Ann Optom Contact Lens > Volume 21(3); 2022 > Article
안구건조증에서 눈물 내 기질 금속단백분해효소 9 검사

Abstract

안구건조증은 눈물막 이상과 안구 불편감을 특징으로 하며, 안구표면 염증이 주요 병인이다. 최근 InflammaDry라는 눈물 내 기질 금속단백분해효소 9 검사(MMP-9)가 일상적인 임상 환경에서 안구건조증의 보조 진단 도구로 널리 사용되고 있다. 이 논문에서는 안구건조증에서 MMP-9의 역할, InflammaDry 테스트 양성 소견과 안구건조증 증상 및 징후의 관계, 테스트 수행 시 특정 고려사항을 살펴보고자 한다.

Abstract

Dry eye disease (DED) is a condition of the ocular surface characterized by tear film abnormalities and ocular symptoms; ocular surface inflammation is the principal pathogenesis. Recently, a matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) point-of-care immunoassay (InflammaDry) has become widely used as an ancillary diagnostic tool in routine clinical settings. This paper reviews the role of MMP-9 in DED, the relationships of MMP-9-positivity on the InflammaDry test with the symptoms and signs of DED, and specific considerations when performing the test.

이란Tear Film & Ocular Surface Society Dry Eye Workshop II 워크숍에 따르면 안구건조증은 안구 불편감이 동반되며, 눈물막의 불안정성과 오스몰 농도의 증가, 안구표면의 염증이 주요한 역할을 하는 눈물의 항상성 소실을 특징으로 하는 다인자성 질환으로 정의된다[1]. 안구건조증은 전 세계적으로 가장 흔한 안과 질환으로 많은 환자들의 삶의 질 저하를 유발한다. 안구표면의 염증은 안구건조증의 병태생리에 있어 핵심 요소로서 인식되고 있으며[2], matrix metalloproteinase-9 (MMP-9)이 안구건조증 환자들의 안구표면에서 유의하게 증가되어 있고, 여러 proinflammatory cytokine의 발현과 관계가 있다는 것이 여러 연구에서 보고되었다[3,4]. InflammaDry (Rapid Pathogen Screening, Inc., FL, USA)는 최근 안구건조증 진료에 유용하게 사용되는 눈물 내 MMP-9 농도를 정성적으로 측정할 수 있는 일회용 비침습적 분석 도구이다[5]. InflammaDry를 통한 눈물 MMP-9 검사가 유용하고 일관된 검사라고 알려져 있지만, 일부 연구에서는 눈물 MMP-9 검사가 통상적인 안구건조증의 소견과 관련이 없다는 보고도 있다[6-8]. 본 논문에서는 안구 건조증에 있어서 MMP-9의 의미, InflammaDry Matrix Metalloproteinase 9 Point-of-Care 검사와 안구건조증 간의 관계에 대하여 전반적으로 살펴보도록 하겠다.

본 론

MMP-이란?

MMP-9은 상처 치유와 같은 정상적인 생리적 조직 재생에 관여하는 zinc-dependent 효소로, 종양, 심혈관계 질환, 폐질환뿐만 아니라 여러 안구표면 질환의 병태생리에도 관련된 것으로 알려져 있다[9,10]. MMP-9은 고삼투압 농도의 노출, 세포 간 adhesion이나 기저막 투과성의 변화 등 외부 자극에 반응하여, 다양한 proinflammatory cytokine 및 신호전달 물질과 상호작용을 이룬다[10,11]. MMP-9은 extracellular matrix의 분해와 tight junction에서 상피세포의 소실에 관여하며, 항원제시세포(antigen presenting cell)의 성숙을 유도하는 것 외에도 interleukin (IL)-1β, tumor necrosis factor (TNF)-α 같은 여러 염증성 사이토카인과 mitogen-activated protein kinases (MAPK)와 nuclear factor (NF)-kß 신호 전달 경로의 활성화를 유발한다[12].

