1

2

3

4

5

BAB I

Pengertian, definisi, tipe & fungsi epitel paru

Sebanyak 221-223 cabang saluran udara pada manusia dewasa ditutupi oleh

lapisan epitelium yang berkesinambungan (Mercer et al., 1994). Tipe sel yang

banyak terdapat pada epitelium saluran udara adalah sel epitel bersilia, kolumnar,

undifferentiated, sekretori, dan sel basal. Pada manusa dewasa normal, populasi sel

apitelium ini sangat beragam sebagaimana fungsi dari saluran udara.

Epitelium saluran udara mempunyai peran penting dalam memelihara saluran

untuk udara dari dan menuju alveolus (Knight & Holgate, 2003). Epitelium tersebut

merupakan pusat pertahanan paru-paru terhadap patogen dan partikel-partikel yang

terinhalasi dari lingkungan, yang mana dengan kombinasi fungsi dari sel sekretori

dan sel bersilia akan dapat memelihara efisiensi pembersihan mukosiliata serta

berbagai proses pertahanan tubuh host yang lain (Knight & Holgate, 2003; Puchelle

et al., 2006). Lapisan epitelial tidak berfungsi sebagai suatu kesatuan yang

independen, melainkan sebuah fungsi interdependen dengan sel epitel lain, sel

mesenkimal, sel endotelial, dan matriks ekstraseluler yang tersusun atas dinding

bronchial (Knight & Holgate, 2003; Holgate, 2000). Sel epitel saluran pernafasan

merupakan pusat patogenesis dari berbagai penyakit pada paru-paru meliputi

chronic obstructive pulmonary disease (COPD), asma, serta karsinoma

bronchogeni. Pada penyakit-penyakit tersebut, fungsi epitel saluran pernafasan

tersebut selanjutnya akan dimodifikasi oleh proses inflamasi lokal / sinyal

imunologis (Thompson et al., 1995).

Epitelium saluran pernafasan merupakan jaringan dinamis yang pada

normalnya mengalami proses pembaharuan yang lambat, akan tetapi proses

6

tersebut terjadi secara konstan. Proses pembaharuan epitelium saluran pernafasan

pada manusia terjadi setiap 30-50 hari (Bowden, 1983). Jika terjadi luka (kecuali

jika lukanya terlalu parah atau kronis), epitelium saluran pernafasan akan merespon

dengan cepat untuk membangun kembali lapisan epitel dengan struktur dan fungsi

yang normal (Heguy et al., 2007).

Anatomi dan histologi paru paru manusia ( permission by Thomas J. Herbert.2006)

Meskipun diduga terdapat kontribusi dari sel progenitor tersirkulasi,

sebagian besar bukti mendukung konsep bahwa sel progenitor / sel punca yang

terdistribusi sepanjang epitelium saluran pernafasan merupakan sumber dari sel

epitel baru, yang mana sel tersebut mempunyai kemampuan untuk berdiferensiasi

menjadi semua jenis sel epitelium normal (Kim et al., 2005; Rawlins & Hogan,

2006).

7

Gambar 1. Tipe sel utama pada epitel paru-paru. Pada saluran udara besar (20 – 25 cabang),

tipe sel utamanya adalah sel bersilia, sel kolumnar undifferentiated, sel

sekretori, dan sel basal. Pada saluran udara kecil (26 – 223 cabang) tipe selnya

hampir sama dengan yang terdapat pada saluran udara besar, akan tetapi

jumlah sel bersilia-nya lebih banyak dan sel sekretori diganti dengan sel Clara.

Setelah cabang ke-223, epitel saluran udara bergabung dengan epitelium

alveolar yang terdiri atas sel tipe I dan tipe II (Crystal et al., 2008).

Saluran pernafasan pada manusia mempunyai struktur yang kompleks dan

tersusun atas berlapis-lapis sel epitel. Terdapat setidaknya 8 perbedaan morfologi

tipe sel epitel yang terdapat pada epitelium sistem pernafasan manusia, meskipun

berdasarkan ultrastruktur, fungsi dan kriteria biokimia sel-sel tersebut hanya dibagi

ke dalam 3 kategori, yaitu: basal, siliata, dan sekretori (Spina, 1998).

a. Sel epitelial kolumnar bersilia

Sel epitelial bersilia merupakan tipe sel utama yang terdapat pada saluran

pernafasan, yang mana jumlahnya mencapai lebih dari 50% dari jumlah total sel

epitel (Spina, 1998). Sel epitelial bersilia berasal dari sel basal atau sekretori dan

diduga mengalami diferensiasi terminal (Ayers & Jeffery, 1988). Sel epitelial

bersilia mempunyai hingga 300 silia/sel, serta banyak mitokondria yang berada di

bawah permukaan apikal sel. Peran utama dari sel-sel ini adalah untuk transport

8

secara langsung mukus dari paru-paru menuju tenggorokan (Knight & Holgate,

2003).

b. Sel mukosa (sel goblet)

Sel mukosa dikarakterisasi dengan adanya granula electron-lucent acidic-

mucin yang terikat pada membran, yang mana akan disekresikan pada objek asing

yang tertangkap pada lumen saluran pernafasan (Jeffery, 1991). Produksi jumlah

mukus yang sesuai serta viskoelastisitas dari mukus penting untuk pembersihan

mukosiliata yang efisien. Diduga bahwa keasaman (dilihat dari jumlah asam sialik

dari glikoprotein) menentukan tingkat viskoelastisitas serta mempermudah

transport melewati silia (Knight & Holgate, 2003). Pelepasan mucin yang bersifat

asam oleh granula-granula dapat mengalami peningkatan ketika terjadi paparan

terhadap suatu stimulus, seperti ketika seseorang menginhalasi sulfur dioksida atau

asap rokok. Pada trakea normal manusia, jumlah sel yang mensekresikan mukus

diestimasi mencapai 6800 sel/mm2 pada permukaan epitelium. Pada penyakit

pernafasan kronis yang terkait dengan inflamasi seperti asma dan bronkitis

seringkali ditemukan adanya hiperplasia dan metaplasia sel mukosa, yang mana hal

tersebut diduga turut berkontribusi dalam menyebabkan batuk yang terus menerus

pada pasien (Lumsden et al., 1984). Sel-sel ini diduga mempunyai kemampuan

untuk memperbarui diri dan juga diduga dapat berdiferensiasi menjadi sel epitel

bersilia (Evans & Plopper, 1988).

c. Sel serosa

Morfologi sel serosa mirip dengan sel mukosa, meskipun secara ultrastruktur

sel serosa memiliki granula yang bersifat electron-dense (Rogers et al., 1993).

Komposisi kimia granula dari sel ini masih belum dikarakterisasi dengan baik,

9

meskipun pada tikus sel ini diketahui mengandung mucin yang bersifat netral dan

substansi non-mukoid yang belum teridentifikasi.

d. Sel basal

Sel basal terdapat disepanjang saluran epitelial, yang mana jumlahnya akan

mengalami penurunan ketika ukuran saluran udara mengecil (Evans et al., 1990).

Terdapat korelasi langsung antara ketebalan epitelium dengan jumlah sel basal dan

persentase sel kolumnar yang melekat pada membran basemen melalui sel basal.

Sel basal mempunyai sitoplasma bersifat electron-dense yang berisi sitokeratin

dengan berat molekuler yang rendah (Hicks et al., 1997). Di dalam epitelium, sel

basal merupakan satu-satunya sel yang melekat dengan kuat pada membran

basemen (Evans et al., 1990), serta mempunyai peran dalam pelekatan sel

superfisial yang lebih banyak pada membran basemen melalui kompleks

hemidesmosom (Evans et al., 1989).

Gambar . morfologi sel epitel saluran udara yang diberi pewarnaan Diff-Quick

(Harvey et al., 2007)

Seperti halnya dengan kulit, sel basal diduga merupakan stem sel primer yang

selanjutnya dapat berkembang menjadi sel epitel mukosa dan sel epitel bersilia. Sel

10

basal menyusun 51% kompartemen proliferasi dalam saluran udara besar (ID > 4

mm) dan sebanyak 81% dalam saluran udara kecil (ID < 2 mm), sehingga diduga

bahwa sel ini merupakan sel progenitor (Boers et al., 1998). Pada saluran udara

yang lebih kecil dimana tidak terdapat sel basal, sel Clara berperan sebagai sel

punca primer. Selain itu, diduga bahwa sel basal dapat mensekresikan berbagai

molekul bioaktif meliputi endopeptidase, produk 15-lipooksigenase dan sitokin

(Knight & Holgate, 2003).

e. Sel Clara

Pada manusia, sel Clara berada pada saluran pernafasan besar (bronchial) dan

kecil (bronchiolar). Sel ini mempunya granula yang bersifat electron-dense dan

dapat memproduksi surfaktan bronchiolar. Selain itu sel ini juga dikarakterisasi

dengan adanya retikulum endoplasma agranular pada sitoplasma bagian apikal serta

retikulum endoplasma granular pada bagian basal. Sel ini juga diketahui dapat

memetabolisme komponen xenobiotik oleh p450 monooksigenase dan juga diduga

dapat memproduksi antiprotease spesifik seperti inhibitor protease leukosit (De

Water et al., 1986). Berbagai studi telah menunjukkan bahwa sel ini mempunyai

peran penting sebagai sel punca, yang mana merupakan progenitor dari sel epitel

bersilia dan sel mukosa (Hong et al., 2001).

f. Sel Epitel Alveolar

Sel epitel alveolar merupakan pertahanan pertama paru-paru dalam

melawan lingkungan eksternal. Sel-sel ini juga dapat memproduksi surfaktan untuk

mengurangi tegangan permukaan, melepaskan sitokin untuk meregulasi inflamasi,

menghasilkan faktor pertumbuhan dan protein matriks untuk meningkatkan proses

perbaikan, serta dapat melepaskan proteinase dan proteinase inhibitor untuk

11

meregulasi pergantian protein matriks alveolar. Ketika terjadi luka, sel epitel

alveolar berperan dalam proses perbaikan dengan cara menginisiasi perekrutan,

proliferasi, dan diferensiasi sel epitel alveolar baru.

Epitelium alveolar disusun oleh 2 jenis sel yang berbeda, yaitu sel alveolar

tipe I dan sel alveolar tipe II (Schneeberger, 1997; Mason & Shannon, 1997). Sel

alveolar tipe I merupakan sel yang sudah tidak berdiferensiasi lagi, berukuran besar

dan pipih yang menyusun ± 90% dari permukaan alveolar dan merupakan 7% dari

sel paru-paru parenkim (Crapo et al., 1982). Sel tersebut merupakan sel yang cukup

sederhana dan mempunyai nukleus yang kecil, beberapa mitokondria berukuran

kecil, beberapa retikulum endoplasma dengan ribosom, mikrofilamen yang

berseling, dan sebuah badan golgi, yang mana semuanya berada dalam sitoplasma

perinuklear (Schneeberger, 1997). Sitoplasma sel tipe I yang jumlahnya sedikit

dapat memfasilitasi pertukaran gas dengan cara meminimalkan jarak difusi antara

gas alveolar dan darah.

Sel alveolar tipe II sebagian besar berada pada sudut alveoli. Sel tersebut

menutupi kurang lebih 10% dari permukaan alveolar dan merupakan 15% dari sel

paru-paru parenkim (Crapo et al., 1982). Sel alveolar tipe II berbentuk kuboid dan

berisi berbagai organel sel meliputi mitokondria, retikulum endoplasma,

mikrofilamen, dan badan golgi. Sel tersebut juga memiliki badan lamelar yang

merupakan organel unik berisi lapisan fosfolipid surfaktan; protein surfaktan A, B,

dan C; lisosom; dan enzim lisosomal (Mason & Shannon, 1997). Fungsi utama dari

sel alveolar tipe II adalah untuk sintesis dan sekresi surfaktan, yaitu senyawa yang

terlibat dalam penurunan tegangan permukaan dalam alveoli. Sel alveolar tipe II

juga mempunyai fungsi-fungsi antara lain: untuk metabolisme xenobiotic melalui

12

aktivitas enzim p450 (Devereux et al., 1981); regulasi transport ion trans-epitelial

(Matalon, 1991); produksi protein matriks ekstraseluler seperti fibronektin, kolagen

tipe IV, dan proteogikan; mengekspresikan sitokin dan faktor pertumbuhan seperti

IL-6, IL-8, monocyte chemotactic protein-1, TNFα, TGFα, TGFβ, GM-CSF, dan

endotelin-1 (Mason & Shannon, 1997). Fungsi penting lain dari sel alveolar tipe II

adalah perannya dalam proses perbaikan epitel. Ketika terjadi luka pada epitel, sel

alveolar tipe II akan bermigrasi menuju area yang mengalami kerusakan, kemudian

berproliferasi menjadi sel-sel alveolar tipe II baru, dan selanjutnya berdiferensiasi

menjadi sel alveolar tipe I (Mason & Shannon, 1997; Uhal, 1997). Diduga bahwa

sel alveolar tipe II merupakan sel progenitor sel epitel alveolar.

Beberapa studi secara in vivo telah menunjukkan bahwa level seluler enzim

pensintesis glutation seperti γ- glutamyltranspeptidase dan glutation peroksidase

lebih banyak pada sel alveolar tipe II dibandingkan sel alveolar tipe I (Dinsdale et

al., 1992; Asayama et al., 1996). Level enzim antioksidan pada sel alveolar tipe II

yang lebih tinggi dibandingkan pada sel alveolar tipe I merupakan hal yang penting,

hal ini disebabkan karena sel alveolar tipe II metabolismenya lebih aktif

dibandingkan dengan sel alveolar tipe I, sehingga level basal oksidan seluler diduga

lebih tinggi pada sel alveolar tipe II dibandingkan sel alveolar tipe I (Oashiba &

Nagai, 2003)

Fungsi Epitelium Paru-paru

13

Setiap hari seseorang menginhalasi sekitar 10.000 lt udara. Hidung dan

saluran udara bagian atas berfungsi untuk menyaring partikel berukuran besar,

menghangatkan serta melembabkan udara. Akan tetapi saluran pernafasan juga

setiap hari akan terpapar oleh agen lingkungan dengan berbagai bentuk dan dalam

jumlah besar, meliputi: partikel, gas, uap, atau senyawa biologis. Epitel paru-paru

mempunyai beberapa fungsi yang dapat dibagi ke dalam 3 kategori, yaitu: [1] fungsi

epitelium sebagai barrier fisiologis; [2] mengkoordinasi interaksi antara fungsi

sekresi dan silia, sehingga mengarahkan pada pembersihan mukosilia yang efektif;

[3] sekresi senyawa-senyawa yang berfungsi untuk menangkap partikel dari

lingkungan menuju permukaan epitel paru-paru. Integrasi dari semua fungsi

tersebut dibutuhkan untuk memelihara agar epitelium tetap sehat. Penyakit paru-

paru yang berhubungan dengan kerusakan salah satu aktivitas epitel paru-paru

dapat secara cepat mengarahkan pada perubahan dan kerusakan fungsi paru-paru.

a. Fungsi barrier

Epitelium paru-paru memberikan perlindungan baik secara morfologi

maupun fungsional terhadap lingkungan. Sebuah studi histologis menunjukkan

adanya kompleks junction di dalam apitel saluran udara dan paru-paru

(Schneeberger et al., 1978). Kompleks junction ini tersusun atas 3 bagian, yaitu

zonula adherens, desmosome, dan tight junction (Gumbiner, 1987). Masing-masing

bagian dipercaya mempunyai peran yang berbeda dalam memelihara interaksi sel-

sel epitel. Zonula adherens berisi molekul adhesi seluler (celluler adhesion

molecule; CAM) dan berkontribusi terhadap adhesi seluler dan pengenalan.

Desmosom berisi berbagai protein yang mempunyai peran dalam memelihara

14

integritas epitel, sedangkan tight junction berfungsi untuk memberikan fungsi

barrier fisik (Thompson et al., 1995).

Penyusunan epitelium menjadi suatu permukaan yang kontinu karena adanya

komplek penghubung mempunyai fungsi yang sangat penting. Membran sel lumen

membentuk suatu barrier impermeabel terhadap makromolekul dan agen infeksius.

Selain itu, difusi ion juga akan dibatasi oleh komplek penghubung. Sel epitel

saluran pernafasan mempunyai permukaan yang apikal dan permukaan basolateral,

sehingga transportasi ion dan air yang diperlukan untuk memelihara hidrasi cairan

silia dapat terjadi dengan terarah (Widdicombe, 1988). Produk sel epitel juga dapat

ditransportasikan menuju permukaan lumenal untuk dapat berinteraksi dengan agen

lingkungan sehingga dapat mempengaruhi sel di sekitarnya.

