ng/ml; IQR: 1,88-2,81) (p < 0,05). Es wurden signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen in den Positivitätsraten beobachtet (p < 0,05). Das Alter war sowohl mit MMP-1 (rs = 0,215, p < 0,001) als auch mit MMP-7 (rs = 0,531, p < 0,001) positiv korreliert, wobei die Korrelation für MMP-7 stärker war. Für MMP-1 (z = -1,033, p = 0,301) oder MMP-7 (z = -1,326, p = 0,185) wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Geschlechtern gefunden. MMP-7 zeigte eine hohe diagnostische Genauigkeit für LC (Cutoff = 3,325 ng/ml; Sensitivität = 84,4 %; Spezifität = 97,9 %) und PF (Cutoff = 3,66 ng/ml; Sensitivität = 80,0 %; Spezifität = 97,9 %). Im Gegensatz dazu war die diagnostische Leistung von MMP-1 und MMP-7 bei Lungenentzündung relativ begrenzt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass MMP-7 als nützlicher nicht-invasiver Biomarker für die Unterscheidung zwischen PF und LC dienen kann, während der klinische Nutzen von MMP-1 aufgrund der geringen Spezifität begrenzt bleibt.
Mycoplasma pneumoniae ist ein führender Erreger der ambulant erworbenen Lungenentzündung, wobei die jüngsten epidemiologischen Trends auf eine Zunahme sowohl sporadischer Infektionen als auch zyklischer globaler Ausbrüche hindeuten, die alle 2 bis 6 Jahre auftreten 1,2. Während die meisten Fälle selbstlimitierend sind, wird eine schwere Lungenentzündung als potenzieller Auslöser für Lungenfibrose (PF) erkannt, eine fortschreitende interstitielle Lungenerkrankung, die durch Alveolarepithelverletzungen, aberrante Gewebereparatur, Fibroblastenproliferation und extrazelluläre Matrixablagerungen gekennzeichnet ist, die in irreversiblen Narbenbildung gipfeln3. Eine retrospektive Kohortenstudie aus dem Jahr 2019 berichtete, dass in etwa 20,2 % der Fälle ein postinflammatorisches PF vorlag, das durch fokale fibrotische Veränderungen gekennzeichnet war4.
Die Lungenfibrose ist der häufigste Subtyp der interstitiellen Pneumonie und geht mit einer schlechten Prognose und einer erheblichen sozioökonomischen Belastung einher. Darüber hinaus erhöht das Fortschreiten des Fortschreitens das Risiko für Lungenkrebs signifikant, wobei frühere Studien eine Inzidenzrate zwischen 2,7 % und 48 % bei PF-Patienten anzeigen, die deutlich höher ist als in gesunden Populationen 5,6. LC ist nach wie vor die häufigste bösartige Neubildung und die Hauptursache für krebsbedingte Mortalität. Alarmierend ist, dass nur 25 % der Fälle in einem frühen Stadium erkannt werden, was das klinische Management und die Überlebensergebnisse stark beeinträchtigt 7,8. Klinisch stellt das gleichzeitige Auftreten von PF und LC eine komplexe diagnostische und therapeutische Herausforderung dar, während der Übergang von Pneumonie zu PF oft subtil ist und unterschätzt wird. Trotz ihrer Schwere fehlen diesen Lungenerkrankungen derzeit wirksame, nicht-invasive Biomarker für die Früherkennung und Prognosebewertung.
Jüngste Forschungen haben Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) als potenzielle Biomarker hervorgehoben, die an fibrotischen Lungenerkrankungen beteiligt sind9. Diese Zink-abhängigen Endopeptidasen sind am Abbau der extrazellulären Matrix und der Regulation verschiedener Signalwege beteiligt. Unter pathologischen Bedingungen tragen MMPs zum Gewebeumbau, zur Entzündung und zum Fortschreiten des Tumors bei. Insbesondere ihre Rolle bei der Förderung von Invasion und Metastasierung bei LC wurde zunehmend dokumentiert10,11. Unter ihnen haben sich MMP-1 und MMP-7 als Kandidaten von Interesse sowohl für fibrotische als auch für maligne Lungenprozesse herausgestellt.