안구건조증과 MMP-9

안구표면에서 눈물의 고삼투압성 변화는 stress-activated protein kinase (SAPK) 신호전달을 활성화하고, 각막 상피 세포 간 tight junction을 파괴하여 MMP-9 발현을 증가시킨다[12,13]. 증가된 MMP-9은 눈물 내 IL-1β, TNF-α, substance P 같은 염증인자를 증가시키며, epidermal growth factor receptor (EGFR)를 자극하여 세포 이동과 MMP-9의 발현을 더욱 증가시키는 양성 피드백을 유발한다[12-14]. 결과적으로, MMP-9은 안구건조증의 염증 악화와 관련된 악성 순환을 유발하고, 안구표면의 불규칙성과 안구건조감을 악화시킬수 있는 주요 인자라고 말할 수 있다. 이전 여러 연구들에서 환경성 안구건조증 마우스 모델 안구표면의 MMP-9의 발현이 증가되어 있고, MMP-9 knockout 마우스에서 건조 스트레스 노출에 따른 안구표면의 미란이 잘 생기지 않았지만 MMP-9을 추가로 점안하였을 때 안구표면 미란이 다시 악화되었다는 결과들이 소개된 바 있다[4,13]. 이상의 안구 건조증과 MMP-9과의 고찰을 통해, 눈물 내 MMP-9의 농도 측정이 안구건조증의 진단, 안구표면 염증의 평가, 항염증 점안제에 대한 치료 반응 등을 확인할 수 있는 생물학적 바이오마커로써 활용될 수 있다고 보인다. 2019년 ASCRS 각막임상위원회에서는 눈물 내 MMP-9의 농도 측정이 안구표면 질환의 검사 도구로써 활용될 수 있다고 발표하였다[15]. 안구건조증이 없는 정상인에서 눈물 내 MMP-9의 농도는 3에서 41 ng/mL로 분포되어 있다고 알려져 있고, 90%에서 30 ng/mL 이하의 값을 보인다[16]. 한편 증상을 기준으로 경한 안구건조증 환자에서 눈물 내 MMP-9 농도는 35.57 ± 17.04 ng/mL였고, 심한 안구건조증 환자에서는 381.24 ± 42.83 ng/mL까지 증가된다고 보고되기도 하였다[17]. 한편, 정상인에서 bead-based multiplex assay로 측정한 눈물 내 MMP-9 농도와 안구건조증의 증상 및 소견(OSDI score, Schirmer test, Tear film breakup time, Tear osmolarity) 간 관련성을 분석한 연구에서 MMP-9 농도는 눈물 분비의 감소 및 눈물 오스몰 농도의 증가와 관련이 있었으나, OSDI 점수나 TBUT와는 관련성이 없다고 보고되었다[18].