Pengeluaran partikel dan molekul yang terinhalasi dari permukaan basal

epitelium serta isolasi paparan dapat menjaga sel-sel di bawah epitelium yang

sensitif terhadap agen lingkungan. Submukosa saluran udara mengandung banyak

pembuluh darah neural, sehingga ketika terpapar oleh suatu iritan akan melepaskan

mediator yang berhubungan dengan hiporesponsivitas saluran nafas dan gangguan

saluran nafas (Barnes, 1986). Stimulasi agen-agen dari lingkungan juga dapat

menginduksi sel mast untuk melepaskan granula sekretori-nya, yang mana granula

sekretori sel mast berisi substansi bioaktif (histamin dan enzim proteolitik) dalam

jumlah besar yang dapat menimbulkan gangguan pada fungsi saluran nafas. Selain

itu fungsi barrier dari mukosa saluran udara juga dapat mengurangi paparan alergen

pada limfosit (Schwarz & Huff, 1991).

b. Pembersihan Mukosilia

15

Pembersihan yang efektif dari partikel, virus, dan bakteri yang terinhalasi

ketika bernafas bergantung pada penangkapan partikel pada mukus dan

pembersihan mukus ketika batuk dan oleh aktivitas siliata. Diketahui bahwa silia

tidak ditemukan pada saluran udara yang terletak dibagian distal, yang mana pada

saluran udara dibagian tersebut partikel akan dibersihkan dengan batuk dan oleh

makrofag. Senyawa surfaktan yang diproduksi oleh sel epitel tipe II dan sel Clara

membantu pembersihan partikel dengan menginduksi batuk, serta dengan merubah

muatan permukaan sehingga akan mengurangi ikatannya dengan partikel asing

sehingga partikel akan lebih mudah dibersihkan (Thompson et al., 1995).

Saluran udara dibagian proksimal lebih didominasi dengan sel-sel bersilia.

Fungsi dari sel-sel bersilia itu adalah untuk mentransportasikan sekresi saluran

udara menuju orofaring, yang mana sekresi saluran udara tersebut selanjutnya dapat

ditelan atau dikeluarkan. Bentuk gel dari mukus adalah mucin, yang mana

merupakan fase gel lengket yang dapat mengikat partikel dan merupakan karakter

viskoelastis dari mukus. Mucin merupakan kelompok molekul komplek

glikoprotein yang mempunyai berat molekul yang tinggi (> 103 kDa). Karakter

fisika-kimia mucin menyebabkan senyawa ini mempunyai sifat lengket, sehingga

sangat efektif untuk menangkap partikel (Silverberg, 1983). Beberapa spesies

bakteri seperti H. influenza, S. pneumoniae, dan S. aureus dapat diikat dengan baik

oleh mucin (Plotkowski et al., 1993). Viskoelastisitas dari mukus diberikan oleh

mucin, yang mana akan menentukan sulit atau mudahnya pembersihan sekresi

saluran udara yang dipengaruhi oleh infeksi dan inflamasi.

c. Interaksi antara Sel Epitel Bersilia dengan Sel-sel Inflamasi

16

Pembersihan mukosiliata tergantung pada dorongan mukus saluran nafas

oleh getaran-getaran silia. Regulasi pergerakan silia dan pembersihan mukosiliata

sangat komplek, yang mana diketahui bahwa sel efektor sistem imun dan produk-

produk yang dihasilkan mempunyai peran penting dalam meregulasi fungsi

mukosiliata. Sel polimorfonuklear (PMN) yang telah teraktivasi dapat melepaskan

oksidan meliputi hidrogen peroksida dan superoksida (Hunninghake & Crystal,

1983), yang mana diketahui dapat mengganggu fungsi silia (Burman & Martin,

1986) dan menurunkan pergerakan silia pada kondisi yang berhubungan dengan

neutrofilia saluran udara seperti bronkitis kronis (Dorinsky & Davis, 1986).

Neutrofil dapat melepaskan beberapa jenis protease seperti elastase yang mana

diketahui dapat membahayakan sel bersilia, serta diketahui dapat menahan aktivitas

mukosiliata (Tegner et al., 1979). PMN juga dapat memproduksi senyawa bioaktif

lipid seperti platelet-activating factor yang mana dapat mengganggu pergerakan

siliata dan menurunkan pembersihan mukosiliata (Seybold et al., 1990).

Makrofag dapat mensintesis berbagai jenis senyawa-senyawa inflamasi

yang diketahui dapat mempengaruhi pergerakan silia. Makrofag seperti PMN dapat

memproduksi oksidan dan protease yang dapat membahayakan silia. Selain

mempunyai kemampuan untuk melepaskan senyawa-senyawa yang dapat

mengganggu fungsi silia, makrofag juga mempunyai kemampuan untuk

mensintesis berbagai sitokin yang dapat meng-upregulasi fungsi mukosilia. Tumor

necrosis factor-α (TNF-α) dan interleukin-1β (IL-1β) yang dilepaskan oleh sel

makrofag alveolar diketahui dapat meningkatkan frekuensi getaran silia yang

berhubungan dengan pelepasan nitrit oksida (NO) yang membutuhkan induksi dari

NO synthase (NOS) dan dihambat oleh glukokortikoid (Jain et al., 1994). Mediator

17

saraf dan hormonal seperti β-agonist (Jain et al., 1993), bradikinin (Tamaoki et al.,

1989) dan substansi P (Lindberg et al., 1986) yang dapat meningkatkan frekuensi

getaran silia juga mampu mempengaruhi sintesis NO.

Protein basofilik yang dilepaskan oleh sel eosinofil yang mengalami luka

diketahui dapat mengganggu pergerakan silia (Hastie et al., 1987). Mediator

inflamasi seperti histamin dan leukotrien yang dilepaskan oleh basofil, sel mast,

dan platelet ketika anafilaksis dapat mempunyai efek yang beemacam-macam pada

pergerakan silia (Wanner et al., 1983). Sel limfosit yang teraktivasi juga dapat

mempengaruhi aktivitas silia. Limfosit yang teraktivasi merupakan sumber dari

berbagai sitokin, seperti interferon-γ yang dapat menginduksi NOS pada sel epitel

(Robbins et al., 1994). Diduga bahwa sitokin-sitokin yang diproduksi oleh sel

limfosit berpengaruh terhadap motilitas silia di saluran udara khususnya pada

kondisi yang berhubungan dengan inflamasi kronis seperti asma dan bronkiolitis.

Dapat disimpulkan bahwa sel dan mediator dari sistem imun dapat mengganggu

serta dapat pula meningkatkan fungsi mukosilia. Regulasi komplek serta pelepasan

mediator dari sel-sel tersebut dibutuhkan untuk memelihara fungsi normal dari

epitelium. Hilangnya keseimbangan sinyal efektor dapat mengakibatkan luka pada

fungsi pertahanan host vital.

18

BAB II

Immunologi pada Sel Epitel Paru

Integritas saluran pernafasan sangat bergantung pada regulasi pertahanan

diri host. Sistem imun innat memberikan perlindungan awal terhadap

mikroorganisme dan menstimulasi respon imun adaptif (Medzhitov & Janeway,

1997). Komponen seluler dari sistem imun innat meliputi sel-sel fagosit seperti

neutrofil dan makrofag, sel natural killer (NK), basofil, sel mast, eosinofil, dan lain

sebagainya. Pada saluran pernafasan, lapisan epitel dari saluran udara merupakan

komponen pertama yang mengalami konrak dengan substansi yang terhirup seperti

polutan lingkungan, asap rokok, alergen di udara, dan mikroorganisme (Diamond

et al., 2000). Beberapa tahun terakhir semakin jelas bahwa fungsi dari sel epitel

saluran udara tidak hanya memberikan fungsi perlindungan pasif, akan tetapi juga

aktif berkontribusi dalam sistem imun innat (Holgate et al., 2000).

Fungsi sistem imun inat pada sel epitel saluran udara sangat berpengaruh

terhadap patogenesis berbagai penyakit pada manusia. Mekanisme imunitas dasar

yang diberikan oleh sel epitel saluran udara mempunyai peran yang sangat penting.

Kegagalan host dalam mempertahankan dirinya dari mikroorganisme dapat

menyebabkan terbentuknya kolonisasi mikrobia dan selanjutnya menyebabkan

infeksi saluran udara dan parenkim paru-paru. Aktivitas sistem imun innat berkaitan

erat dengan proses inflamasi. Sebagian besar penyakit pada paru-paru melibatkan

mekanisme sistem imun innat dan adaptif. Asma dan COPD merupakan penyakit

inflamasi kronis, yang mana sitokin dan mediator inflamasi yang disekresikan oleh

19

epitelium saluran udara mempunyai peran yang sangat penting (Holgate et al.,

2000).

Ketika terjadi paparan bakteri, epitelium saluran udara akan merespon

dengan meningkatkan pertahanannya. Respon-respon yang diberikan meliputi:

peningkatan pelepasan peptida antimikrobia ke dalam lumen saluran udara, serta

pelepasan kemokin dan sitokin ke dalam submukosa sehingga menginisiasi reaksi

inflamasi. Reaksi inflamasi ini meliputi perekrutan fagositis yang dapat

memfagositosis mikroorganisme yang tidak dibersihkan oleh epitelium itu sendiri,

serta sel dendritik dan limfosit yang dapat memberikan respon imun adaptif.

Mekanisme pengenalan patogen oleh epitelium saluran udara mempunyai

peran yang penting dalam respon perlindungan sistem imun innat. Telah lama

diketahui bahwa sel dapat merespon senyawa-senyawa dari mikroba seperti

lipopolisakarida (LPS) dan asam lipoteikoid. Sel-sel sistem imun innat termasuk sel

fagosit, sel dendritik, dan sel epitel mempunyai molekul pengenalan (pattern

recognition moleculesi) untuk berikatan dengan pola molekuler terkonservasi yang

terdapat pada mikrooranisme. Molekul pengenalan tersebut bisa disekresi atau

sirkulasi dalam bentuk terlarut, seperti mannan-binding lectin (MBL), atau dapat

juga berupa molekul transmembran yang memerantarai respon seluler secara

langsung ketika terjadi paparan mikroba. Toll like receptor (TLR) merupakan salah

satu famili reseptor pengenalan molekul yang diekspresikan oleh hampir semua

jenis sel di dalam tubuh. Ekspresi TLR pada sel dendritik berperan dalam

menginduksi respon imun adaptif melalui aktivasi sel T. Sel epitel saluran udara

juga mengekspresikan berbagai jenis TLR yang membantu memberikan respon

yang mencukupi ketika terjadi paparan mikroba. Aktivasi TLR pada sel epitel

20

diketahui terlibat dalam regulasi ekspresi berbagai gen yang mengkode sitokin,

kemokin, dan peptida antimikroba.

Berbagai jenis bakteri, fungi, dan senyawa-senyawa virus telah

teridentifikasi sebagai ligan dari berbagai jenis TLR maupun reseptor pengenalan

yang lain yang diekspresikan oleh sel epitel saluran udara. Diantara semua famili

TLR, TLR-4 merupakan reseptor yang mempunyai peran sangat penting terhadap

proses pengenalan LPS (Qureshi et al., 1999). Berbagai studi pada manusia

menunjukkan adanya polimorfisme pada gen TLR4 dengan berbagai jenis penyakit,

salah satunya adalah infeksi bakteri gram negatif pada pasien dalam ICU (Agnese

et al., 2002). TLR merupakan komponen yang paling penting dalam menentukan

respon sel terhadap paparan LPS. Lipopolisakarida pada sel akan berikatan dengan

LPS-binding protein (LBP), sebuah protein fase akut yang tidak hanya diproduksi

oleh sel liver, akan tetapi diproduksi juga oleh sel epitel di paru-paru (Dentener et

al., 2000). Fungsi LBP adalah untuk mentransfer LPS pada sel CD14, molekul

bersama-sama dengan protein ekstraseluler MD-2 menjadi bagian dari kompleks

TLR4. Kompleks ini selanjutnya berfungsi untuk pengenalan LPS yang kemudian

diikuti dengan aktivasi kompleks persinyalan yang berhubungan dengan domain

intraseluler TLR4 dan molekul adaptor MyD88 (Underhill & Ozinsky, 2002).

Tabel 1. Pattern recognition receptor yang terlibat dalam pengenalan

mikrorganisme oleh sel epitel saluran udara

Reseptor Ligan

TLR1

TLR2

TLR3

TLR4

TLR5

TLR6

Tri-acyllipopeptide

Asam lipoteikoik, peptidoglikan, zymosan, lipopeptida dan

lipoprotein mikroba, HSP70 (host)

double-strand RNA

LPS, HSP60 dan 70 (host), hyaluronic acid fragmen (host)

Flagellin

Lipopetida diasil

21

TLR7

TLR8

TLR9

TLR10

CD14

CFTR

Senyawa sintetis

-

CpG DNA

-

LPS

LPS

TLR: Toll-like receptor; HSP: heat shock protein; CpG: DNA bakteri yang

mengandung unmethylated CpG dinulceotide; LPS; lipopolisakarida; CFTR: cystic

fibrosis transmembrane conductance regulator (Bals & Hiemstra, 2004).

Protein TLR2 dapat mengenali senyawa-senyawa mikroba, baik yang

berasal dari bakteri gram positif, bakteri gram negatif, maupun dari fungi. Seperti

halnya TLR4, TLR juga diekspresikan oleh sel epitel saluran udara. Fungsi TLR2

adalah untuk mengenali struktu varian LPS seperti LPS leptospiral (Werts et al.,

2001). TLR3 berfungsi untuk merespon double-strand RNA yang diproduksi ketika

terjadi infeksi virus (Alexopoulou et al., 2001). TLR3 berperan dalam respon sel

epitel terhadap infeksi dari berbagai jenis virus, termasuk rhinovirus. Respon yang

dimunculkan tidak hanya dengan peningkatan ekspresi kemokin, akan tetapi juga

dengan peningkatan human β-defensin (hBD)-2 dan -3 (Duits et al., 2003). Fungsi

dari TLR9 adalah untuk memerantarai respon terhadap DNA bakteri, yaitu dengan

melalui peningkatan ekspresi IL-8 (Akhtar et al., 2003).

Selain fungsi-fungsi yang disebutkan diatas, TLR juga dapat memerantarai

respon terhadap ligan endogen. Ligan tersebut antara lain heat shock protein (Hsp)

dan komponen matriks ekstraseluler, seperti: fragmen asam hyaluronik yang

terbentuk selama proses inflamasi. Selain itu, TLR juga dapat merespon molekul-

molekul efektor dari sistem imun innat, sebagai contoh yaitu collectin-surfactan

protein A(SP-A) yang menggunakan TLR4 untuk mengaktivasi sel makrofag

(Guillot et al., 2002). Peptida β-defensin-2 merupakan contoh lain dari molekul

22

efektor sistem imun innat yang dapat mengaktivasi sel melalui TLR. Peptida

antimikroba ini diketahui dapat mengaktivasi sel dendritik melalui TLR4, sehingga

menyebabkan terjadinya peningkatan molekul ko-stimulator dan maturasi sel

dendritik (Biragyn et al., 2002).

Aktivasi TLR juga terlibat dalam regulasi gen-gen yang terlibat dalam

proses pertahanan diri host, antara lain berbagai jenis gen yang mengkode sitokin

dan kemokin. Selain itu, diketahui bahwa TLR juga berfungsi untuk meregulasi

ekspresi peptida antimikrobia. Protein CD14 yang merupakan bagian dari kompleks

reseptor TLR4, diketahui mempunyai peran penting dalam induksi ekspresi hBD-2

pada sel epitel tracheobronchial ketika terjadi paparan LPS (Becker et al., 2000).

TLR2 juga diketahui dapat meregulasi ekspresi hBD-2 pada sel epitel paru-paru

sebagai respon terhadap paparan lipoprotein bakteri (Birchler et al., 2001), serta

regulasi ekspresi hBD-2 dan IL-8 pada sel keratinosit ketika terpapar dengan

peptidoglikan dan partikel dinding sel yeast (Kawai et al., 2002). Selain itu, aktivasi

TLR juga dapat menginduksi peningkatan peningkatan ekspresi reseptor TLR itu

sendiri. Sebagai contoh, infeksi Haemophilus influenza membutuhkan TLR2 untuk

untuk meningkatkan ekspresinya pada sel epitel bronchial (Imasato et al., 2002).

Selain itu, beberapa jenis sitokin seperti IFN-γ diketahui dapat meningkatkan

ekspresi TLR pada sel epitel (Wolfs et al., 2002).

Respon spesifik terhadap senyawa-senyawa yang berasal dari

mikroorganisme menentukan jalur persinyalan yang akan teraktivasi sehingga akan

memberikan respon spesifik host. Domain toll-interleukin-1 receptor (TIR) pada

TLR mempunyai peran yang sangat penting dalam mekanisme persinyalan yang

diperantarai oleh TLR. Reseptor TLR dan IL-1R akan berikatan dengan molekul

23

adaptor MyD88 melalui domain TIR juga terdapat pada MyD88. Selanjutnya

MyD88 akan merekrut dan memfosforilasi serine/threonine kinase IL-1R

associated kinase (IRAK), sehingga kemudian akan berikatan dengan TRAF6.

Protein TRAF6 kemudian akan memerantarai persinyalan kepada molekul

downstream seperti MAPK dan faktor transkripsi NF-κB. Selain MyD88, diketahui

terdapat empat molekul adaptor lain yang terlibat dalam mekanisme persinyalan

TLR, antara lain: MyD88 adaptor-like (Mal; juga diketahui juga sebagai Tir

domain-containing adaptor protein [TIRAP]); TIR domain containing adaptor

inducing IFN-β (TRIF; diketahui juga sebagai TIR-containing adaptor molecule-1

[TICAM-1]), Trif-related adaptor molecule (TRAM) dan sterile a- dan HEAT-

Armadillo motif (O’Neill et al., 2003). Seperti halnya MyD88, protein-protein

adaptor tersebut mempunyai domain TIR, akan tetapi mempunyai struktur yang

berbeda dengan MyD88. Hal tersebut membuat protein adaptor dapat merekrut

transduser yang berbeda sehingga akan menghasilkan persinyalan downstream

yang spesifik.