Im Vergleich zu bildgebenden Verfahren und traditionellen Tumormarkern wie dem karzinoembryonalen Antigen (CEA) oder dem Cytokeratin-Fragment (CYFRA21-1) bieten MMP-1 und MMP-7 eine dynamischere Reflexion des extrazellulären Umbaus und der Epithelverletzung. Insbesondere hat MMP-7 eine überlegene Spezifität bei der Unterscheidung von Lungenfibrose von Entzündungen und Malignität in frühen Krankheitsstadien gezeigt. Darüber hinaus ist der serumbasierte Nachweis von MMPs minimalinvasiv, schnell und kompatibel mit automatisierten Chemilumineszenz-Plattformen, was eine skalierbare klinische Anwendung ermöglicht. Diese methodische Einfachheit verbessert die Machbarkeit sowohl in der Akut- als auch in der chronischen Versorgung, insbesondere dort, wo die radiologischen Instrumente begrenzt sind oder eine Biopsie kontraindiziert ist.
In dieser Studie werden die Serumexpressionsniveaus von MMP-1 und MMP-7 bei Patienten mit Lungenentzündung, Lungenfibrose und Lungenkrebs untersucht, mit dem Ziel, ihren potenziellen diagnostischen Nutzen und ihre klinische Relevanz zu bewerten.
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Diese Studie wurde von der medizinischen Ethikkommission des Shaanxi Provincial Nuclear Industry 215 Hospital (Zulassungsnummer 2023-LC-011) genehmigt und in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki durchgeführt. Vor der Einschreibung wurde von allen Teilnehmern oder deren Erziehungsberechtigten eine Einverständniserklärung eingeholt.
1. Angaben zum Patienten
Insgesamt 64 Patienten (45 Männer, 19 Frauen), bei denen Lungenkrebs (LC) diagnostiziert wurde, wurden zwischen Oktober 2023 und April 2024 aufgenommen. Diagnose und Behandlung entsprechen den klinischen Diagnose- und Behandlungsrichtlinien für Lungenkrebs (Chinese Medical Association, Ausgabe 2023). Die Einschlusskriterien waren wie folgt: progressive Dyspnoe, die länger als 3 Monate andauerte, trockener Husten, eingeschränkte Beeinträchtigung der Lungenfunktion mit verminderter Diffusionskapazität für Kohlenmonoxid (DLCO), arterielle Hypoxämie bei Anstrengung und Vorhandensein von inspiratorischem Knistern bei der Auskultation. Zu den Ausschlusskriterien gehörten eine Vorgeschichte von Strahlen- oder Chemotherapien, gleichzeitige systemische Erkrankungen (z. B. hämatologische, endokrine, Leber- oder Nierenerkrankungen), Schwangerschaft oder Stillzeit sowie eine unvollständige klinische Dokumentation.
Fünfzehn Patienten (11 Männer, 4 Frauen) mit idiopathischer Lungenfibrose (PF) wurden im gleichen Zeitraum eingeschlossen. Patienten mit identifizierbaren Ursachen für interstitielle Lungenerkrankungen, wie z. B. medikamenteninduzierte Fibrose, berufliche / umweltbedingte Exposition oder Autoimmun-/Bindegewebserkrankungen - wurden ausgeschlossen. Obwohl die Stichprobengröße für diese Gruppe aufgrund der geringeren Prävalenz von PF in der klinischen Praxis begrenzt war, wurden alle geeigneten Fälle innerhalb des Studienzeitraums eingeschlossen, um die Repräsentativität zu maximieren.