InflammaDry 검사와 안구건조증

InflammaDry 검사는 눈물 내 MMP-9 농도를 측정하는 정성적인 검사로, 마취제, 점안제, 눈물 염색약의 사용 전에, 그리고 Schirmer test를 하기 전에 시행되는 것이 원칙이다[9]. 눈물을 눈꺼풀 결막이나 결막 구석을 통해서 모은 후 완충 용액을 추가하여 10분간 기다리면, MMP-9 관련 항원-항체 반응이 면역측정검사 띠 위에서 일어나 결과가 도출되며, preform과 active form의 MMP-9을 전반적으로 측정할 수 있다. 보통 40 ng/mL 이상의 MMP-9 농도일 경우 양성으로 나타난다고 알려져 있다[9]. 최근 국내외에서 안구건조증 환자들의 보조적인 진단을 위해 InflammaDry 검사가 널리 사용되고 있다. 유럽과 미국의 이전 연구들에서 안구건조증 환자들의 InflammaDry 양성 비율은 39-40%로 보고되었고, 반면 한국에서는 73-77.5%로 상대적으로 높게 보고되었다[6,8,19,20]. Kim et al [21]은 6명의 관찰자를 통해 InflammaDry MMP-9의 양성 등급을 5단계(grade 0-4)로 나누어 같은 검사자에서 다른 측정 시점 간 그리고 다른 검사자 간의 재현성을 조사하였을 때, 높은 일치도를 보였다고 보고하였다. 또한 눈물 내 MMP-9의 농도와 InflammaDry 붉은 색 밴드의 밀도 간 관계 분석에서 MMP-9 100 ng/mL까지는 급격한 붉은 색 밀도의 증가를 보이다가 100-750 ng/mL 구간에서는 완만한 경사를 보였고 이후 1,000 ng/mL 이후 다시 급격한 색 밀도의 증가 경향을 보였다(Fig. 1)[21]. Kim et al [21]은 InflammaDry 검사에서 5단계(grade 0-4; 0: negative, 1: trace, 2: weak positive, 3: positive, 4: strong positive) 의 정성적인 눈물 MMP-9 농도 구분이 간편하고 신뢰할 만한 안구건조증검사법이 될 수 있다고 언급하였다(Fig. 1).
위의 MMP-9과 안구건조증 간의 관계 고찰처럼, InflammaDry를 통한 MMP-9의 양성 등급(grade 0-4) 관련해서도 안구 건조증의 증상/소견과의 여러 연관성이 연구되었다. Lee et al [22]은 320명의 안구건조증 환자에서 MMP-9의 양성은 TBUT 의 감소 및 ocular surface staining (OSS)의 증가와 관련이 있다고 하였고, 특히 TBUT ≤3초, OSS ≥2초(Oxford scheme) 일 경우 유의한 차이가 있다고 하였으나, MMP-9의 양성 등급(grade 0-3)과 안구건조증의 증상 및 소견을 따로 분석하였을 때는 유의한 관련성이 없다고 보고하였다. Kook et al [23]은 InflammaDry 검사에서 양성을 보이면서 눈물 오스몰 농도의 증가를 보였던 쇼그렌 환자에서 두 검사 모두 정상인 쇼그렌 환자에 비해 OSS 점수가 높았으나 OSDI와는 관계가 없었다고 하였다. 이탈리아의 한 연구에서는 40명의 안구 이식편대숙주반응(graft-versus-host disease, GVHD) 환자에서 일반적인 안구건조증 환자들에 비해 유의한 OSS의증가와 InflammaDry MMP-9의 양성 비율의 증가(84.4%; 안구 GVHD, 33%; 안구건조증, p≤0.001)를 보여, 눈물 MMP-9과 안구 GVHD의 밀접한 연관성을 드러냈다[24]. 또한 SS 증가에 따라 MMP-9 양성 비율이 증가될 수 있다는 결과를 보였던 Lee et al [22] 및 Kook et al [23]의 연구와 비교적 일치하는 결과를 나타냈다[24]. 한편 Park et al [19]은 20명의 정상인과 40명의 안구건조증 환자를 대상으로 MMP-9 농도와 안구건조증의 증상 및 소견 관계를 분석하였는데, MMP-9 등급의 증가에 따른 OSDI, TBUT, 눈물분비의 감소 및 각막 staining의 증가에 대해 모두 유의한 상관관계를 보였고, 초기 MMP-9 양성을 보였던 환자에서 음성 환자에 비해 점안 cyclosporine의 치료효과가 더 좋았다고 보고하였다. Ryu et al [20] 또한 기존 치료에 호전이 없었던 안구건조증 환자에서 점안 스테로이드의 주관적 증상 호전 비율이 MMP-9 양성인 군에서 79.0%, 음성인 군에서 62.1%로 양성인 군에서 더 좋은 치료 반응을 보였다고 하였다.

InflammaDry 검사 유의사항

InflammaDry 검사에서 MMP-9의 양성 여부는 눈물의 검사 용량에 의해 크게 좌우된다[25,26]. 제조사의 설명서에 따르면 6 µL 이하의 눈물 샘플이 채취되었을 때, 위음성의 결과가 나올 수 있다고 명시되어 있다[26]. Jun et al [26]은 안구건조증 환자 중 InflammaDry 검사 양성과 음성인 군을 구분 하였을 때, 증상 및 소견에는 유의한 차이가 없었지만, 눈물 부피의 척도인 눈물띠 높이, 면적, 깊이가 양성인 군에서 음성에 비해 유의하게 높았으며, InflammaDry 붉은 밴드의 밀도와 눈물 띠 높이, 면적, 깊이 각각 유의한 양의 상관관계를 보였다고 하였다. Huh et al [25]은 human preform 및 active MMP-9 단백질을 각각 다른 농도와 양을 InflammaDry 검사에 적용해 보았는데, preform MMP-9은 1,000 ng/mL의 농도에도 20 µL의 양을 적용하였을 때만 양성이었고, 5, 10 µL의 양을 적용하였을 때는 음성이었으며, 50, 100, 500 ng/mL의 농도에서는 5, 10, 20 µL의 양을 적용하였을 때 모두 음성의 결과를 보였다고 하였다. 또한 active MMP-9 100 ng/mL 농도에서 20, 40 µL의 양을 적용하였을 때 양성이었고, 10 µL에는 음성이었다고 하였다[25]. 이를 통해 InflammaDry MMP-9 검사에서는 적어도 20 µL의 눈물을 검사에 적용시키는 것이 일관된 결과를 얻는 데에 도움이 될 것으로 보이며, 특히 눈물 결핍형 안구건조증에서 눈물 채취가 되지 않았을 경우에는 위음성이, 검사의 자극 등으로 인해 반사적으로 눈물이 많이 나올 경우에는 위양성이 나올 수 있으므로 이에 대한 유의가 필요하다.

