Plasma Activity of Lysosomal Enzymes in Active Pulmonary Tuberculosis

활동성 폐결핵 환자에서 혈중 리소솜 효소의 활성도

Background: The confirmative diagnosis of pulmonary tuberculosis(Tb) can be made by the isolation of Mycobacterium Tuberculosis(MTb) in the culture of the sputum, respiratory secretions or tissues of the patients, but positive result could not always be obtained in pulmonary Tb cases. Although there are many indirect ways of the diagnosis of Tb, clinicians still experience the difficulty in the diagnosis of Tb because each method has its own limitation. Therefore development of a new diagnostic tool is clinically urgent. It was reported that silica cause some lysosomal enzymes to be released from macrophages in vitro and one of these enzymes is elevated in workers exposed to silica dust and in silicotic subjects. In pulmonary Tb, alveolar macrophages are known to be activated after ingestion of MTb. Activated macrophages can kill MTb through oxygen free radical species and digestive enzymes of lysosome. But if macrophages allow the bacilli to grow intracellularly, the macrophages will die finally and local lesion will enlarge. Then it is assumed that the lysosomal enzymes would be released from the dead macrophages. The goal of this investigation was to determine if there are differences in the plasma activities of lysosomal enzymes, ($\beta$-glucuronidase(GLU) and $\beta$-N-acetyl glucosaminidase(NAG), among the groups of active and inactive pulmonary Tb and healthy control, and to see if there is any possibility that the plasma activity of GLU and NAG can be used as diagnostic indicies of active pulmonary Tb. Methods: The plasma were obtained from 20 patients with bacteriologically proven active pulmonary Tb, 15 persons with inactive Tb and 20 normal controls. In 10 patients with active pulmonary Tb, serial samples after 2 months of anti-Tb medications were obtained. Plasma GLU and NAG activities were measured by the fluorometric methods using 4-methylumbelliferyl substrates. All data are expressed as the mean $\pm$ the standard error of the mean. Results: The activites of GLU and NAG in plasma of the patients with active Tb were $21.52{\pm}3.01$ and $325.4{\pm}23.37$(nmol product/h/ml of plasma), respectively. Those of inactive pulmonary Tb were $24.87{\pm}3.78$, $362.36{\pm}33.92$ and those of healthy control were $25.45{\pm}4.05$, $324.44{\pm}28.66$(nmol product/h/ml of plasma), respectively. There were no significant differences in the plasma activities of both enzymes among 3 groups. The plasma activities of GLU at 2 months after anti-Tb medications were increased($42.18{\pm}5.94$ nmol product/h/ml of plasma) in the patients with active pulmonary Tb compared with that at the diagnosis of Tb(P-value <0.05). Conclusion: The results of the present investigation suggest that the measurement of the plasma activities of GLU and NAG in the patients with active pulmonary Tb could not be a useful method for the diagnosis of active Tb. Further investigation is necessary to define the reasons why the plasma activities of the GLU was increased in the patients with active pulmonary Tb after Tb therapy.

연구배경: 폐결핵의 진단은 결핵균이 배양되면 확진이 되나, 실제 임상에서는 세균학적 진단이 양성으로 나타나지 않는 폐결핵 환자가 다수 존재하므로 활동성 위한 빠르고 확실한 진단방법이 임상에서 절실히 요구되고 있다, $\beta$-glucuronidase(이하 GLU)와 $\beta$-N-acetyl glucosaminidase(이하 NAG)는 폐내 탐식세포인 대식세포(macrophage)의 리소솜(lysosome) 효소들로서, 이산화규소가 폐내로 흡입되어 폐포내 대식세포에 의해서 탐식되고 이어서 대식세포가 파괴된 다고 알려진 규폐증에서 NAG의 혈중농도가 증가한다는 보고가 있었다. 또한 폐결핵에서도 세포내에서 증식된 결핵균을 충분히 사멸시키지 못하여 활동성 결핵 병변이 유발된 경우 파괴된 대식세포로부터 증식된 결핵균과 함께 GLU나 NAG도 유리될 것으로 추정된다. 본 연구는 활동성 폐결핵환자의 혈중 리소솜 효소 활성도가 비활동성 결핵환자나 정상대조군보다 높은지 여부와 혈중내 리소솜 효소의 측정이 활동성 폐결핵 진단법으로 이용될 수 있는지의 여부에 대해 알아보고자 하였다. 방법: 결핵균이 검출되어 활동성 폐결핵으로 진단된 환자군과 비활동성 폐결핵군 및 건강대조군에서 GLU와 NAG의 혈장내 농도 차이를 비교하였으며 활동성 폐결핵환자군에서는 투약에 따른 리소솜효소의 변동이 있는지를 관찰하기 위하여 투약후 2개월 뒤에 상기 효소들의 활성치를 다시 측정하여 진단시의 값과 비교하였다. 두가지 효소 모두 4-methylumbelliferyl substrates를 사용한 형광측정법으로 측정하였다. 결과: 1) 활동성 폐결핵군과 비활동정 폐결핵군 및 건강대조군 사이의 혈중 GLU와 NAG의 농도차이: 활동성 폐결핵군의 GLU 및 NAG의 혈중 농도는 $21.52{\pm}3.01$ 및 $325.4{\pm}23.37nmol$ product/h/ml of plasma(이하 단위표기생략)로서 비활동정 폐결핵군 $24.87{\pm}3.78$, $362.36{\pm}33.92$와 건강대조군 $25.45{\pm}4.05$, $324.44{\pm}28.66$ 사이에 차이가 없었다. 2) 활동성 폐결핵군에서 항결핵제 치료 전후의 혈중 NAG와 GLU의 농도차이: 활동성 폐결핵 치료시작 2개월후 GLU의 혈중치는 $41.18{\pm}5.23$으로서 치료전에 비해 통계적으로 유의하게 증가되었고(p값<0.05) NAG의 혈중농도는 $359.2{\pm}39.53$으로서 치료전과 차이가 없었다. 결론: 활동성 폐결핵환자의 혈장내 GLU 및 NAG의 농도는 비활동성 결핵군이나 건강대조군과 차이가 없었으므로 상기 효소들의 측정은 활동성 폐결핵 진단의 방법으로서 유용하지 않는 것으로 사료되었고 병 경과에 따른 혈중 GLU치의 증가에 대하여는 연구가 필요할 것으로 사료되었다.