Insgesamt wurden 136 Patienten (76 Männer, 60 Frauen) mit Lungenentzündung rekrutiert. Von ihnen wurde bei 98 eine ambulant erworbene bakterielle Lungenentzündung diagnostiziert, bei 28 eine Mycoplasma pneumoniae-Lungenentzündung und bei 10 eine virale Lungenentzündung, die durch mikrobiologische und röntgenologische Befunde bestätigt wurde. Die meisten Fälle verliefen leicht bis mittelschwer; Patienten, die eine Intensivpflege benötigten, wurden ausgeschlossen. Personen mit gleichzeitigen Atemwegserkrankungen, systemischen Infektionen, kardiopulmonaler Dysfunktion oder anderen schwerwiegenden systemischen Erkrankungen wurden ebenfalls ausgeschlossen.
2. Datenerhebung
Probenvorbereitung und Messung von MMP-1 und MMP-7
Venöse Blutproben (5 ml) wurden unter sterilen Bedingungen in mit Heparin Lithium beschichtete Röhrchen gesammelt. Innerhalb von 30 Minuten nach der Entnahme wurde das Plasma durch Zentrifugation bei 3000 × g für 10 min bei 4 °C getrennt. Der Überstand wurde in saubere Polypropylenröhrchen überführt und bei -20 °C gelagert, wobei nicht mehr als zwei Gefrier-Auftau-Zyklen pro Probe zulässig waren.
Vor der Analyse wurden die Proben bei Raumtemperatur aufgetaut und mit einem langsamen Wirbel 10 s lang schonend gemischt. Lag eine sichtbare Schichtung vor, wurde zusätzlich vortexiert, bis das Plasma homogen erschien. Um die Klarheit zu gewährleisten, wurden die Proben 5 Minuten lang bei 3000 × g erneut zentrifugiert, und der resultierende Überstand wurde zur Messung verwendet.
Die Quantifizierung von MMP-1 und MMP-7 erfolgte mit einem vollautomatischen Chemilumineszenz-Immunoassay-Analysator (MAGLUMI X8, Snibe, Shenzhen, China). Das Gerät wurde in einem zweistufigen Sandwich-Assay-Modus mit einer sechsstufigen Kalibrierkurve (Logit-Log-Fit) betrieben. Jeder Lauf umfasste doppelte Proben, automatisiertes Waschen mit 3 Zyklen und Reagenzien-/Probenvolumina von 100 μl bzw. 50 μl. Die Kalibrierung wurde alle 72 Stunden durchgeführt, und die Ergebnisse wurden nur dann als gültig angesehen, wenn die internen Qualitätskontrollen (niedrig, mittel, hoch) innerhalb von ±2 SD des Zielbereichs des Herstellers lagen. Alle Messungen wurden doppelt durchgeführt, um die Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.
Die Variationskoeffizienten (CV) innerhalb und zwischen den Assays betrugen 5,2 % bzw. 7,8 % für MMP-1 und 4,6 % bzw. 6,5 % für MMP-7, basierend auf replizierten QC-Messungen.
Obwohl Plasma die bevorzugte Matrix in Standardprotokollen ist, wurde in dieser Studie aufgrund praktischer Einschränkungen bei der Probenhandhabung Serum verwendet. Diese Substitution wurde in allen Gruppen einheitlich angewandt und in der Interpretation berücksichtigt. Sichtbar hämolysierte oder lipämische Proben wurden von der Analyse ausgeschlossen.
Die Positivitätsschwellen von 1,79 ng/mL für MMP-1 und 4,51 ng/mL für MMP-7 wurden durch Assay-Kits nicht vordefiniert, sondern in dieser Studie empirisch unter Verwendung der ROC-Kurvenanalyse und des maximalen Youden-Index abgeleitet. Diese Werte sollten daher als kohortenspezifisch interpretiert werden und bedürfen einer Validierung in unabhängigen Populationen.
3. Statistische Methoden
Die Datennormalität wurde mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test und die Homogenität der Varianz mit dem Levene-Test bewertet. Für stetige Variablen wurden die Ergebnisse je nach Datenverteilung als Mittelwert ± Standardabweichung oder Median (Interquartilsabstand) ausgedrückt. Zwei-Gruppen-Vergleiche wurden mit dem Mann-Whitney-U-Test und Mehrgruppen-Vergleiche mit dem Kruskal-Wallis-H-Test durchgeführt.