결 론

본 논문에서는 1) 안구건조증에서 MMP-9 발현의 의의와 2) 안구건조증 환자에서 InflammaDry MMP-9 검사 양성의 임상적 의미, 3) InflammaDry 검사 시의 유의할 점에 대해 간단히 살펴보았다. 정도에 따른 차이는 있지만 InflammaDry 검사에서 MMP-9 양성인 경우는 음성인 경우에 비해 OSS 점수가 더욱 증가되어 있는 경우가 많고, TBUT의 감소와 심한 안구 불편감 또한 일부 연구에서 MMP-9 양성인 군에서 더욱 관련되어 있다. 또한 MMP-9 양성인 경우 점안 스테로이드나 cyclosporin 치료에 대한더 높은 반응성을 기대할 수 있다. 테트라사이클린이나 독시사이클린 같이 실제로 MMP-9을 억제한다고 알려져 있는 약제들에 대해서도 향후 MMP-9 억제효과에 대해 다른 안구건조증 치료 약제들과 비교해 볼 필요가 있겠다. 정성적으로 나뉠 수 있는 MMP-9 grade (0-4)는 임상에서 비교적 손쉽고 빠르게 판단할 수 있는 척도로서, 안구건조증 환자들에게 질환에 대한 가시적인 설명에 도움을 줄 수 있겠다. 그러나 눈물 채취 시 적용되는 눈물의 양에 따라 검사의 위양성 또는 위음성이 나올 가능성이 있으므로 검사 시에 주의가 필요하다. 향후 적절한 눈물량 채취 방법이 보완된 MMP-9 측정을 위한 새로운 검사키트가 개발된다면, 안구건조증 진료에 있어 더욱 유용하게 활용될 수 있을 것으로 보인다.

Figure 1.
MMP-9 concentration and red color band in the InflammaDry test. Modified from Kim et al [21]. (A) Standard calibration curve demonstrating the relationship between MMP-9 concentration and band density using recombinant human pro-MMP-9 solutions and representative photographs of the red color bands at various concentrations of MMP-9. (B) Standard photographs for MMP-9 grading (0-4) according to the red color density of the point-of-care MMP-9 immunoassay. MMP-9 = matrix metalloproteinase-9.
aocl-2022-21-3-109f1.jpg