Terdapat beberapa studi yang mendukung bahwa sel dari sistem imun innat

seperti neutrofil dan makrofag (TNF-α, IL-6) serta dari sistem imun adaptif seperti

sel T (IL-1, IL-4, IL-6, dan IL-10) mempunyai kontribusi yang penting dalam

inflamasi paru-paru. Meskipun sumber utama dari sitokin adalah makrofag alveolar

dan sel epitel paru-paru, akan tetapi sel imun adaptif dan innat juga mempunyai

peran yang penting (Hollingsworth et al., 2007; Fujii et al., 2002). Aktivitas

myeloperoksidase diketahui meningkat setelah paparan PM dalam waktu yang

sama timbulnya inflamasi seluler pada paru-paru (Rhoden et al., 2008).

24

Peptida antimiroba dan protein yang diproduksi oleh sel epitel saluran udara

Sel epitel saluran udara dapat mensekresikan berbagai jenis molekul yang

terlibat dalam proses inflamasi dan sistem imun. Melalui sekresi berbagai mediator

tersebut, sel epitel saluran udara mampu untuk menarik dan mengaktivasi sel-sel

dari sistem imun innat dan sistem imun adaptif yang berfungsi untuk meng-

imobilisasi dan membunuh mikroorganisme, menginduksi penyembuhan luka dan

proses angiogenesis ketika terjadi luka, serta untuk mengawali respon imun adaptif.

Beberapa molekul yang disekresikan mempunyai aktivitas antimikroba serta

sebagai antibiotik endogen. Molekul-molekul tersebut meliputi β-defensin, LL-37,

lisozim, laktoferin, dan secretory leukocyte proteinase inhibitor (SLPI) (Schutte &

McCray, 2002), yang menunjukkan aktvitas antimikroba dengan cara menghambat

pertumbuhan mikroorganisme yang terinhalasi sampai akhirnya mereka dieliminasi

oleh mukosiliata, sel fagosit, atau melalui respon imun adaptif.

Peptida antimikroba merupakan molekul efektor dari sistem imun innat

pada paru-paru, yang mana mereka juga mempunyai fungsi lain selain sebagai

senyawa antimikroba. Istilah peptida antimikroba merujuk pada sintesis ribosomal,

peptida yang dikode oleh sebuah gen, yang artinya bahwa satu gen pada genome

mengkode satu peptida. Peptida antimikroba dibagi ke dalam beberapa kelompok

berdasarkan karakteristik strukturnya. Peptida defensin dan katelisidin merupakan

kelompok yang paling banyak diekspresikan pada saluran pernafasan. Peptida

antimikroba pada paru-paru manusia terutama diproduksi dan disekresikan oleh sel

epitel dan sel fagositik. Beberapa peptida antimikroba diproduksi secara terus

menerus seperti hBD-1 dan mouse β-defensin 1 (mBD-1), sedangkan ekspresi

peptida yang lain akan meningkat ketika sel mengalami kontak dengan produk dari

25

mikroba atau mediator proinflamasi. Telah diketahui bahwa ekspresi hBD-2, hBD-

3, hBD-4, LL-37 dan beberapa peptida antimikroba lain dapat diinduksi dengan

senyawa dari bakteri dan mediator inflamasi (Bals & Hiemstra, 2004). Studi pada

pasien pneumonia dan cystic fibrosis menunjukkan bahwa konsentrasi peptida

antimikroba β-defensin mengalami peningkatan selama terjadi infeksi dan

inflamasi di dalam tubuh (Bals et al., 2001).

Tabel 2. Peptida antimikroba yang diproduksi oleh sel epitel saluran udara dan sel

pertahanan diri host

Komponen Sumber Peningkatan ekspresi pada penyakit

paru-paru

Α-defensin

Β-defensin (BD)

hBD-1

hBD-2

hBD-3

hBD-4

Katelisidin

LL-37/hCAP-

18

Sel epitel

Sel-sel inflamasi

Sel epitel

Monosit /

makrofag

Sel dendritik

Sel epitel

Neutrofil

Pneumonia

Cystic fibrosis

Panbrochiolitis

Acute respiratory distress syndrome

(ARDS)

Bronkitis kronis

Idiopathic pulmonary

Fibrosis

Pneumonia

Cystic fibrosis

Panbrochiolitis

Pneumonia

Sarkoidosis

(Bals & Hiemstra, 2004).

Berdasarkan studi pada keratinosit diketahui bahwa respon sel epitel

terhadap LPS mengalami peningkatan secara signifikan melalui produksi IL-1 oleh

makrofag, begitu juga ekspresi hBD-2 pada sel epitel paru-paru (Liu et al., 2003).

Hal tersebut merupakan mekanisme yang penting untuk amplifikasi respon

terhadap paparan senyawa-senyawa mikroba. Pada sel epitel mekanisme yang

terlibat dalam regulasi ekspresi β-defensin oleh produk-produk mikroba meliputi

26

deteksi LPS oleh CD14 dan atau pengenalan lipoprotein melalui toll-like receptor-

2 (Birchler et al., 2001). Selain itu, faktor pertumbuhan yang terlibat dalam proses

penyembuhan luka diketahui dapat meningkatkan ekspresi hBD-3, human cationic

antimicrobial protein-18 (hCAP-18)/LL-37 dan SLPI pada sel keratinosit manusia

(Sorensen et al., 2003), yang mana regulasi ekspresi LL-37 pada sel epitel

dipengaruhi oleh status diferensiasi sel (Schauber et al., 2003).

Gambar. Peran epitelium saluran udara dalam mekanisme pertahanan diri host

melawan infeksi. Terdapat berbagai jenis molekul yang disekresikan oleh

sel epitel saluran udara, baik yang berperan dalam proses inflamasi dan

pertahanan diri host. Beberapa molekul disekresikan pada side

basolateral (kemokin), sedangkan yang lain disekresikan oleh side apikal

(peptida antimikroba) (Bals & Hiemstra, 2004).

Peptida antimikroba juga mempunyai aktivitas yang sinergis dengan

molekul pertahanan diri host yang lain, seperti lisozim dan laktoferin. Aktivitas

antimikroba berdasarkan pada interaksi antara peptida dengan permukaan membran

sel organisme target. Suatu studi menunjukkan bahwa pada hewan coba yang di-

knock out gen antimikroba mBD-1 mengalami penundaan proses pembersihan

Haemophilus influenza dari paru-paru (Moser et al., 2002). Selain itu, overekspresi

defensin pada hewan model transgenik dapat memberikan fungsi perlindungan

27

terhadap famili Salmonella sp (Salzman et al., 2003). Berdasarkan aktivitas

membrannya, peptida antimikroba mempunyai tingkat toksisitas yang tergantung

pada konsentrasinya. Pada pasien dengan cystic fibrosis dan bronkitis, terjadi

sekresi peptida α-defensin dalam konsentrasi yang tinggi, yang mana senyawa

tersebut berkontribusi terhadap keparahan proses inflamasi karena kemampuan α-

defensin untuk menyebabkan terjadinya lisis pada sel epitel paru-paru dan dalam

menginduksi ekspresi IL-8 (van Wetering et al., 1997). Peptida α-defensin dapat

menstimulasi berbagai jenis sel melalui mekanisme yang belum teridentifikasi

dengan pasti. Peptida tersebut dapat menarik CD4/CD45RA+ atau sel T CD8+, sel

dendritik yang belum dewasa, serta monosit. α-defensin juga dapat menginduksi

pelepasan IFN-γ, IL-6 dan IL-10 dari sel T. Peptida hBD-1 dan hBD-2 diketahui

dapat berikatan dengan reseptor kemokin yang diketahui sebagai CCR-6 (Yang et

al., 1999). Reseptor ini ditemukan pada sel dendritik yang belum dewasa dan sel T

memori (CD4+/CD45RO+) yang mana hal ini menggambarkan hubungan antara

sisitem imun innat dan adaptif yang diperantarai oleh defensin. Peptida hBD-3 dan

hBD-4 diketahui dapat menarik sel monosit. Katelisidin juga diketahui mempunyai

aktivitas yang hampir mirip dengan defensin, karena LL-37 berikatan dengan

formyl peptide receptor like-1 dan menarik sel neutrofil, monosit, sel T CD4, serta

mengaktivasi sel mast (Niyonsaba et al., 2001). Selain berperan dalam proses

inflamasi dan sistem imun, defensin dan LL-37 juga berperan dalam proses repair

ketika terjadi kerusakan jaringan. Αlpha-defensin pada sel neutrofil diketahui dapat

menyebabkan proliferasi pada sel epitel saluran udara dan memerantarai proses

repair ketika terjadi kerusakan epitelium (Aarbiou et al., 2004), sedangkan β-

defensin juga dapat meningkatkan diferensiasi sel keratinosit (Frye et al., 2001).

28

Peptida antimikroba berperan sebagai senyawa efektor dari sistem imun

innat tidak hanya karena aktivitasnya sebagai antibiotik endogen, tetapi juga

perannya sebagai mediator inflamasi. Analisis lebih lanjut mengenai fungsi biologi

lain dari peptida antimikrobia dapat menunjukkan bahwa molekul ini berperan

dalam patofisiologi berbagai jenis penyakit di paru-paru. Peptida antimikroba dapat

berkontribusi terhadap perkembangan penyakit tidak hanya sebagai molekul

pertahanan diri host, tetapi juga sebagai mediator pro- atau anti-inflamasi.

Pengembangan peptida antimikroba sebagai obat dapat dilakukan dengan

optimisasi identifikasi kandidat senyawa antimikroba, serta modifikasi profil

farmakodinamik dan farmakokinetik peptida antimikroba (Bals & Hiemstra, 2004).

29

BAB III

Healing, Remodelling dan Rearrangement Sel Epitel Paru

Pada kondisi normal, paru-paru merupakan organ dengan tingkat pergantian

sel yang rendah, khususnya sel-sel pada saluran udara. Tingkat proliferasi sel epitel

yang kurang dari 5% menunjukkan bahwa sel-sel tersebut hanya membutuhkan

sedikit pembaharuan diri (Boers et al., 1996). Akan tetapi ketika terjadi luka /

kerusakan pada sel epitel saluran udara, maka sel-sel epitel tersebut akan

mempunyai kapasitas yang tinggi untuk memperbaiki diri sehingga kembali

menjadi struktur kompleks seperti sebelumnya (Erjefalt et al., 1997). Karena

diversitas sel yang menyusunnya, lapisan sel epitel saluran udara mempunyai

kemampuan untuk beradaptasi dengan baik sebagai pelindung lapisan mukosa

saluran udara dari sumber-sumber yang bisa mengakibatkan luka seperti asap

rokok, polutan, virus, dan bakteri. Sel-sel tersebut mempunyai banyak peran

penting dalam mekanisme respon imun innat. Pada permukaan epitelium saluran

udara (bronchi dan bronchiola), sel-sel yang menyusunnya antara lain: sel

kolumnar bersilia, sel mukosa (sel goblet), sel Clara, dan sel basal. Sel-sel saluran

udara tersebut dapat berubah struktur dan fungsinya dengan cepat untuk beradaptasi

dengan perubahan lingkungan atau untuk memperbaiki diri setelah epitelium

mengalami luka. Pada saluran udara atas dan bawah, struktur normal permukaan

epitelium saluran adalah pseudostratified. Hal tersebut menyebabkan semua sel

akan melekat pada membran basemen tapi tidak semuanya mencapai lumen saluran

udara. Pada bronchiola bagian proksimal, sel epitel lebih cenderung berbentuk

kuboid serta terdapat juga sel bersilia, sel sekretori, dan sel Clara. Pada bronchiola

bagian paling distal, diketahui hanya terdapat sel Clara saja (Jeffery, 1995).

30

Lapisan epitel saluran udara mempunyai fungsi barrier yang efisien

terhadap mikroorganisme dan partikel-partikel asing melalui fungsi interdependen

meliputi: pembersihan mukus secara mekanis; homeostasis transport air dan ion;

fungsi biokimia antibakteri, antioksidan, dan protease; serta sebagai pertahanan

seluler melalui junction epitel interseluler. Semua fungsi tersebut sangat penting

untuk perlindungan dan pemeliharaan integritas epitelium saluran udara, yang mana

akan mengalami gangguan dengan cepat setelah terpapar dengan mikroorganisme

dan partikel polutan atau pada penyakit yang disebabkan karena luka pada epitelium

yang terkait dengan proses inflamasi, seperti pada COPD. Pada epitelium saluran

udara normal, diketahui bahwa sel bersilia merupakan sel yang sudah berhenti

berdiferensiasi dan tidak mampu untuk membelah diri lagi, serta sangat sensitif

terhadap adanya luka. Akan tetapi, dilaporkan bahwa sel epitel bersilia dapat

menyebar dan mengalami transdiferensiasi menjadi sel skuamosa setelah terjadi

luka pada bronchiolar, yang mana proses tersebut berfungsi untuk memelihara

integritas epitelium sebelum rediferensiasi (Park et al., 2006).

Sel bersilia tidak hanya terlibat secara langsung dalam pengeliminasian

partikel asing melalui pembersihan mukosiliata, akan tetapi sel-sel tersebut juga

berfungsi dalam proses ion channel. Cystic fibrosis transmembrane conductance

regulator (CFTR) dan epithelial sodium channel (ENac) berfungsi untuk

meregulasi jumlah ion dan air pada permukaan saluran udara melalui transport

transepitelial, sehingga secara langsung terlibat dalam pembentukan periciliary

lining fluid (PCL) dengan viskositas rendah yang dibutuhkan untuk getaran silia

aktif (Boucher, 1994). PCL juga berfungsi sebagai pelumas untuk mencegah adhesi

gel mukosa yang mempunyai viskositas tinggi, dan mengandung mucin, protein,

31

serta peptida dalam granula sekretori mukosa yang dilepaskan setelah proses

eksositosis untuk membentuk gel perlindungan lapisan mukus. Pada saluran udara

perifer dan pada kelenjar submukosa seorang perokok yang mengalami COPD,

terjadi infiltrasi neutrofil dan induksi redistribusi ion channel dan terjadinya

eksositosis mukus yang tidak mencukupi sehingga menyebabkan proses

pembersihan mukus dari kelenjar yang berlangsung secara abnormal (Saetta et al.,

2000; Maestrelli et al., 2001).

Remodeling epitelium saluran udara seperti metaplasia pada skuamosa dan

hiperplasia pada mukosa yang terjadi selama perbaikan diri setelah luka atau

kerusakan diduga dapat mengganggu fungsi sistem imun innat dari epitelium

saluran udara. Diketahui bahwa ekspresi dan distribusi abnormal dari protein CFTR

tidak hanya terjadi karena adanya mutasi pada gen CF, tetapi juga terjadi pada

jaringan saluran udara non-CF yang mengalami inflamasi atau remodeling (Dupuit

et al., 1995). Pada kejadian polip, inflamasi dan remodeling pada epitelium

seringkali berhubungan dengan penyebaran distribusi CFTR di sitoplasma atau

tidak adanya ekspresi protein CFTR pada area skuamosa yang mengalami

metaplasia. Proses normal dan target apikal dari protein membran seperti halnya

lokalisasi yang tepat protein scaffolding seperti ezrin, aktin, dan protein tight

junctional yang menstabilkan protein-protein tersebut pada membran sel

membutuhkan polarisasi sel epitel. Pada kasus COPD, remodeling epitel saluran

udara diduga dapat menginduksi lokalisasi dan ekspresi yang abnormal dari protein

ion channel seperti CFTR sehingga dapat menyebabkan fungsi epitel menjadi

abnormal, seperti dehidrasi epitel perisiliata yang terjadi ketika cystic fibrosis (CF)

karena kerusakan protein CFTR. Diduga pada kelenjar submukosa, terjadinya

32

hiposekresi karena eksositosis mukus yang tidak sesuai juga bertanggung jawab

terhadap penurunan jumlah pelepasan glikoprotein, protein, dan peptida yang

disekresikan oleh sel mukosa dan sel serosa ke dalam lumen saluran udara, yang

mana fungsi dari senyawa-senyawa tersebut adalah sebagai perlindungan terhadap

mikroorganisme. Mucin dan protein seperti sIgA, laktoferin, dan

glikosaminoglikan terlibat secara aktif dalam proses pertahanan antibakteri saluran

udara. Molekul lain seperti peptida defensin juga terlibat dalam proses pertahanan

diri epitelium saluran udara. Beberapa studi menunjukkan bahwa peptida

antimikrobial seperti katelisidin mempunyai peran penting dalam sistem imun innat

dengan menghubungkan antara peratahanan diri dan inflamasi pada host dengan

angiogenesis dan arteriogenesis (Tjabringa et al., 2005; Hiemstra, 2006). Protein

surfaktan (SP-A, SP-B, SP-D) yang seringkali disebut sebagai kolektin juga

mempunyai peran penting dalam proses pertahanan diri epitelium (Bals et al.,

2003). Protein kolektin pada manusia disintesis oleh sel epitel alveolar, sel

bronchiolar non-siliata, dan beberapa lapisan sel epitel pada saluran udara besar dan

kelenjar saluran udara. Pada level bronchiolar, Clara cell secretory protein (CCSP)

atau CC10 dapat memodulasi inflamasi dan respon imun pada paru-paru (Hawgood

et al., 2004).

Pada level seluler epitelium saluran udara, protein yang terkait dengan tight

junction (TJ) seperti ZO1, occludin, dan claudin mempunyai peran penting dalam

perlindungan epitel melalui pemeliharaan barrier fisik antara lingkungan internal

dan eksternal. Terpisah dari fungsi barrier-nya, protein TJ interseluler dapat

berinteraksi dengan filamen aktin dan secara aktif terlibat dalam persinyalan pada

sel epitel. Protein TJ merupakan protein dengan struktur yang sangat tidak stabil

33

yang mana formasi dan strukturnya dapat berubah dengan cepat ketika terjadi luka.