4. Kategoriale Daten wurden mit dem Chi-Quadrat-Test analysiert
Die Korrelation zwischen Alter und MMP-Expression wurde mit Hilfe des Rangkorrelationskoeffizienten von Spearman bewertet. Altersadjustierte Vergleiche zwischen den Gruppen wurden zusätzlich mit Hilfe der Kovarianzanalyse (ANCOVA) durchgeführt, um die Verwirrung zu kontrollieren.
Die Diagnoseleistung wurde durch eine ROC-Kurvenanalyse (Receiver Operating Characteristic) bewertet, wobei die optimalen Cut-off-Werte anhand des maximalen Youden-Index bestimmt wurden.
Ein zweiseitiger p-Wert von < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.
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Vergleich allgemeiner Informationen zwischen LC-, PF-, Lungenentzündung- und Gesundheitsuntersuchungsgruppen
Ein statistisch signifikanter Altersunterschied wurde in den vier Gruppen beobachtet: Lungenkrebs (LC), Lungenfibrose (PF), Lungenentzündung und Gesundheitsuntersuchungskontrollen (p < 0,05). Die Post-hoc-Analyse bestätigte weiterhin, dass jeder paarweise Vergleich einen signifikanten Unterschied ergab...
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Atemwegserkrankungen wie Lungenentzündung, Lungenfibrose (PF) und Lungenkrebs (LC) haben in den letzten Jahren zugenommen und zeigen sich häufig als überlappende oder sequentielle klinische Entitäten12. Besonders besorgniserregend sind Fälle von schweren Lungenentzündungen, die zu PF oder PF koexistierend mit LC fortschreiten und erhebliche diagnostische und therapeutische Herausforderungen mit sich bringen. Diese Erkrankungen teilen sich entzündliche und fibrotis...
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Die Autoren haben nichts offenzulegen.
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| – 20 &Grad; C Gefrierschrank | Haier Biomedical, China | DW-20L262 | Lagerung von Serumproben |
| Automatisierter Chemilumineszenz-Immunoassay-Analysator (CLIA) | Snibe Diagnostics, Shenzhen, China | MAGLUMI-X8 | Vollautomatische CLIA-Plattform |
| Zentrifuge (gekühlt, 3000 & g, 4 ° C) | Eppendorf 5810R, Deutschland | 022628167 | Für die Plasma-/Serumtrennung |
| MMP-1 Chemilumineszenz-Immunoassay-Kit | Snibe Diagnostics, Shenzhen, China | Artikel-Nr.: 130205001M | 2-Stufen-Sandwich CLIA |
| MMP-7 Chemilumineszenz-Immunoassay-Kit | Snibe Diagnostics, Shenzhen, China | Artikel-Nr.: 130205007M | 2-Stufen-Sandwich CLIA |
| Aufbewahrungsröhrchen aus Polypropylen (1,5 mL / 2 mL) | Corning, Vereinigte Staaten von Amerika | 430659 | Beispiel-Aliquots, – 20 &Grad; C-Lagerung |
| Qualitätskontrollseren (niedrig, mittel, hoch) | Snibe Diagnostics, Shenzhen, China | Im Lieferumfang enthalten | Für Assay-QC ± 2 SD-Abnahme |
| SPSS Statistik Software v22.0 | IBM Corp., Armonk, NY, Vereinigte Staaten von Amerika | N/A | Statistische Analyse |
| Sterile Einwegspritze & Nadel (5 mL) | Jiangsu Jichun Medizinprodukte, China | Lokale Krankenhausversorgung | Für die Venenpunktionsblutentnahme |
| Venöses Blutentnahmeröhrchen (Heparin-Lithium-beschichtet, 5 mL) | BD Vacutainer / Becton Dickinson, Vereinigte Staaten von Amerika | 367884 | Wird für die Plasma-/Serumtrennung verwendet |
| Vortex-Mischer | Wissenschaftliche Industrie, USA | SI-0236 | Zur Homogenisierung vor dem Assay |
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