REFERENCES

1) Craig JP, Nichols KK, Akpek EK, et al. TFOS DEWS II definition and classification report. Ocul Surf 2017;15:276-83.
crossref pmid
2) Pflugfelder SC, de Paiva CS. The pathophysiology of dry eye disease: what we know and future directions for research. Ophthalmology 2017;124(11S):S4-13.
crossref pmid pmc
3) Stern ME, Pflugfelder SC. Inflammation in dry eye. Ocul Surf 2004;2:124-30.
crossref pmid
4) Corrales RM, Stern ME, De Paiva CS, et al. Desiccating stress stimulates expression of matrix metalloproteinases by the corneal epithelium. Invest Ophthalmol Vis Sci 2006;47:3293-302.
crossref pmid
5) Messmer EM, von Lindenfels V, Garbe A, Kampik A. Matrix metalloproteinase 9 testing in dry eye disease using a commercially available point-of-care immunoassay. Ophthalmology 2016;123:2300-8.
crossref pmid
6) Sambursky R, Davitt WF 3rd, Latkany R, et al. Sensitivity and specificity of a point-of-care matrix metalloproteinase 9 immunoassay for diagnosing inflammation related to dry eye. JAMA Ophthalmol 2013;131:24-8.
crossref pmid
7) Sambursky R, Davitt WF 3rd, Friedberg M, Tauber S. Prospective, multicenter, clinical evaluation of point-of-care matrix metalloproteinase-9 test for confirming dry eye disease. Cornea 2014;33:812-8.
crossref pmid
8) Lanza NL, McClellan AL, Batawi H, et al. Dry eye profiles in patients with a positive elevated surface matrix metalloproteinase 9 point-of-care test versus negative patients. Ocul Surf 2016;14:216-23.
crossref pmid pmc
9) Lanza NL, Valenzuela F, Perez VL, Galor A. The matrix metalloproteinase 9 point-of-care test in dry eye. Ocul Surf 2016;14:189-95.
crossref pmid pmc
10) Jamerson EC, Elhusseiny AM, ElSheikh RH, et al. Role of matrix metalloproteinase 9 in ocular surface disorders. Eye Contact Lens 2020;46 Suppl 2:S57-63.
crossref pmid
11) Rajashekhar G, Shivanna M, Kompella UB, et al. Role of MMP-9 in the breakdown of barrier integrity of the corneal endothelium in response to TNF-α. Exp Eye Res 2014;122:77-85.
crossref pmid
12) Tseng HC, Lee IT, Lin CC, et al. IL-1β promotes corneal epithelial cell migration by increasing MMP-9 expression through NF-κB- and AP-1-dependent pathways. PLoS One 2013;8:e57955.
crossref pmid pmc
13) Aragona P, Aguennouz M, Rania L, et al. Matrix metalloproteinase 9 and transglutaminase 2 expression at the ocular surface in patients with different forms of dry eye disease. Ophthalmology 2015;122:62-71.
crossref pmid
14) Stevenson W, Chauhan SK, Dana R. Dry eye disease: an immune-mediated ocular surface disorder. Arch Ophthalmol 2012;130:90-100.
crossref pmid pmc
15) Starr CE, Gupta PK, Farid M, et al. An algorithm for the preoperative diagnosis and treatment of ocular surface disorders. J Cataract Refract Surg 2019;45:669-84.
crossref pmid
16) Sambursky R, O'Brien TP. MMP-9 and the perioperative management of LASIK surgery. Curr Opin Ophthalmol 2011;22:294-303.
crossref pmid
17) Chotikavanich S, de Paiva CS, Li de Q, et al. Production and activity of matrix metalloproteinase-9 on the ocular surface increase in dysfunctional tear syndrome. Invest Ophthalmol Vis Sci 2009;50:3203-9.
crossref pmid pmc
18) VanDerMeid KR, Su SP, Krenzer KL, et al. A method to extract cytokines and matrix metalloproteinases from Schirmer strips and analyze using Luminex. Mol Vis 2011;17:1056-63.
pmid pmc
19) Park JY, Kim BG, Kim JS, Hwang JH. Matrix metalloproteinase 9 point-of-care immunoassay result predicts response to topical cyclosporine treatment in dry eye disease. Transl Vis Sci Technol 2018;7:31.
crossref pmid pmc
20) Ryu KJ, Kim S, Kim MK, et al. Short-term therapeutic effects of topical corticosteroids on refractory dry eye disease: clinical usefulness of matrix metalloproteinase 9 testing as a response prediction marker. Clin Ophthalmol 2021;15:759-67.
crossref pmid pmc pdf
21) Kim M, Oh JY, Bae SH, et al. Assessment of reliability and validity of the 5-scale grading system of the point-of-care immunoassay for tear matrix metalloproteinase-9. Sci Rep 2021;11:12394.
crossref pmid pmc pdf
22) Lee YH, Bang SP, Shim KY, et al. Association of tear matrix metalloproteinase 9 immunoassay with signs and symptoms of dry eye disease: a cross-sectional study using qualitative, semiquantitative, and quantitative strategies. PLoS One 2021;16:e0258203.
crossref pmid pmc
23) Kook KY, Jin R, Li L, et al. Tear osmolarity and matrix metallopeptidase-9 in dry eye associated with Sjögren's syndrome. Korean J Ophthalmol 2020;34:179-86.
crossref pmid pmc pdf
24) Berchicci L, Aragona E, Arrigo A, et al. Conjunctival matrix metalloproteinase-9 clinical assessment in early ocular graft versus host disease. J Ophthalmol 2021;2021:9958713.
crossref pmid pmc pdf
25) Huh J, Choi SY, Eom Y, et al. Changes in the matrix metalloproteinase 9 point-of-care test positivity according to mmp-9 concentration and loading volume. Cornea 2020;39:234-6.
crossref pmid
26) Jun JH, Lee YH, Son MJ, Kim H. Importance of tear volume for positivity of tear matrix metalloproteinase-9 immunoassay. PLoS One 2020;15:e0235408.
crossref pmid pmc
TOOLS
METRICS Graph View
  • 0 Crossref
  •  0 Scopus
  • 299 View
  • 13 Download
Related articles


ABOUT
BROWSE ARTICLES
EDITORIAL POLICY
FOR CONTRIBUTORS
Editorial Office
Korea University Anam Hospital, 73 Inchon-ro, Seongbuk-gu, Seoul 02841, Korea
Tel: +82-2-2271-6603    Fax: +82-2-2277-5194    E-mail: journal@annocl.org                

Copyright © 2022 by The Korean Optometry Society and The Korean Contact Lens Study Society.

Developed in M2PI

Close layer
prev next