Penelitian yang dilakukan oleh Coyne et al (2003) dengan menggunakan kultur

primer sel epitel saluran udara menunjukkan bahwa protein TJ diregulasi oleh

sitokin proinflamasi. Kombinasi paparan TNF dan IFN-γ dapat secara drastis

mempengaruhi ekspresi protein TJ dan fungsi barrier-nya, dengan perubahan yang

signifikan pada permeabilitas barrier epitelium. TJ tidak hanya terlibat dalam

permeabilitas epitelium, tetapi juga berpartisipasi dalam proses polarisasi dengan

membentuk perbedaan potensial antara sisi luminal dan serosal. Setelah terjadi

luka, junctional barrier akan mengalami kerusakan sehingga memfasilitasi akses

masuknya bakteri dan pelepasan faktor virulen terlarut pada reseptor basolateral

yang pada kondisi normal tidak pernah terpapar patogen. Berbagai toksin bakteria

yang dilepaskan seperti elastase, eksotoksin A, dan alfatoksin dapat mendegradasi

molekul adhesi junction dan dapat menginduksi perubahan integritas epitel. Hal ini

yang menyebabkan rapuhnya permukaan epitelium ketika terjadi infeksi akut dan

inflamasi. Setelah terjadi luka, fungsi barrier akan dibentuk kembali dalam

beberapa hari, tetapi kerusakan relatif menyebabkan terjadinya tingkat

perlindungan yang rendah terhadap bakteri atau molekul asing yang berhasil masuk.

Terlihat bahwa meskipun luka telah diperbaiki dengan sempurna, integritas

epitelium tidak akan kembali seperti sebelumnya. Selama beberapa hari, epitelium

akan tetap bocor sehingga akan tetap terjadi paparan terhadap lingkungan atau

faktor virulen bakteri (Herard et al., 1996). Setelah terjadi luka, sel epitel saluran

udara akan memodifikasi struktur dan fungsinya untuk beradaptasi dengan merubah

lingkungan area yang mengalami luka atau untuk memperbaiki epitelium.

Plastisitas epitelium saluran udara secara umum dideskripsikan sebagai remodeling

34

abnormal, meliputi hiperplasia pada sel basal dan sel mukosa, proliferasi sel

mukosa, dan metaplasia sel skuamosa. Perubahan-perubahan tersebut

menggambarkan langkah-langkah perbaikan dan regenerasi epitelium saluran

udara.

Peristiwa seluler selama repair dan regenerasi epitelium saluran udara

Sumber luka atau kerusakan akut pada epitelium saluran udara baik yang

disebabkan karena inhalasi senyawa toksin maupun mikroorganisme seperti bakteri

atau virus, akan menyebabkan terjadinya serangkaian proses perbaikan untuk

mengembalikan struktur dan fungsi epitelium seperti sebelumnya. Setelah

pelepasan mukus, akan terjadi pengguguran sel kolumnar besilia dengan cepat,

sedangkan masih banyak sel basal yang masih melekat pada basal lamina.

Salah satu perubahan dinamik pada fenotip sel epitel yang terjadi selama

proses repair dan regenerasi adalah plastisitas sel epitel saluran udara menjadi

semakin tinggi. Metaplasia pada skuamosa yang terjadi selama regenerasi sel epitel

saluran udara awalnya diduga merupakan tahapan normal dalam proses regenerasi.

Akan tetapi ketika terjadi metaplasia pada skuamosa akan menyebabkan tingginya

perlindungan respon seluler dalam proses dinamik timbulnya luka dan

perbaikannya. Langkah ini merupakan langkah sementara dari serangkaian proses

regenerasi. Sel epitel bisa dengan cepat merubah fenotipnya dan dapat ber-

rediferensiasi menjadi sel sekretori atau sel bersilia. Akan tetapi, beberapa

penundaan pada proses perbaikan diri atau gangguan pada tahapan dediferensiasi

atau rediferensiasi karena adanya respon abnormal sel-sel lain yang berinteraksi

35

dengan epitelium (contohnya sel fibroblast dan molekul efektor dari sel-sel

inflamasi) diduga dapat mempengaruhi dinamika proses perbaikan dan regenerasi.

Pola re-epitelisasi sel-sel saluran udara secara 2-dimensi (2D) dengan

menggunakan kultur sel telah banyak dipelajari dalam beberapa studi (Zahm et al.,

1997) yang menunjukkan bahwa salah satu tahap awal paling penting selama re-

epitelisasi epitelium saluran udara yang rusak adalah migrasi sel dan bukan

proliferasi. Penelitian yang dilakukan oleh Erjefalt et al (1996) pada pasien

penderita asma yang dilakukan pembuangan pada epitelium saluran udaranya akan

menyebabkan terbentuknya celah venular, infiltrasi neutrofil, serta migrasi dan

aktivasi eosinofil. Hal ini menimbulkan dugaan bahwa proses pemulihan kerusakan

epitelium pada penyakit yang terkait inflamasi saluran udara menyebabkan

perubahan aktivitas mikrovaskuler dan leukosit. Migrasi sel melibatkan perekrutan

kolagen tipe IV melalui kontak fokal dan peran metalloproteinase dalam

mengontrol migrasi sel yang mengalami perbaikan melalui remodeling ECM

sementara.

Terdapat keuntungan penggunaan kultur sel untuk mempelajari tahapan

diferensiasi dan migrasi epitel, proliferasi, serta diferensiasi akhir sel mukosa dan

sel bersilia. Model dengan kultur sel dapat digunakan untuk menganalisis pengaruh

IL-13 terhadap proses genesis metaplasia sel mukosa, yang mana diketahui bahwa

IL-13 dapat menginduksi proliferasi sel epitel saluran udara dan menyebabkan

kerusakan metaplasia pada mukosa yang terjadi pada penderita COPD (Booth et al.,

2001). Suatu studi menunjukkan bahwa metaplasia mukosa saluran udara dapat

dihalangi dengan cara menghambat EGFR dan sinyal transdiferensiasi IL-13 (Tyner

et al., 2006).

36

Gambar. Faktor seluler dan molekuler yang terlibat dalam proses perbaikan dan

regenerasi epitelium saluran udara. Tahap regenerasi epitel setelah terjadi

kerusakan dimodulasi oleh komponen matriks ekstraseluler (ECM)

seperti matriks metalloproteinase (MMP), sitokin, dan faktor

pertumbuhan yang dilepaskan oleh sel epitel dan sel-sel mesenkimal

(fibroblast, sel-sel inflamasi, kondrosit) (Puchelle et al., 2006).

Karbohidrat pada permukaan sel bagian apikal mengalami perubahan

selama diferensiasi seluler dan mempunyai struktur yang berbeda antara sel epitel

normal dengan sel epitel yang sudah pernah mengalami perbaikan. Selain itu,

interaksi host-patogen antara adhesin bakteri dan reseptor pada host juga

mengalami modifikasi secara menyeluruh. Diketahui bahwa banyak patogen akan

berinteraksi dengan sekuen karbohidrat GalNacβ1-4 Gal yang terdapat pada

asialylated ganglioside asialo-GM1 (reseptor glikolipid transmembran) yang

37

mengalami overekspresi pada permukaan sel epitelium yang mengalami

remodeling.

Berbagai hewan coba digunakan untuk menganalisis proses repair dan

regenerasi epitelium setelah terjadi luka. Proses-proses tersebut meliputi

penyebaran dan migrasi sel basal menuju area yang mengalami kerusakan,

proliferasi dan mitosis aktif, metaplasia pada skuamosa yang diikuti dengan

rediferensiasi progresif dengan munculnya sel pre-siliata (fenotip campuran antara

sel bersilia dengan sel mukosa), dan langkah terakhir adalah siliogenesis dan

regenerasi menyeluruh pada epitelium mukosiliaris pseudostratified (McDowell et

al., 1979).

a. Migrasi sel epitel untuk menutupi area yang mengalami kerusakan

Luka yang terjadi pada epitelium seringkali menyebabkan terlepasnya sel

dari epitelium, sehingga proses migrasi dari sel-sel disekitarnya merupakan suatu

komponen yang penting dari proses repair. Beberapa menit setelah terjadi luka, sel-

sel epitel disekitar luka akan bermigrasi menuju area yang mengalami kerusakan

untuk membentuk penutupan awal (Erjefalt & Persson, 1997). Sel epitel mulai

bermigrasi beberapa menit setelah terjadi luka, yang mana proses tersebut terjadi

jauh sebelum sel menginisiasi proses proliferasi. Proses tersebut dikenal sebagai

restitusi (Erjefalt et al., 1995). Famili peptida trefoil factor family (TFF) yaitu TFF1,

TFF2, dan TFF3 secara in vitro dapat berfungsi sebagai molekul motogen selama

proses penyembuhan luka sel sepitel saluran udara dengan cara mengaktivasi jalur

persinyalan protein kinase C (PKC) dan extracellular signal-regulated kinase

(ERK). Protein TFF diketahui mempunyai efek perlindungan dan penyembuhan

pada saluran gastrointestinal, dan karena aktivitas mitogennya pada studi yang

38

dilakukan secara in vitro, diduga bahwa molekul ini juga mempunyai efek

perlindungan dan penyembuhan pada epitelium saluran udara (Graness et al., 2002)

Reseptor transmembran subunit gp130 dapat mengaktivasi dua jalur

persinyalan, yaitu signal transducers and activators of transcription-3 (STAT3)

dan Src-homology tyrosine phosphatase-2 (SHP2)-Ras-ERK. Kedua jalur

persinyalan ini berfungsi untuk menjaga homeostasis seluler dengan menjaga

keseimbangan sinyal positif dan negatif (Terbutt et al., 2002). Aktivasi yang

seimbang dan berkelanjutan dari kedua jalur persinyalan ini sangat penting tidak

hanya untuk memerantarai migrasi sel, tetapi juga untuk menghentikan proliferasi

yang diperantarai oleh sitokin pada sel epitel.

Beberapa faktor eksogen juga diketahui dapat memodulasi penyembuhan

luka pada epitelium saluran udara. NO pada konsentrasi rendah diketahui dapat

meningkatkan migrasi sel dan repair luka, yang mana kondisi tersebut berhubungan

dengan peningkatan ekspresi dan aktivasi MMP-9 pada sel yang berada pada tepi

luka. NO berkontribusi terhadap proses repair saluran udara melalui mekanisme

dependen dan independen dari cGMP-dependent protein kinase. Stimulasi reseptor

purinergik oleh ATP ekstraseluler juga merupakan faktor penting dalam proses

migrasi dan repair setelah sel mengalami kerusakan, yang mana berhubungan

dengan aktivasi ERK1/2 dan MMP-9 (Wesley et al., 2007)

b. Proliferasi dan Diferensiasi sel Epitel

Migrasi sel epitel setelah terjadi luka akan diikuti dengan prose proliferasi

sel untuk mengganti sel yang mengalami kerusakan. Sel epitel saluran udara yang

sedang berproliferasi mengekspresikan protein heregulin-α (ligan dari reseptor

39

erB2) pada membran bagian apikal. Ketika integritas sel epitel mengalami

gangguan, heregulin-α dapat mengakses reseptornya pada tepian luka dan

menginduksi terjadinya proliferasi. Mekanisme ini menyebabkan sel epitel akan

tetap seimbang dan melakukan proses penyembuhan luka-nya sendiri (Mostov &

Zegers, 2003). Untuk mengembalikan fungsi epitelium, sel yang melakukan

proliferasi selanjutnya akan melakukan diferensiasi menjadi jenis sel tertetu. Proses

diferensiasi ini dipengaruhi oleh jenis kerusakan serta jenis sel yang dibutuhkan

untuk perlindungan selanjutnya. Sebagai contoh, paparan LPS pada epitelium dapat

menginduksi proses inflamasi dan proliferasi yang diikuti oleh metaplasia sel

mukosa masif (massive mucous cells metaplasia; MCM). Selain itu, paparan

terhadap asap rokok dalam konsentrasi tinggi dapat merubah lapisan epitelium

mukosiliata sehingga mempunyai fenotip yang sama dengan sel squamosa, yang

mana hal ini disebut sebagai metaplasia skuamosa (Tesfaigzi et al., 1996). Sangat

penting untuk mengidentifikasi molekul persinyalan lokal yang dilepaskan pada

jaringan epitelium sehingga dapat mengaktivasi proses diferensiasi. Diketahui

bahwa proses proliferasi akan berhenti sel dapat berdiferensiasi sehingga sel dapat

menjalankan fungsi yang semestinya.

Proses rediferensiasi untuk mengembalikan fungsi epitelium saluran udara

melibatkan interaksi antara sel epitel saluran udara dengan matriks ekstraseluler.

Beberapa studi menunjukkan bahwa selain berperan dalam penutupan luka dan

migrasi, MMP juga diketahui terlibat dalam proses diferensiasi. Produksi molekul

matriks dipengaruhi oleh mediator inflamasi yang disekresikan oleh sel-sel epitel,

seperti TGF-β dan TNF-α (Romberger et al., 1992; Ito et al., 1993). Produksi

matriks oleh sel epitel diduga dipengaruhi oleh mediator yang dilepaskan baik oleh

40

sel epitel itu sendiri maupun mediator yang dilepaskan oleh sel inflamasi saluran

udara (Thompson et al., 1995). MMP-7 dan MMP-9 mempengaruhi rekonstruksi

epitelium saluran udara melalui modulasi diferensiasi mukosilia. Sebuah studi

menunjukkan bahwa ekspresi MMP-7 dan -9 yang berada pada permukaan apikal

sel epitel mengalami peningkatan selama proses regenerasi. Selain itu, inkubasi sel

epitel dengan inhibitor MMP selama proses regenerasi menyebabkan terbentuknya

metaplasia skuamosa dan hiperplasia pada sel basal (Coraux et al., 2005).

Mekanisme yang menjelaskan tentang bagaimana sel epitel yang

berproliferasi dapat menentukan akan berdiferensiasi menjadi jenis sel tertentu

(mukosa, bersilia, atau jenis sel lain) masih belum diketahui. Kesalahan selama

proses regenerasi diduga berhubungan dengan kerusakan jaringan dan perubahan

metaplasia pada penyakit-penyakit kronis seperti asma dan bronkitis kronis.

Proliferasi sel epitel saluran udara akan dihentikan tergantung dengan keparahan

kerusakan (sementara atau kronis). Diduga bahwa proses ini ter-regulasi dengan

sangat baik, sehingga jarang mengalami kesalahan. Kurang lebih hanya < 15%

perokok yang mengalami kanker saluran udara meskipun epiteliumnya terpapar

oleh agen karsinogen sepanjang waktu. Diduga hal ini berhubungan dengan

penudaan siklus sel dan interaksi antar sel, serta mekanisme disregulasi selama

progresi kanker.

c. Kematian sel selama hiperplasia sel epitel saluran udara

Pada epitelium 2-3 hari setelah terjadi luka, jumlah sel epitel per-unit area

epitelium akan melebihi jumlah sel pada epitelium normal sebanyak 20-30%

(Tesfaigzi et al., 2003). Hal ini menyebabkan sel harus mempunyai suatu

mekanisme untuk menentukan sel mana yang akan dieliminasi kemudian. Induksi

41

metaplasia mukosa dapat terjadi karena paparan ozon pada epitelium hidung atau

ketika sel epitel saluran udara terpapar dengan LPS (Tesfaigzi et al., 2002). Sel

epitel saluran udara yang sedang berproliferasi dapat berdiferensiasi menjadi sel

mukosa ketika dipapar dengan asap rokok maupun alergen lain. Diketahui bahwa

dalam proses perbaikan dari tahapan hiperplastik epitelium saluran udara, protein

Bcl-2 diekspresikan oleh kurang lebih 20-30% sel mukosa yang mengalami

metaplasia karena induksi LPS, atau kurang lebih sebanyak 50% pada MCM

lapisan epitelium maxilloturbinate (Tesfaigzi et al., 1998). Ekspresi Bcl-2 pada

MCM bersifat heterogen; terdapat sel yang mengekspresikan Bcl-2 dalam jumlah

yang tinggi, sedangkan ada juga yang mengekspresikan dalam jumlah sedikit atau

bahkan sama sekali. Hal ini menunjukkan bahwa sel epitel mempunyai perbedaan

dalam mengekspresikan protein Bcl-2 meskipun kondisi histologinya serupa.

Persentase sel yang dieliminasi pada sel epitel saluran udara berjumlah sama

dengan sel mukosa yang mengekspresikan protein Bcl-2, sehingga diduga ekspresi

protein Bcl-2 berhubungan dengan proses perbaikan dan menandai sel yang akan

dieliminasi.

Protein Bcl-2 merupakan protein yang dapat menghambat progersi siklus

sel melalui berbagai cara. Keberadaan sel mukosa yang positif mengekspresikan

Bcl-2 dan bromodioksi uridin (BrdU)-negatif menunjukkan bahwa Bcl-2 tidak

mempunyai fungsi regulasi siklus sel dalam sistem ini. Pada suatu penelitian lain

menunjukkan bahwa jumlah sel mukosa mengalami penurunan yang signifikan

setelah 2 hari penurunan persentase sel yang positif mengekspresikan Bcl-2. Hal ini

mendukung dugaan bahwa Bcl-2 merupakan inhibitor apoptosis yang harus di-

downregulasi sebelum jumlah sel mukosa berkurang. Perpanjangan paparan

42

alergen menyebabkan sel helper T tipe 2 (Th2) akan menurunkan sekresi IL-13 dan

meningkatkan sekresi IFN-γ oleh sel Th1 pada cairan bronchoalveolar. Selama

tahap ini, persentase sel mukosa bax-imunopositif mengalami peningkatan

sebanyak 3-25%, sedangkan jumlah MCM mengalami penurunan (Tesfaigzi et al.,

2002) yang mana ekspresi protein Bcl-2 tidak ditemukan pada sel mukosa tersebut.

Ditemukannya fakta bahwa protein Bcl-2 hanya diekspresikan oleh MCM yang

diinduksi oleh LPS dan tidak diekspresikan pada MCM yang diinduksi oleh alergen

menimbulkan dugaan bahwa terdapat dua mekanisme berbeda yang terlibat dalam

proses tersebut.

Kurang lebih sebanyak 25-35% sel mukosa akan mengekspresikan Bax

setelah paparan yang berulang kali terhadap alergen selama 15 hari. Penelitian lain

menunjukkan bahwa 3 hari setelah dipapar dengan alergen, kurang lebih sebanyak

30% nukleus sel epitel mengalami BrdU-positif yang merupakan marker sel

mengalami sintesis DNA selama siklus sel. Berdasarkan hasil pengamatan yang

menunjukkan bahwa terdapat kurang lebih sebanyak 25-35% sel mukosa yang

mengekspresikan Bax, diduga bahwa sel mukosa yang positif mengekspresikan

Bax merupakan sel yang harus dieliminasi untuk mengembalikan jumlah sel normal

pada epitelium yang sedang diperbaiki.

d. Perubahan adaptif sel epitel saluran udara

Sebuah studi menunjukkan bahwa meskipun MCM diduga akan berubah

setelah periode perbaikan kerusakan, epitelium tidak selalu bisa kembali pada

kondisi yang sama persis seperti sebelumnya (Harkema et al., 1999). Tikus yang

dipapar dengan 0.5 ppm ozon menunjukkan terjadinya hiperplasia sel epitel yang

43

berhubungan dengan peningkatan jumlah sel mukosa sekretori yang

mengekspresikan AB/PAS-positif pada lapisan epitelium. Setelah 13 minggu

periode perbaikan jumlah MCM berkurang sebanyak 96%, akan tetapi jumlah sel

epitel masih tetap lebih banyak 25% dibandingkan dengan normal. Paparan akut

dengan ozon 0.5 ppm setelah periode perbaikan menyebabkan peningkatan

penyimpanan mukosubstansi oleh tikus yang sebelumnya telah dipapar dengan

ozon 0.5 ppm, yang mana kondisi tersebut tidak akan terjadi jika tikus sebelumnya

hanya dipapar dengan udara yang telah disaring. Hal tersebut diduga disebabkan

karena beberapa sel masih dalam tahap diferensiasi, yang mana hal tersebut

berkaitan dengan respon adaptasi atau memori terhadap paparan sebelumnya.

Respon ini penting untuk respon yang cepat terhadap paparan berikutnya serta

untuk mengurangi kerusakan melalui produksi mukus dengan cepat (Tesfaigzi,

2003).

Faktor-faktor seluler dan molekuler yang terlibat dalam proses repair,

regenerasi, dan rediferensiasi menyeluruh pada epitelium yang mengalami

kerusakan sangat berhubungan antara satu dengan yang lainnya. Migrasi sel

melibatkan penonjolan membran plasma (ekstensi lamellapodium) sehingga

menyebabkan terjadinya reorganisasi sitoskeleton. Pergerakan sel juga berimplikasi

pada pembentukan site baru adhesi pada sisi bagian depan sel, tetapi juga

menyebabkan pelepasan site adhesi pada sisi belakang sel. Hal ini berimplikasi

kepada rangkaian proses berikutnya seperti: kontraksi sitoskeleton aktin &

aktomiosin dan interaksi dengan protein ECM dan MMP, serta regulasi antara

MMP dan inhibitornya. Selain itu, produksi ECM oleh sel epitel saluran udara

44

selama proses migrasi juga membutuhkan jalur persinyalan melalui reseptor

spesifik pada permukaan sel saluran udara.

Peran protein sitoskeleton dalam proses repair epitelium

Pada saat penyebaran dan migrasi sel epitel saluran udara ketika proses

perbaikan epitelium akan terjadi polimerisasi G-aktin menjadi filamen F-aktin. Hal

tersebut akan menyebabkan akumulasi F-aktin dalam lamellapodia pada sel basal

yang mengalami dediferensiasi dan pemipihan, yang mana akan membentuk kontak

adhesif dengan ECM. Sitokalasin B yang diketahui dapat menghalangi polimerisasi

aktin diketahui juga dapat menghambat migrasi dan perbaikan sel (de Bentzmann

et al., 2008). Faktor virulen dari P. aeruginosa dan S. aureus dapat menginduksi

disorganisasi skeleton aktin dan overaktivasi MMP-2, yang mana hal tersebut akan

menyebabkan penundaan penutupan luka pada epitelium. Pada beberapa kasus,

penyembuhan luka pada epitelium terjadi secara tidak sempurna, yang mana hal

tersebut disebabkan karena penutupan luka dan integritas junction epitelium yang

terjadi secara tidak menyeluruh.

Peran MMP dalam perbaikan dan regenerasi epitelium

Protein MMP termasuk dalam famili zinc-dependent endopeptidase yang

mempunyai aktivitas proteolitik terhadap berbagai jenis protein ekstraseluler

(Parks, 1999). Ekspresi MMP secara umum digunakan untuk mengkarakterisasi

jaringan yang mengalami remodeling dan berhubungan dengan proses biologis baik

yang normal maupun yang abnormal, seperti perkembangan, inflamasi, invasi

tumor, dan repair jaringan. MMP terlibat dalam perbaikan luka pada epitelium,

45

khususnya dalam remodeling matriks menjadi tempat dimana sel akan bermigrasi

melalui degradasi komponen ECM. Selama proses re-epitelisasi epitelium saluran

udara yang mengalami kerusakan MMP-9 (gelatinase-B) akan mengalami

overekspresi pada sel-sel yang bermigrasi. MMP-9 diketahui mempunyai peran

penting dalam migrasi sel epitel bronchial untuk memperbaiki luka (Legrand et al.,

1999). MMP-9 mempunyai peran spesifik dalam proses degradasi kolagen tipe IV

yang terdapat pada kontak primordial (kontak pertama antara sel-ekstraseluler yang

terdapat pada lamellapodia) yang akan secara cepat mengalami remodeling

sehingga memungkinkan terjadinya migrasi untuk membentuk hubungan baru yang

mana sel selanjutnya dapat menggunakan daya tarik melalui ikatan filamen aktin

untuk bisa bergerak lebih jauh. Inaktivasi MMP-9 menyebabkan penurunan tingkat

perbaikan luka. Stromelisin-1 dan -3 (MMP-3 dan MMP-11) diketahui terdapat

pada sel-sel yang bermigrasi yang mempunyai fenotip epitel-mesenkim (Buisson et

al., 1996). Penyebaran sel epitel di sekitar area yang mengalami luka diketahui

mengekspresikan stromelisin, vimentin, dan sitokeratin yang merupakan marker

untuk sel mesenkimal dan sel basal. Stromelisin merupakan protein yang terlibat

dalam migrasi sel epitel dan remodeling ECM selama proses perbaikan kerusakan

pada epitelium, sehingga sel yang bermigrasi mengalami perubahan fenotip yang

awalnya mempunyai fenotip sel epitel berubah menjadi fenotip sel mesenkim.

Transisi sel epitel menjadi sel mesenkim merupakan tahapan yang dibutuhkan

untuk proses re-epitelisasi saluran udara. Kegagalan dalam proses transisi yang

disebabkan karena pelepasan faktor virulen bakteri yang mampu menghalangi

polimerisasi aktin pada sel yang sedang mengalami perbaikan akan menghambat

tahapan awal dari proses perbaikan epitel sehingga dapat mencegah regenerasi

46

epitel saluran udara untuk bisa kembali seperti struktur dan fungsi normalnya.

Tidak seperti kebanyakan MMP yang lain, matrilisin (MMP-7) merupakan protein

yang diproduksi oleh sel epitel saluran udara normal yang tidak sedang mengalami

kerusakan, yang mana fungsinya adalah sebagai protein pertahanan tubuh melalui

aktivasi bentuk laten peptida antimikrobia, salah satunya adalah defensin. Pada

saluran udara yang mengalami kerusakan, ekspresi MMP-7 mengalami

peningkatan pada sel epitel yang sedang bermigrasi. Penelitian yang dilakukan oleh

Park et al (2001) menunjukkan bahwa MMP-7 mempunyai beberapa fungsi

komplemen yang berbeda, antara lain yaitu fungsinya sebagai protein matriks

selama proses perbaikan diri jika disekresikan oleh sel bagian basal, dan sebagai

senyawa bakterisidal (aktivasi defensin) jika disekresikan oleh sel bagian apikal.

Diduga bahwa remodeling epitelium saluran udara berhubungan dengan hilangnya

kemampuan polarisasi ysng ditandai hilangnya fungsi sitoprotektif dan pro-

regeneratif sari MMP-7.

Selama tahap migrasi dan proliferasi sel, diketahui juga bahwa epitel saluran

udara akan mengekpresikan IL-8 dalam jumlah tinggi, sedangkan proses

pseudostratifikasi epitelium saluran udara dan diferensiasi permukaan epitelium

saluran udara berhubungan dengan peningkatan ekspresi MMP dan penurunan

jumlah ekspresi IL-8 dengan sangat signifikan. Suatu penelitian menunjukkan

adanya ekspresi MMP pada bagian apikal epitelium saluran udara yang sedang

mengalami proses regenerasi. Pemberian inhibitor MMP sel epitel yang sedang

melakukan proses regenerasi tersebut dapat menyebabkan diferensiasi sel epitel

menjadi abnormal yang ditandai dengan metaplasia pada skuamosa dan hiperplasia

pada sel basal. Hal tersebut menunjukkan bahwa protein MMP-7 dan MMP-9

47

mempunyai peran yang sangat penting, tidak hanya pada tahap awal proses repair,

tetapi juga dibutuhkan untuk sepanjang proses re-epitelisasi dan diferensiasi.

Hubungan antara ekspresi MMP dan IL-8 menimbulkan dugaan bahwa ekspresi dan

aktivasi MMP dan diregulasi oleh peningkatan level sitokin proinflamasi IL-8.

Abnormalitas pada proses repair yang disebabkan karena infeksi bakteri / virus

yang terjadi secara berulang dapat menyebabkan terjadinya disregulasi dan aktivasi

MMP serta ketidakseimbangan antara MMP dan inhibitornya, sehingga akan

menimbulkan respon inflamasi pada epitelium yang berhubungan dengan

remodeling saluran udara (Coraux et al., 2005; Puchelle et al., 2006).

Peran sitokin dan faktor pertumbuhan dalam proses repair epitelium saluran

udara

Aktivasi kemokin, interleukin, faktor pertumbuhan, serta colony-

stimulating factor seringkali terjadi selama tahap awal inflamasi dan respon

kemotaksis epitelium saluran udara. Semua protein-protein tersebut tidak hanya

disekresikan oleh sel mesenkim, sel endotel, dan sel makrofag, tetapi juga

disekresikan oleh sel epitel ketika terjadi kerusakan dan saat proses perbaikannya.

Transforming growth factor (TGF)-β1 mengatur penyusunan matriks sementara

sebagai tempat sel epitel akan bermigrasi, yang mana diketahui bahwa dapat

meningkatkan proses perbaikan kerusakan melalui upregulasi MMP-2 (Lechapt-

Zalcman et al., 2006). Peningkatan ekspresi MMP-2 sebagai respon terhadap

(TGF)-β1 akan meningkatkan repair saluran udara dalam kondisi homeostasis,

sedangkan MMP-9 merupakan faktor penting dalam proses inflamasi yang ditandai

dengan perpanjangan proses remodeling.

48

Pada epitelium saluran udara normal, epidermal growth factor (EGF)

diekspresikan pada domain apikal, sedangkan reseptornya yaitu EGFR (Erb B)

terdapat pada domain basolateral (Vermeer et al., 2006). Meskipun diferensiasi sel

epitel pada manusia diketahui bergantung pada ErB2 (Casalino-Matsuda et al.,

2006), aktivasi EGFR dan reseptor IL-13 (IL-13R) diketahui dapat menyebabkan

terjadinya metaplasia pada mukosa dan sintesis mucin (Takeyama, 2001). IL-13

dapat secara langsung menginduksi ekspresi gen mucin dalam kondisi fisiologis

kultur sel epitel saluran udara, dan IL-14 seringkali mengalami overekspresi pada

kondisi metaplasia sel mukosa pada asma dan COPD. IL-9 dapat menginduksi

hiperplasia sel goblet selama proses repair pada epitelium saluran udara, yang mana

penghambatan ekspresi IL-9 dapat menurunkan proses repair. Metaplasia sel

mukosa saluran udara dapat dihalangi dengan cara menghambat sinyal

antiapoptosis EGFR dan transdiferensiasi IL-13. Selama proses perbaikan luka,

peptida seperti TFF2 menunjukkan efek sinergistik dengan EGF dan meningkatkan

migrasi sel epitel melalui aktivasi jalur persinyalan protein kinase-C dan

extracelluler signal-regulated kinase (ERK). Penghambatan jalur persinyalan

tirosin kinase EGFR dapat menghambat proses re-epitelisasi secara menyeluruh.

Migrasi sel epitel saluran udara juga diinduksi oleh faktor pertumbuhan dan peptida

motogen lain meliputi insulin, insulin-like growth factor, hepatocyte growth factor

(HGF), kalsitonin, dan peptida katelisidin LL-37. Stimulasi penutupan luka oleh

peptida antimikroba ini diperantarai oleh EGFR dan mitogen-activated protein

(MAP) / ERK.

Peran sel progenitor / sel punca

49

Stem punca somatik dewasa (adult somatic stem cell) merupakan sel yang

membantu dalam proses perkembangan jaringan yang sedang memperbarui diri. Sel

punca ini merupakan sel punca yang spesifik untuk jaringan tertentu, sel yang relatif

tidak berdiferensiasi, serta mempunyai kemampuan untuk menjaga sifat

multipoten-nya dalam konteks fisiologi di jaringan tempat mereka berada. Stripp &

Reynolds menggunakan istilah sel progenitor untuk sel apapun yang mempunyai

kapasitas untuk berproliferasi, yang mana istilah ini secara umum digunakan untuk

menunjukkan sel yang sedang berada dalam proses pembelahan sel atau

mempunyai kemampuan untuk memasuki siklus sel (Stripp & Reynolds, 2008).

Dalam sistem pernafasan, terdapat beberapa jenis sel punca epitelial dan sel

progenitor, yang mana sel-sel tersebut terlibat dalam proses repair dan regenerasi

jaringan. Pada jaringan bronchioles, sel Clara yang secara spesifik

mengekspresikan Clara cell-specific protein (CCSP) atau disebut juga

sekretoglobin 1A1, CC10, atau CCA menunjukkan karakter dari sel yang sedang

menggandakan diri (Stripp, 2008). Suatu studi melaporkan bahwa varian sel Clara

naphtalene-resistant yang berlokasi pada penghubung saluran bronchiolaveolar

(bronchiolaveolar duct junction; BADJ) dapat bertindak sebagai sel punca

(Giangreco et al., 2002). Selain itu, suatu studi lain menunjukkan bahwa sel epitel

yang mengekspresikan CCSP dan surfactant protein C hampir memenuhi semua

fenotip sel punca dan selanjutnya menamakan sel ini sebagai bronchioalveolar stem

cells (BASC) (Kim et al., 2005). BASC diketahui berkontribusi terhadap proses

repair pada bronchial terminal dan alveoli.

50

Gambar. Gambaran tempat sel punca pada saluran udara; [1] sel basal pada kelenjar

glandular, [2] sel basal pada permukaan epitelium saluran udara dalam

area interkartilago, [3] sel Clara pollutan-resistant dalam badan

neuroepitelial, [4] sel Clara pollutan-resistant pada penghubungan

saluran bronchioalveolar (Randell, 2006).

Pada alveolus, sel epitel alveolar tipe II dapat berdiferensiasi menjadi sel

epitel alveolar tipe I dan dipertimbangkan sebagai sel progenitor (Fehrenbach,

2001). Diantara sel alveolar tipe II, sebuah sub kelompok sel E-cadherin-negative

mempunyai aktivitas telomerase dan potensi proliferasi yang tinggi, serta resisten

terdadap stimulus kerusakan sel, sehingga selanjutnya sel ini juga dipertimbangkan

sebagai kandidat sel punca atau sel progenitor (Reddy et al., 2004). Di sisi lain, sel

yang positif mengekspresikan CCSP, SCA-1, SSEA-1 dan Oct-4 yang diambil dari

paru-paru mencit yang baru saja dilahirkan diketahui dapat berdiferensiasi menjadi

51

sel alveolar tipe I dan tipe II, sehingga dipertimbangkan juga sebagai kandidat sel

punca atau sel progenitor paru-paru (Ling et al., 2004). Tesei et al (2009)

menunjukkan bahwa pada bronchospheres yang diisolasi dari paru-paru manusia

terdapat sel-sel yang dapat berdiferensiasi menjadi sel epitel alveolar tipe II, sel

Clara, dan sel mesenkim. Penelitian lain menunjukkan keberhasilan dalam

mengisolasi populasi sel epitel alveolar tipe II dari paru-paru manusia dewasa

(Fujino et al., 2011). Hasil pengamatan tersebut mendukung dugaan adanya

keberadaan sel punca / progenitor pada jaringan paru-paru manusia.

Sel progenitor paru-paru dewasa mempunyai kemampuan untuk

memperbarui diri dan untuk proses regenerasi, serta bertindak sebagai sel punca /

progenitor ketika terjadi suatu luka dan kerusakan yang mempengaruhi proses

repair lokal (Otto, 2002; Stripp & Shapiro, 2006). Beberapa tipe sel pada paru-paru

mempunyai kemampuan untuk berfungsi sebagai sel progenitor ketika terjadi suatu

luka dan kerusakan. Sel-sel tersebut diduga berlokasi pada saluran submukosa

saluran udara bagian proksimal, daerah lingkaran intercartilaginous, badan

neuroepitelial, dan penghubung saluran bronchiol terminal / bronchoalveolar

(Giangreco et al., 2002; Kim et al., 2005). Jenis sel-sel yang teridentifikasi sebagai

sel progenitor pada paru-paru sangat beragam berdasarkan kompartemen paru-paru

tempat sel-sel tersebut berada (Neuringer & Randell, 2004; Otto, 2002). Hal

tersebut secara potensial termasuk mekanisme repair spesifik sebagai respon

terhadap kerusakan dan luka pada paru-paru yang akan mendatangkan beberapa

sumber sel progenitor berdasarkan tingkat kerusakan yang terjadi. Diduga bahwa

kerusakan ringan atau sedang akan menyebabkan aktivasi sel progenitor paru-paru

untuk mengembalikan homeostasis jaringan, sedangkan kerusakan parah yang

52

menyebabkan epitelial mengalami kerusakan berat akan menginduksi terjadinya

proses repair yang diperantarai oleh sel punca (Giangreco et al., 2009).

Salah satu karakteristik dari sel punca adalah sifatnya yang aktif untuk

berproliferasi. Pada kondisi normal, tingkat pergantian sel epitel paru-paru yang

relatif rendah akan dengan mudah diakomodasi oleh proses pembelahan, migrasi,

dan diferensiasi sel progenitor paru-paru. Berbeda dengan jaringan usus dan kulit

yang mana epiteliumnya seringkali mengalami pembaruan diri, epitelium paru-paru

hanya mengalami sedikit atau bahkan tidak mengalami pembaruan diri jika tidak

ada stimulus dari luar (Raiser et al., 2008).

Sel punca dari sum-sum tulang belakang maupun sel punca pada darah yang

tersirkulasi dapat berkembang menjadi sel epitel paru-paru (Krauses et al., 2001)

untuk memelihara dan melakukan repair pada jaringan paru-paru ketika terjadi

kondisi patologis. Selain sel punca dari sum-sum tulang belakang, diketahui juga

bahwa sel punca mesenkimal (mesenchymal stem cell; MSC), sel progenitor

endotel (EPC), dan sel fibrosit diketahui dapat berdiferensiasi menjadi sel epitel

paru-paru, sel mesenkimal, atau sel endotelial. Sel yang positif mengekspresikan

CCSP pada sum-sum tulang belakang diketahui mempunyai kemampuan untuk

berdiferensiasi menajdi sel epitel alveolar tipe I dan tipe II (Wong et al., 2009).

Meskipun paru-paru mengalami kerusakan parah yang disebabkan karena

pneumonia akut atau acute lung injury/ acute respiratory distress syndrome

(ALI/ARDS), fungsi paru-paru terkadang bisa kembali seperti pada kondisi normal.

Hal tersebut menunjukkan bahwa adanya partisipasi aktif dari mekanisme

perbaikan dan regenerasi jaringan ketika terjadi kondisi patologis. Pada pasien

dengan ALI/ARDS terjadi peningkatan jumlah EPC tersirkulasi yang disebabkan

53

karena adanya induksi dari suatu molekul mediator. Selain itu, pasien ALI yang

mengalami peningkatan jumlah EPC pada sistem sirkulasi akan mengalami

prognosis yang lebih baik, sehingga pada kondisi ALI diduga adanya peran EPC

dalam proses repair jaringan paru-paru (Burnham et al., 2005).

Permeabilitas mikrovaskuler pada paru-paru diregulasi terutama oleh

plastisitas sel epitel alveolar, yang mana normalisasinya sangat penting untuk

proses penyembuhan ALI/ARDS. Penelitian yang dilakukan oleh Kim et al., (2005)

menunjukkan adanya kontribusi BASC pada sel epitel alveolar dalam proses repair

dan regenerasi ketika terjadi kerusakan pada paru-paru. Sebuah pendapat lain

mengatakan bahwa jumlah total sel BASC adalah sedikit, sehingga diduga sel

tersebut tidak terlealu berperan dalam proses perbaikan alveolus maupun terminal

bronchioles (Rawlins et al., 2009, Nolen-Walston et al., 2008). Akan tetapi jika

ditemukan suatu cara untuk meningkatkan jumlah BASC, misalnya dengan

meregulasi jalur persinyalan Gata6-Wnt yang diketahui sangat diperlukan untuk

perbanyakan BASC, maka cara tersebut dapat menjadi sebuah target terapi untuk

proses repair epitelium paru-paru. Penelitian lain dengan menggunakan hewan coba

menunjukkan bahwa sel epitel alveolar tipe II yang berkembang dari sel punca

embrionik diketahui dapat menyembuhkan ALI, sehingga diduga bahwa sel punca

embrionik juga merupakan kandidat untuk terapi penyakit pada paru-paru yang

terkait dengan proses infalamasi (Fujishima, 2011).

Terkait dengan kasus fibrosis, kerusakan pada sel epitel diketahui dapat

menginduksi terjadinya fibrosis pada paru-paru, yang mana protein matriks

metalloproteinase (MMP) khususnya MMP-7 diketahui terlibat dalam proses ini

(Sisson et al., 2010; Fujishima et al., 2010). Peran sel epitel alveolar tipe II dalam

54

proses repair jaringan paru-paru terutama pada bagian intra-trakea diketahui dapat

meperbaiki kondisi fibrosis pada paru-paru. Selain sel epitel alveolar, sel endotel

vaskuler juga merupakan target utama dari stimulus baik ekstrinsik maupun

instrinsik ketika terjadi kerusakan. Delesi forkhead box M1 (FoxM1) yang

merupakan faktor kunci dalam proses transkripsi gen-gen yang terlibat dalam

proses proliferasi sel pada sel endotelial diketahui dapat memperburuk kerusakan

pada paru-paru yang disebabkan oleh LPS (Zhao et al., 2006). Berdasarkan

penelitian-penelitian yang telah dilakukan seperti yang telah disebutkan

sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa restorasi sel endotel dan sel epitel alveolar

dapat digunakan sebagai salah satu strategi terapi penyakit pada paru-paru yang

terkait dengan proses inflamasi.

55

BAB IV

Mutasi pada sel epitel paru

Epitelium saluran pernafasan pada manusia ketika terpapar dengan senyawa

oksidan maupun polutan tertentu dapat mengalami resiko kerusakan DNA dan

membutuhkan respon adaptif untuk mencegah kerusakan sel karena induksi dari

lingkungan. Salah satu contoh adalah induksi kerusakan strand DNA yang dapat

mengancam viabilitas seluler, integritas genom sel, dan perubahan genomik terkait

dengan transformasi dan progresi neoplastik. Senyawa oksigen reaktif (reactive

oxygen species; ROS) seperti hidrogen peroksida diketahui dapat menginduksi

terjadinya kerusakan strand DNA baik pada sel line epitel bronchial (BEAS-2B)

maupun pada kultur sel primer epitel bronchial (McDonal et al., 1993; Lee et al.,

1994).

Paparan ozon diketahui dapat menginduksi single strand break (SSB) pada

makrofag alveolar. Diduga ozon dapat menginduksi SSB terutama diperantarai oleh

H2O2. Selama reaksi dengan DNA, oksigen radikal dapat memproduksi lebih dari

30 senyawa dan ratusan perubahan kimia yang berbeda pada DNA sehingga

meningkatkan resiko mutagenik (Feig et al., 1994) pada berbagai sistem di dalam

sel (Satoh & Lindahl, 1994). Senyawa oksidan dapat menyebabkan DNA strand

breaks (DSB) dan kerusakan DNA secara langsung. DSB selanjutnya akan

mengaktivasi enzim kromosomal poly(ADP-ribose)polimerase untuk

menggunakan NAD yang penting untuk produksi poly(ADP-ribose) yang

memfasilitasi proses repair DNA.

Kerusakan DNA pada level rendah akan menginduksi sintesis polimer yang

akan memfasilitasi proses repair DNA, akan tetapi ketika kerusakan DNA sangat

56

parah dan terjadi dalam periode yang panjang akan menyebabkan berkurangnya

substansi NAD secara drastis dan mempengaruhi metabolisme seluler. Hal tersebut

dapat menyebabkan sel akan mengalami pembengkakan dan degenerasi (Berger et

al., 1986). Kerusakan DNA yang sementara dapat mentransmisikan sinyal pada

komponen seluler lain seperti p53(Satoh et al., 1994). Senyawa yang secara cepat

menginduksi DSB alam secara cepat pula dalam menginduksi peningkatan ekspresi

protein p53. Fungsi utama protein p53 adalah untuk regulasi check-point fase G1-

S dalam siklus sel serta memerantarai proses apoptosis (Smith et al., 1994).

Keberadaan DSB pada sel pernafasan dapat digunakan sebagai biomarker adanya

paparan ozon dari lingkungan.

Faktor yang diduga bertanggung jawab terhadap SSB DNA adalah

perkembangan metaplasia skuamosa pada epitelium, yang mana merupakan

populasi sel baru yang mengalami resistensi kerusakan yang disebabkan oleh faktor

lingkungan. Epitelium yang mengalami metaplasi tersebut merupakan respon

adaptif seluler tipe B. Populasi sel baru yang resisten tersebut diduga mengalami

perubahan biokimia sel-nya, seperti berkurangnya efek toksik dari xenobiotik.

Perubahan ekspresi enzim antioksidan diduga juga merupakan faktor tebentuknya

resistensi sel. Studi yang dilakukan oleh Plopper et al (1994) menunjukkan adanya

perubahan ekspresi glutathion transferase, glutathion peroksidase, dan superoksida

dismutase pada paru-paru tikus sebagai respon terhadap paparan ozon jangka

panjang. Antioksidan berlokasi pada lapisan luar saluran pernafasan yang penting

dalam menentukan resistensi epitelium terhadap polutan yang terinhalasi (Slade et

al., 1993). Sebuah penelitian lain menunjukkan bahwa pada seseorang yang

57

merokok, terjadi upregulasi gen-gen yang terkait dengan antioksidan pada

epitelium saluran udara (Hacket et al., 2003).

p53 dan K-ras

Mutasi pada gen penting merupakan penyebab perkembangan kanker, yang

mana seringkali terkait dengan paparan asap rokok. Mutasi pada proto-onkogen dan

atau inaktivasi gen supresor tumor berhubungan dengan proses karsinogenesis.

Perubahan genetik yang paling banyak terjadi pada kanker paru-paru adalah mutasi

titik (point mutation) pada gen proto-onkogen K-ras dan pada gen supresor tumor

p53 (Anderson & Spandidos, 1993). Berbagai studi menunjukkan bahwa

karsinogen kimia dapat secara selektif menginduksi perubahan pasang basa

spesifik, seperti yang ditemukan pada kodon 12, 13, dan 61 dari gen K-ras serta

pada kodon 249 dan 273 dari gen p53 (Fong et al., 1993). Paparan dengan 4-

(methylnitrosoamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone, sebuah senyawa karsinogen yang

terdapat pada asap rokok diketahui dapat menginduksi terjadinya tumor paru-paru.

Pada penelitian tersebut ditemukan adanya mutasi gen K-ras pada kodon 12

sebanyak 50%, akan tetapi tidak ditemukan adanya mutasi pada gen p53 (Oreffo et

al., 1992). Suatu penelitian lain menunjukkan bahwa pada tumor ditemukan

sebanyak 77-94% mutasi pada gen K-ras, tetapi hanya ada satu tumor yang

mengalami mutasi pada gen p53. Pada studi genetika molekuler, mutasi pada gen

K-ras (sebagian besar perubahan basa GT pada kodon 12) terjadi pada 30-60%

kasus adenokarsinoma (AC) dan 10% pada karsinoma sel skuamosa (SC) dari

perokok (Li et al., 1994).

Mutasi pada gen p53 secara luas terdistribusi diseluruh ekson 4-9, yang

mana mutasi paling umum terjadi adalah perubahan basa nitrogen GT yang

58

ditemukan pada kanker paru-paru yang terkait asap rokok. Campuran dari senyawa

mutagenik polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) yang terdapat pada asap rokok

terutama akan menyerang basa guanin.

Akumulasi mutasi pada gen-gen yang meregulasi pertumbuhan seluler

seringkali berhubungan dengan proses karsinogenesis. Penyebab kerusakan DNA

dapat terjadi baik karena faktor endogen melalui peningkatan ketidak-stabilan

replikasi DNA maupun faktor endogen seperti paparan mutagen atau radiasi.

Berbagai komponen genotoksik telah diketahui dapat secara selektif menginduksi

perubahan pasangan basa spesifik pada gen-gen yang terkait dengan kanker.

Famili gen ras yang merupakan proto-onkogen diketahui menghubungkan

antara proses karsinogenesis dan aktivasi proto-onkogen, yang mana mutasi

seringkali terjadi pada ekson penting yang dibutuhkan untuk hidrolisis GTP

intrinsik. Paparan asap rokok diketahui dapat menyebabkan terjadinya mutasi pada

kodon 12, 13, atau 61 dari gen proto-onkogen K-ras (Rodenhuis et al., 1988).

Penelitian lain yang dilakukan oleh Gao et al., (1997) menunjukkan bahwa mutasi

pada gen K-ras terdistribusi antara kodon 9 dan 32 pada ekson 1, yang mana mutasi

paling sering terjadi adalah pada kodon 15 (GA). Diduga mutasi pada kodon

tersebut sangat berpengaruh terhadap aktivitas onkoprotein.

Asap rokok mengandung berbagai senyawa karsinogen dan promotor

tumor. Pada kanker paru-paru diketahui bahwa pasien perokok mempunyai

frekuensi mutasi gen K-ras yang lebih tinggi dibandingkan dengan pasien yang

tidak merokok. Senyawa karsinogen 4-aminobifenil (4-ABP) yang terdapat pada

asap rokok sebagian besar membentuk kompleks dengan guanine forming-N-

(deoxyguanosine-8-yl)-4-aminobiphenyl, yang mana senyawa tersebut mempunyai

59

kemampuan mutagenik yang lemah dan sebagian besar menginduksi perubahan

basa GT dan AT pada DNA (Lasko et al., 1988; Meuth, 1990).

Analisis mutasi pada ekson 7 dan 8 dari gen p53 menunjukkan bahwa

sebanyak 18 dari 27 tumor mengalami mutasi. Kanker paru-paru mempunyai

persentase mutasi GT paling banyak karena induksi senyawa benzo[a]pyrene

teraktivasi yang terdapat pada asap rokok (Mazur & Glickman (1988). Gen supresor

tumor p53 mengkode protein yang meregulasi ekspresi berbagai gen dan

mempengaruhi berbagai fungsi seluler, termasuk DNA repair, checkpoint siklus sel

dan apoptosis. Protein p53 dapat mengaktivasi transkripsi gen WAF1/CIP1 yang

mengkode protein dengan berat molekul 21 kDa terkait dengan kompleks dan

penghambatan aktivitas cyclin D1-cyclin-dependent kinase (cdk)4 (El-Deiry et al.,

1993). Hal tersebut akan mencegah sel memasuki fase S dari siklus sel. Mutasi pada

gen p53 dapat menyebabkan hilangnya fungsi supresor tumor serta dapat juga

menyebabkan fungsi yang abnormal dari protein mutan (Gualberto et al., 1998).

Mutasi missense menyebabkan akumulasi abnormal protein p53 yang dapat

divisualisasi secara imunohistokimia (Iggo et al., 1990). Akumulasi abnormal dari

protein dan gen p53 seringkali terjadi pada lesi pre-kanker (displasia) pada

epitelium paru-paru (Sozzi et al., 1992; Bennet et al., 1993).

IL-8

Sel epitel saluran udara merupakan target senyawa diesel exhaust particle

(DEP) yang berkontribusi terhadap induksi inflamasi saluran udara oleh PM

melalui sintesis sitokin dan kemokin. Berbagai studi baik secara in vitro maupun in

vivo menunjukkan bahwa DEP dapat menginduksi eskpresi sitokin proinflamasi

60

dan kemokin seperti IL-8, IL-1α, GM-CSF, dan Gro-α. Sitokin IL-8 merupakan

aktivator neutrofil yang disekresikan oleh sel epitel saluran udata dan sering

digunakan sebagai pendanda biologi adanya inflamasi pada jaringan paru-paru

(Strieter, 2002). Ekspresi IL-8 mengalami peningkatan pada epitelium saluran

udara yang terpapar dengan PM dan komponen metal PM seperti Zn2+ dan V4+

(Kim et al., 2006). Selain itu ekspresi IL-8 juga akan mengalami peningkatan ketika

terjadi paparan dengan DEP (Mudway et al., 2004), residual partikel oil fly ash

(ROFA) (Carter, 1997) dan polutan dalam bentuk gas seperti ozon dan yang

lainnya. Ekspresi mediator proinflamasi karena paparan DEP diregulasi pada level

transkripsi oleh berbagai jalur persinyalan yang dapat mengaktivasi faktor

transkripsi seperti AP-1 dan NFκB (Takizawa et al., 1999).

Region promotor gen IL-8 mengandung beberapa elemen regulator pada

ujung 5’, meliputi binding site untuk NFκB, AP-1, AP-2, AP-3, CCAAT/enhancer

binding protein β (C/EBPβ), interferon regulatory factor 1, dan glucocorticoid

response element (Mukaida et al., 1998; Strieter, 2002). Paparan dengan DEP yang

memiliki konten organik dalam jumlah tinggi (A-DEP) dapat menginduksi ekspresi

IL-8 NFκB-dependent pada sel kultur epitel saluran udara BEAS-2B. Selain itu,

DEP yang mengandung senyawa organik rendah (N-DEP) juga diketahui dapat

menstimulasi ekspresi IL-8, sehingga diduga DEP dapat menginduksi repson

inflamasi pada epitelium saluran udara melalui beberapa mekanisme.

Promotor gen IL-8 mengandung binding site untuk beberapa faktor

transkripsi termasuk NFκB dan AP-1, yang mana kedua faktor transkripsi tersebut

dapat teraktivasi karena adanya paparan PM (Pourazar et al., 2005). Terdapat

kemungkinan bahwa aktivasi transkripsi yang diperantarai oleh NFκB bertanggung

61

jawab terhadap ekspresi IL-8 yang diinduksi oleh N-DEP dan A-DEP. Mutasi

NFκB respon element pada promotor gen IL-8 (IL-8mNFκB) pada sel line sel epitel

manusia (BEAS-2B) menunjukkan respon sangat berbeda ketika terpapar dengan

N-DEP, sedangkan induksi A-DEP diketahui tidak mempengaruhi aktivitas

promotor ketika terjadi mutasi pada elemen respon NFκB. Hal tersebut

menunjukkan bahwa ekspresi IL-8 membutuhkan NFκB ketika diinduksi dengan

N-DEP, sedangkan akan mengalami mekanisme NFκB-independent ketika

diinduksi dengan A-DEP. Sebuah studi menunjukkan bahwa mutasi pada elemen

respon AP-1 secara signifikan menurunkan aktivitas promotor IL-8 ketika terpapar

dengan A-DEP, sehingga dapat disimpulkan bahwa aktivitas promotor IL-8 karena

induksi A-DEP adalah AP-1 dependent. Elemen respon NFκB pada promotor IL-8

terletak berdekatan dengan elemen pengenalan C/EBPβ dan diketahui saling

bekerja sama dalam meregulasi ekspresi IL-8. Diketahui bahwa mutasi elemen

respon C/EBPβ pada promotor IL-8 (IL-8mCEBPβ) dapat menghambat sebagian

aktivitas promotor yang dipapar dengan N-DEP (Tal et al., 2010)

62

BAB V

Radikal Bebas pada Sel Epitel Paru

Sel epitel saluran udara merupakan sel yang membentuk pertahanan pertama

terhadap polutan di udara. Pada tracheobroncial saluran udara, partikel-partikel

ditangkap oleh lapisan mukus, yang mana pergerakan silia berfungsi untuk

menghilangkan substansi yang tidak bisa dieliminasi oleh epitelium (Lehnert,

1993). Selain itu sel-sel fagosit juga mempunyai peran dalam proses pembuangan

partikel-partikel tersebut (Lehnert, 1990). Partikel pada saluran udara dapat

mengaktifkan sel-sel inflamasi untuk memproduksi senyawa oksigen reaktif dan

nitrogen reaktif (ROS / RNS) dengan konsentrasi tinggi, serta ikut berperan dalam

pembentukan senyawa reaktif lain secara langsung seperti senyawa superoksida

(O2•‾), hidroksil radikal (OH•), hidrogen peroksida (H2O2), nitrit oksida (NO•), dan

peroksinitrit (ONOO‾). Sebagai contoh, senyawa dengan reaktivitas tinggi seperti

hidroksil radikal yang dapat terbentuk melalui reaksi Fenton juga dapat diproduksi

karena inhalasi senyawa yang mengandung iron asbestos fiber yang juga dapat

menimbulkan terbentuknya ROS. Berikut ini adalah proses reaksi Fenton:

Fe(II) + H2O2 + H+ HO• + Fe(III) + H2O

Selain berperan sebagai pertahanan pertama terhadap partikel polutan dan

ROS/RNS, fungsi epitelium saluran udara adalah sebagai sebuah efektor dalam

respon terhadap stimulus gangguan. Respon fisiologis berhubungan dengan

epitelium antara lain yaitu peningkatan sekresi mukus, produksi mediator inflamasi,

perekrutan sel-sel inflamasi, dan pembentukan ROS/RNS (Cohn et al., 1997). Suatu

penelitian menunjukkan bahwa ROS/RNS bertindak sebagai molekul persinyalan

dalam respon epitelium saluran udara terhadap oksidan endogen atau sitokin

63

(Wright et al., 1996; Krunkosky et al., 1996). Sel-sel epitelium sendiri yang

merupakan sel yang pertama kali terpapar oleh partikel polutan dapat secara

langsung membentuk ROS/RNS. Sel-sel inflamasi seperti sel makrofag juga dapat

membentuk ROS/RNS dalam jumlah besar sebagai respon terhadap paparan

partikel (Becker et al., 1996). Selain itu makrofag juga dapat melepaskan sitokin

TNF-α sebagai respon terhadap paparan partikel atau fiber (Simeonova & Luster,

1995). TNF-α selanjutnya dapat menimbulkan berbagai respon yang berbeda di

dalam sel epitel tergantung pada pembentukan ROS/RNS intraseluler. Keberadaan

ROS/RNS di dalam sel menyebabkan terjadinya aktivasi sinyal transduksi yang

mengarahkan pada perubahan ekspresi seluler yang berhubungan dengan luka pada

sel epitel yang terjadi setelah terjadi paparan dengan polutan udara.

ROS/RNS dapat dibentuk dalam berbagai cara setelah inhalasi partikel

polutan, yaitu: (1) partikel polutan itu sendiri dapat merupakan partikel dengan

senyawa reaktif; (2) pembentukan ROS karena proses fagositosis partikel, yang

mana produksi ROS dapat dikatalisis oleh metal atau senyawa reaktif lain yang

menyusun partikel yang telah difagosit. Partikel polutan dan fiber juga dapat

menginduksi reaksi inflamasi kronis pada saluran udara yang dikarakterisasi oleh

adanya akumulasi sel makrofag alveolar (Lemaire & Ouellet, 1996; Arif et al.,

1993) dan sel neutrofil (Pritchard et al., 1996). Makrofag alveolar merupakan sel

pada paru-paru yang secara konstan terpapar partikel polusi udara. Ketika terjadi

kontak dengan partikel polutan lingkungan, makrofag alveolar akan menjadi aktif

dan memproduksi ROS dalam jumlah yang sangat besar (Huang et al., 2009).

Sebuah penelitian dengan menggunakan PM yang berasal dari hasil

pembakaran (diesel, gasolin, pembakaran kayu, asap rokok, dsb) menunjukkan

64

bahwa partikel mengandung radikal semiquinon yang stabil dengan konsentrasi

tinggi mempunyai kemampuan untuk membentuk ROS melalui siklus redoks

quinon. Siklus redoks senyawa semiquinon diduga merupakan mekanisme

toksikologi pada paru-paru karena DEP. Rokok tembakau mengandung senyawa

radikal semiquinon yang stabil (Pryor, 1992) diduga sebagai komponen paling

berbahaya (Squadrito et al., 2001). Radikal bebas pada PM dan metal transisi dapat

mengkatalisis pembentukan ROS yang selanjutnya menyebabkan peningkatan

kerusakan oksidatid san sitotoksisitas seluler (Balakrishna et al., 2009; Gehling et

al., 2013). PM diketahui dapat menstimulasi aktivasi NF-κB, upregulasi produksi

sitokin, serta menyebabkan sitotoksisitas pada sel epitel. Suatu penelitian

menunjukkan adanya peningkatan ekspresi protein dan mRNA IL-8 pada kultur sel

epitel bronchial manusia sebagai respon terhadap paparan PM dari Provo UT (~0.5-

1.3 μg/mm2) (Ghio et al., 1999; Kennedy et al., 1998).

Banyaknya jumlah H2O2 dapat terbentuk melalui aktivasi sel inflamasi

melalui mekanisme ledakan senyawa oksidatif. Meskipun hidrogen peroksida

adalah oksidan yang lemah, akan tetapi senyawa tersebut dapat dikonversi menjadi

hidroksil radikal yang sangat reaktif ketika terdapat metal transisi seperti ion besi

(Fe2+) dan kupro (Cu1+) (Konat, 2003). Mekanisme radikal non-hidroksil radikal

melibatkan reaksi antara iron dan oksigen sehingga membentuk feril atau perferil

radial (Schafer et al., 2000).

Berbagai unsur pokok organik dan anorganik dari partikel mempunyai

potensi untuk menginduksi pembentukan ROS, baik secara langsung melalui reaksi

kimia redoks atau melalui stimulasi sel untuk meningkatkan produksi ROS. Partikel

yang terinhalasi dan mengendap di dalam paru-paru bagian distal mempunyai

65

potensi untuk pembentukan ROS, tergantung pada area permukaan partikel dan

komposisi reaktif dari partikel. Beberapa transisi metal pada partikle dapat

berfungsi sebagai katalis untuk produksi ROS. ROS diproduksi oleh reaksi Fenton-

like atau dengan stimulasi ledakan oksidatif pada sel yang memfagosit partikel yang

mengandung metal. Sebagai contoh, residu partikel oil fly ash yang banyak terdapat

pada vanadium dapat menginduksi pembentukan oksidan pada sel makrofag

alveolar dan sel epitel (Kadiiska et al., 1997; Goldsmith et al., 1998; Hiura et al.,

1999). Diesel exhaust particle (DEP) dan LPS dari bakteri gram negatif juga

diketahui dapat menstimulasi pembentukan ROS pada sel makrofag alveolar.

Fagositosis DEP oleh sel makrofag alveolar menginduksi pembentukan senyawa

oksidan dengan cepat sehingga menyebabkan aktivasi jalur apoptosis (Hiura et al.,

1999). Selain itu, readikal semi-quinon yang berasal dari pembakaran DEP dapat

memerantarai siklus redoks yang mana akan mendukung produksi ROS (Squadrito

et al., 2001).

Gambar. Diagram representatif yang menunjukkan mekanisme pembentukan ROS

intraseluler karena paparan nanopartikel. Aktivitas katalitik dari

nanopartikel dapat berkontribusi secara langsung terhadap pembentukan

ROS (direct), atau melalui keseimbangan alami dalam pembentukan dan

degradasi ROS juga dapat mempengaruhi level ROS jika nanopartikel

berinteraksi dengan jalur persinyalan, metabolit, atau unsur sel yang lain.

66

ROS/RNS yang diproduksi baik oleh sel epitel saluran udara maupun sel

fagosit diduga berperan secara langsung maupun tidak langsung dalam respon

biologis epitelium saluran udara terhadap paparan partikel udara. ROS dapat secara

langsung merusak jaringan melalui peroksidasi lipid seluler, kerusakan double-

strand DNA, serta oksidasi struktur dan fungsi protein (Hardy & Aust, 1995).

Berbagai proses tersebut selanjutnya dapat menyebabkan terjadinya kerusakan

transport ion, kerusakan reseptor permukaan sel, kematian sel, atau transformasi sel

menjadi sel kanker (Wright et al., 1994).

Kerusakan biologis akan terus meningkat karena produksi ROS/RNS dapat

meningkatkan penyerapan lebih banyak partikel oleh epitelium. Sumber eksogen

ROS seperti asap rokok, ozon, dan hidrogen peroksida juga dapat meningkatkan

penyerapan partikel pada trakea. Proses penyerapan ini dapat dihalangi oleh

katalase (kecuali pada asap rokok yaitu oleh superoksida dismutase). Diduga ROS

dapat meningkatkan penyerapan partikel melalui efek langsung pada epitelium

tracheobroncial, seperti kerusakan sitoskeleton dan peroksidasi lipid membran

(Churg, 1996).

ROS/RNS juga dapat berfungsi sebagai efektor persinyalan intraseluler di

dalam epitelium saluran udara (Rochelle et al., 1996). ROS/RNS diduga dapat

secara langsung berfungsi sebagai molekul persinyalan. Sebagai contoh, nitrit

oksida dapat berfungsi sebagai molekul persinyalan melalui aktivasi guanilil siklase

terlarut (Schmidt et al., 1993) atau nitrosilasi langsung protein regulator transkripsi

(Simom et al., 1996). Selain itu ROS/RNS juga dapat bertindak secara tidak

langsung dalam suatu sinyal transduksi, contohnya yaitu beberapa oksidan

ekstraseluler dapat meningkatkan oksidan intraseluler yang mana ROS/RNS akan

67

bereaksi dengan senyawa radikal intraseluler dan menggeser keseimbangan

biokimia dan merubah status redoks sel. Perubahan keadaan redoks dapat

berpengaruh terhadap aktivasi faktor transkripsi yang sensitif terhadap keberadaan

oksidan di dalam sel (Meyer et al., 1994). Diketahui bahwa perubahan status redoks

pada sel paru-paru dapat menstimulasi aktivasi faktor transkripsi NFκB.

Kemungkinan mekanisme yang bertanggung jawab terhadap terbentuknya luka

karena paparan polutan udara diduga terjadi karena aktivasi faktor transkripsi oleh

ROS/RNS baik secara langsung maupun tidak langsung, sehingga menyebabkan

perubahan ekspresi gen di dalam sel.

Pembentukan ROS karena paparan partikel merupakan sinyal untuk

mengaktifkan persinyalan intraseluler, termasuk reseptor tirosin kinase, mitogen-

activated protein (MAP) kinase serta faktor transkripsi. Persinyalan tersebut dapat

memerantarai aktivasi transkripsi dan ekspresi berbagai gen yang terlibat dalam

proses inflamasi. Peningkatan pembentukan senyawa oksigen reaktif seperti

superoksida anion (O2‾ ) dan hidrogen peroksida (H2O2) diketahui berhubungan

dengan inflamasi karena luka pada jaringan (Rosen et al., 1995). Selain ROS,

senyawa nitrogen reaktif (RNS) juga diproduksi oleh sel-sel paru ketika terpapar

oleh suatu partikel. Nitrit oksida (NO) yang dilepaskan oleh sel-sel inflamasi

bereaksi dengan O2‾ untuk membentuk peroksinitrit (ONOO‾ ) (Pryor et al., 1995).

ONOO‾ dapat menyebabkan nitrasi residu tirosin pada protein sehingga dapat

memodifikasi fungsi protein. Nitrasi protein diketahui terdapat pada jaringan paru-

paru ketika terjadi paparan dengan partikel dan fiber (Rosen et al., 1995; Zhu et al.,

1998). Hal tersebut menimbulkan dugaan bahwa pembentukan ONOO‾ yang diikuti

68

oleh nitrasi residu tirosin dan disfungsi protein turut berperan dalam progresi

penyakit pada paru-paru yang diinduksi oleh paparan partikel.

Senyawa H2O2 endogen dapat bereaksi dengan unsur pokok partikel sehingga

mempengaruhi respon sitotoksik sel. Partikel yang mempunyai unsur metal seperti

vanadium dapat bereaksi dengan H2O2 sel sehingga membentuk peroksovanadat

yang merupakan inhibitor protein tirosin fosfatase (PTP). Penghambatan PTP oleh

peroksovanadat bersifat irreversibel dan menyebabkan perpanjangan aktivasi MAP

kinase dan stres seluler (Ingram et al., 2003), sehingga diduga bahwa vanadium

dapat menyebabkan perpanjangan fosforilasi molekul persinyalan intraseluler dan

menyebabkan terjadinya stres seluler yang mempengaruhi ekspresi gen dan

apoptosis.

69

Gambar. Diagram representatif 3 tipe partikel, yaitu: diesel exhaust particle (DEP), urban

air particles (UAP), dan partikel residual oil fly ash (ROFA). Partikel LPS dan

metal (vanadium dan zinc) dari UAP dapat mengaktivasi reseptor TLR4 dan

EGFR (Bonner, 2007).

Partikel dapat menstimulasi sel paru-paru untuk melepaskan mediator

inflamasi dengan mengaktivasi jalur persinyalan intraseluler yang mengarahkan

pada peningkatan atau penurunan ekspresi gen. Reaktivitas partikel merupakan

salah satu faktor pembentukan ROS, yang mana akan mengaktifkan reseptor tirosin

kinase, MAP kinase dan faktor transkripsi seperti NF-κB dan STAT-1. Epidermal

growth factor receptor (EGFR) merupakan target utama induksi aktivasi seluler

oleh partikel (Bonner et al., 2002). ROS dapat menghambat protein tirosin fosfatase

(PTP) yang berhubungan dengan domain intraseluler EGFR. Inaktivasi PTP

menyebabkan fosforilasi EGFR dan selanjutnya akan mengaktivasi jalur

persinyalan MAPK. Vanadium mampu untuk membentuk H2O2 dan membentuk

peroksovanadat, yang mana strukturnya mirip dengan molekul fosfat dan bertindak

sebagai PTP inhibitor (Samet et al., 1997). Melalui penghambatan PTP, vanadium

dapat mengaktivasi EGFR melalui mekanisme ligand-independent. Selain itu,

metal juga dapat menyebabkan pelepasan ligan EGFR untuk berikatan dan

mengaktifkan EGFR melalui mekanisme ligand-dependent (ikatan ligan-reseptor)

(Bonner, 2007).

Aktivasi EGFR oleh partikel menyebabkan terjadinya aktivasi persinyalan

kaskade downstream, salah satunya adalah jalur persinyalan MAP kinase. MAPK

merupakan protein persinyalan intraseluler yang sangat penting dan berperan dalam

berbagai fungsi fisiologis sel, seperti pertumbuhan, perkembangan, dan diferensiasi

sel (Davis, 1995). Terdapat tiga kelas utama MAP kinase, yaitu: extracellular

70

signal-regulated kinase (ERK), c-Jun-N-terminal kinase (JNK), dan p38 MAP

kinase, yang mana semuanya dapat diaktifkan oleh stres seluler karena induksi

partikel. Ko-aktivasi MAP kinase diduga dibutuhkan untuk peningkatan produksi

faktor pertumbuhan yang diinduksi oleh paparan partikel pada sel-sel paru. Sebagai

contoh, ko-aktivasi ERK dan p38 MAP kinase diketahui dibutuhkan untuk stimulasi

HB-EGF yang diinduksi oleh vanadium pada sel epitel bronchial pada manusia dan

sel fibroblast paru-paru pada manusia (Zhang et al., 2001; Ingram et al., 2003).

Faktor transkripsi dapat diaktivasi oleh partikel melalui ROS, metal, atau

LPS. Vanadium merupakan aktivator kuat untuk NF-κB dan STAT-1 yang mana

merupakan mediator untuk produksi berbagai sitokin proinflamasi dan protein

untuk induksi apoptosis (Wang et al., 2003). Paparan DEP atau PM10 pada sel

epitel saluran udara diketahui dapat meningkatkan ikatan antara NF-κB dengan

DNA. Selain itu, vanadium diketahui dapat mengaktivasi NF-κB pada sel epitel

saluran udara melalui aktivasi EGFR dan p38 MAP kinase yang diinduksi oleh

peroksida (Jaspers et al., 2000; Wu et al., 2002). LPS yang terdapat pada beberapa

partikel seperti UAP juga diketahui dapat mengaktivasi TLR4 untuk mengaktifkan

faktor transkripsi NF-κB (Bowie & O’Neill, 2000; Soukup & Becker, 2001).

Komponen biologi di dalam PM juga dapat secara langsung menginduksi

terjadinya inflamasi melalui ikatannya dengan TLR2 atau TLR4 atau reseptor

sistem imun inat lainnya (Becker et al., 2005). Diduga bahwa komponen lain dari

PM yang kaya akan metal juga dapat mengaktivasi jalur inflamasi melalui aktivasi

TLR secara langsung atau melalui oksidasi komponen biologi endogen yang

selanjutnya bertindak sebagai ligan dari TLR (Cho et al., 2005). Terdapat beberapa

bukti bahwa PM dapat mengaktivasi persinyalan inflamasi MAPK melalui reseptor

71

angiotensin II dependent-pathway. Respon inflamasi tersebut juga dapat

memperburuk stres oksidatif melalui upregulasi NADPH oksidase seluler yang

selanjutnya menginisiasi siklus feedback positif (Li et al., 2005).

Gambar. Respon epitelium saluran udara ketika terjadi paparan dengan partikel

polutan (Martin et al., 1997).

Selama proses fagositosis partikel polutan, sel makrofag akan memproduksi

beberapa mediator yang terlibat dalam respon inflamasi dan fibrosis pada saluran

udara, salah satunya adalah TNF-α yang mempunyai peran penting dalam

memerantarai respon sel karna adanya paparan partikel polutan. Contohnya yaitu

ketika sel line makrofag dipapar dengan silika, sel-sel tersebut akan melepaskan

TNF-α dalam jumlah yang lebih banyak (Driscoll et al., 1990; Zhang et al., 1993).

Hubungan saling mempengaruhi antara ROS/RNS dengan TNF-α pada saluran

udara sangat kompleks. TNF-α dapat menyebabkan pelepasan senyawa oksigen

radikal oleh sel makrofag yang teraktivasi, sedangkan paparan stres radikal bebas

pada sel makrofag juga akan menyebabkan pelepasan TNF-α oleh sel makrofag

(Chaudri & Clark, 1989).

72

TNF-α diduga memerantarai respon terhadap adanya paparan partikel asing

pada saluran udara melalui mekanisme yang tergantung pada pembentukan

ROS/RNS intraseluler. Peningkatan level oksidan seluler dapat mengubah glutation

seluler menjadi bentuk teroksidasinya. Paparan TNF-α endogen pada sel epitel

alveolar tipe II (A549) menyebabkan penurunan level glutation seluler secara

signifikan, yang mana kondisi tersebut berhubungan dengan peningkatan level

glutation teroksidasi (Rahman et al., 1995). Hal tersebut menimbulkan dugaan

bahwa TNF-α dapat menyebabkan pembentukan ROS intraseluler. Mekanisme

pembentukan ROS baik secara langsung maupun tidak langsung oleh sel epitelium

dan sel fagositik selanjutnya akan menyebabkan timbulnya berbagai respon seluler

yang berbeda.

Pelepasan TNF-α oleh sel makrofag alveolar teraktivasi setelah inhalasi

partikel asing mempunyai efek ganda pada saluran udara meliputi: perubahan

permeabilitas epitel, hipersekresi mucin, peningkatan eskpresi intercellular

adhesion molecule 1 (ICAM-1), serta peningkatan produksi IL-6, IL-8, dan GM-

CSF. ICAM-1 merupakan molekul adhesi seluler yang bertanggung jawab terhadap

proses adhesi, diapedesis, dan migrasi interstitial sel-sel inflamasi (Korthuis et al.,

1994). Hiperresponsivitas saluran udara seperti yang terjadi pada penderita asma

diketahui berhubungan dengan peningkatan ekspresi ICAM-1 (Gundel et al., 1993).

Studi baik secara in vivo maupun in vitro menunjukkan bahwa ekspresi ICAM-1

dapat mengalami peningkatan karena induksi dari TNF-α, IL-1, dan IFN-γ (Lasalle

et al., 1993).

Beberapa studi menunjukkan bahwa ROS yang dibentuk oleh NADPH

oksidase atau pattern-recognition receptor diduga memodulasi beberapa respon

73

yang terjadi (Dostert et al., 2008). Tikus knockout NADPH-oksidase setelah dipapar

dengan PM menunjukkan rendahnya ekspresi IL-6 dan macrophage inflammatory

protein-2 dibandingkan dengan tikus kontrol (Becher et al., 2007). Paparan

terhadap PM2.5 pada tikus model yang diinduksi obesitas selama 24 minggu

menunjukkan terjadinya peningkatan ekspresi TNFα dan IL-6. Selain itu juga

terjadi peningkatan adipokin (resistin dan plasminogen activator inhibitor-1) pada

sistem sirkulasi (Sun et al., 2009). Peningkatan sitokin melalui sumber adiposa

meningkatkan kemungkinan sumber non-pulmonari sistemik dari beberapa sitokin

yang terlibat dalam proses inflamasi (Brook et al., 2010).

Mekanisme molekuler yang bertanggung jawab dalam induksi stres

oksidatif paru-paru dan inflamasi, serta hubungannya dengan interaksi antara paru-

paru dan sel imun, PM yang terinhalasi, dan sekresi senyawa protektif (surfaktan,

protein, dan antiokasidan) sangatlah komplek (Simkhovich et al., 2008). Ukuran,

muatan, solubilitas, agregasi, serta struktur kimia berperan penting dalam

menentukan respon yang akan terjadi. Karena mempunyai ukuran yang sangat

kecil, UFP dapat secara langsung masuk ke dalam sel paru-paru melalui jalur non-

fagositik dan selanjutnya mempengaruhi organel sel, salah satunya adalah

mitokondria. Partikel dengan ukuran lebih besar yang tidak ter-opsonisasi sebagian

besar dicerna oleh fagosit melalui interaksinya dengan reseptor sistem imun inta

seperti MARCO (macrophage receptor with collagenous structure) dan reseptor

scavenger lainnya (Muhlfeld et al., 2008).

Beberapa komponen partikel tertentu dapat secara langsung membentuk ROS

secara in vivo karena komponen kimia permukaannya (Moller et al., 2010). Partikel

permukaan diduga dapat merusak homeostasis besi pada paru-paru sehingga juga

74

dapat membentuk ROS melalui reaksi Fenton (Ghio & Cohen, 2005). Komponen

PM yang lain juga menyebabkan terjadinya peningkatan produksi ROS secara tidak

langsung melalui upregulasi sumber seluler endogen seperti nicotinamide adenine

dinucleotide phosphate [NADPH] oksidase (Becher et al., 2007; Li et al., 2006)

atau dengan mengganggu fungsi organel sel melalui komponen PM (Nel et al.,

2006).

Adanya stres oksidatif dapat menyebabkan teraktivasinya antioksidan dan

pertahanan fase II (seperti iNOS, glutation) melalui faktor transkripsi Nrf2-

dependent pathway (Nel et al., 2006). Ketika tidak mencukupi, stres oksidatif

patologis dapat menginisiasi berbagai respon inflamasi pada paru-paru. Sebagai

contoh, ROS pada paru-paru diketahui dapat memperbanyak sinyal transduksi dari

membran lipid atau pattern recognition receptor, seperti toll-like receptor [TLR]

(Rundell et al., 2007; Dales et al., 2007; Brauner et al., 2008) dan atau dengan

menstimulasi pathway intraseluler sehingga mengarahkan pada aktivasi faktor

transkripsi NFκB yang selanjutnya menyebabkan terjadinya peningkatan ekspresi

berbagai sitokin dan kemokin proinflamasi (Nel et al., 2006).

Meskipun mekanisme pasti tentang bagaimana partikel dapat menyebabkan

kerusakan kronis dan akut pada paru-paru masih belum jelas diketahui, akan tetapi

diduga mekanisme awal yang terjadi adalah PM yang terinhalasi dapat

menyebabkan kerusakan oksidatif pada jaringan paru-paru melalui pembentukan

ROS (Dreher et al., 1996; Ghio et al., 1992). Sebuah penelitian dengan metal dan

kompleks metal yang terdapat pada permukaan PM diketahui dapat menyebabkan

luka akut pada paru-paru (terutama disebabkan karena kerusakan oksidatif dan

oksidasi enzim). Selain itu, besi (Fe) yang dilepaskan oleh PM mempunyai peran

75

katalitik dalam pembentukan senyawa oksigen reaktif, terutama senyawa hidroksil

radikal (HO•) yang dapat menyebabkan kerusakan molekul-molekul biologis pada

sel (Valavanidis et al., 2005; Ghio et al., 2012). Pembentukan ROS, RNS dan

oksidan yang lain seperti ozon dan nitrogen oksida (NOx) diduga mempunyai peran

penting dalam proses kerusakan paru-paru. Stres oksidatif diketahui dapat

menyebabkan terjadinya inflamasi dan selanjutnya menginisiasi mekanisme

karsinogenesis (Sagai et al., 2000; Squadrito et al., 2001; Vlahogianni et al., 2013).

Inflamasi pada Sel Epitel Paru

Inhalasi partikel toksin dari lingkungan merupakan masalah kesehatan

publik diseluruh dunia. Terdapat banyak sumber dari particulate matter (PM)

terlarut meliputi emisi industri, bencana alam, kendaraan bermotor dan lain

sebagainya (Chapman et al., 2005; Hnizdo et al., 2004). Polusi udara di wilayah

kota berasal dari sumber yang berbeda-beda, yang mana produk pembakaran bahan

bakar minyak merupakan sumber yang paling utama. Polusi udara dapat

diklasifikasikan berdasarkan sumbernya, komposisi kimia, ukuran, jenis (gas atau

partikel) dan tempatnya (indoor atau outdoor) (Bernstein et al., 2004).

Particulate matter (PM) berdasarkan sifat aerodinamiknya diklasifikasikan

menjadi PM10 (partikel kasar, median diameter aerodinamik 2.5 – 10 μm), PM2.5

(partikel halus, median diameter aerodinamik < 2.5 μm), dan ultrafine particle

(UFP) (median diameter aerodinamik < 0.1 μm). Partikel PM10 sebagian besar

berasal dari abrasi tanah, debu jalanan, reruntuhan bangunan, produk pembakaran

minyak dengan bioaerosol seperti fungi, bakteri, endotoksin, dan polen, sedangkan

PM2.5 dan UFP sebagian besar berasal dari emisi langsung proses pembakaran

76

kendaraan yang menggunakan bahan bakar fosil, pembakaran kayu, dan

pembakaran batubara (Bernstein et al., 2004). Beberapa studi menunjukkan bahwa

PM2.5 dan UFP mempunyai hubungan yang paling kuat dengan berbagai efek

kardiovaskuler (Stolzel et al., 2007; Franck et al., 2011), yang mana partikel ini

dapat menginduksi respon sistemik secara langsung (Nemmar et al., 2002).

Ketika makrofag alveolar terpapar dengan partikel polutan, sel tersebut akan

teraktivasi, memproduksi sitokin proinflamasi dan selanjutnya akan mengalami

apoptosis. Kemampuan dalam menginduksi apoptosis dan inflamasi berbeda-beda

tergantung ukuran dan konsentrasi partikel (Huang et al., 2004). Studi secara in

vitro menunjukkan bahwa makrofag dapat mengenali ukuran dan bentuk patogen

targetnya (Doshi & Mitragotri, 2010) sehingga respon sel makrofag dalam melawan

partikel dengan ukuran yang berbeda-beda juga akan beragam. Suatu studi secara

in vitro untuk membandingkan efek antara partikel kasar dan halus dari PM10

terhadap efek proinflamasi yang ditimbulkan menunjukkan bahwa paparan partikel

kasar PM10 menginduksi adanya efek proinflamasi yang lebih kuat dibandingkan

dengan paparan partikel PM halus (Huang et al., 2002; Monn & Becker, 1999).

Selain ukuran dan konsentrasi PM, komposisi partikel juga diketahui dapat

mempengaruhi toksisitas PM. Toksisitas PM diduga ditentukan oleh konten metal,

komponen organik, atau komponen biologi dari PM tersebut. Schin et al (2004)

menunjukkan bahwa PM kasar akan menginduksi respon inflamasi yang lebih kuat

dibandingkan dengan PM halus, sehingga diduga bahwa pada partikel yang lebih

besar toksisitasnya lebih ditentukan oleh komponen biologi-nya, seperti endotoksin

dan kandungan metal-nya (Schins et al., 2004). Pada suatu penelitian yang lain,

diketahui tidak ditemukan adanya hubungan antara kerusakan paru-paru dengan

77

konsentrasi dan komponen elemen partikel dari lingkungan seperti sulfat (S), zinc

(Zn), mangan (Mn), besi (Fe), dan tembaga (Cu) (Kodavanti et al., 2000). Diesel

exhaust particle (DEP) tanpa unsur pokok organiknya juga tidak akan mampu untuk

menginduksi apoptosis atau membentuk senyawa oksigen radikal pada sel

makrofag secara in vitro (Hiura et al., 1999). Diesel exhaust particle merupakan

komponen utama polutan PM10 di wilayah perkotaan, yang mana menyusun 40%

dari total level PM10 (Diaz-Sanchez, 1997).

Gambar. Mekanisme molekuler dan seluler selama terjadi respon inflamasi karena

paparan PM pada epitelium saluran udara (Baeza-Squiban et al., 1999)

Fraksi partikel polutan yang dapat terlarut oleh air dan metal terlarut seperti

vanadium (V), nikel (Ni), dan Fe tidak mampu menginduksi apoptosis pada sel

makrofag alveolar manusia (Huang et al., 2004), akan tetapi vanadium (V), bromina

(Br), timah (Pb) dan karbon organik mempunyai hubungan yang kuat dengan

inflamasi pada paru-paru (Soukup et al., 2000). Selain itu diketahui juga bahwa

partikel batu dengan komposisi yang beragam (mimylonite, gabbro, feldspar,

78

basalt, dan quartz) menginduksi respon sitokin yang berbeda pada sel makrofag

alveolar tikus (Refsnes et al., 2006).

Studi epidemologi menunjukkan bahwa paparan polusi udara berkorelasi

positif dengan kejadian pneumonia, asma, dan COPD (Atkinson et al., 2001). Dari

semua jenis polutan, partikel yang dapat terinhalasi (PM10) menunjukkan hubungan

paling kuat efek kesehatan pernafasan yang merugikan (Schwartz, 1995). Selain

itu, beberapa studi populasi mengindikasikan adanya hubungan antara paparan PM

dengan morbiditas dan mortalitas pada kejadian kardiovaskuler (Brook et al., 2010;

Eftim et al., 2008; Miller et al., 2007). Terdapat dugaan bahwa paparan polusi udara

dapat menginduksi respon inflamasi sistemik, yang mana dugaan ini didukung oleh

suatu studi yang menunjukkan adanya hubungan positif antara paparan PM jangka

panjang dengan marker inflamasi (Brook et al., 2008).

Inhalasi partikel polusi udara menginduksi respon inflamasi lokal pada

paru-paru yang diinisiasi oleh makrofag alveolar (AM) dan sel epitel saluran udara.

Makrofag beberapa kali lipat lebih potensial dalam memproduksi mediator

proinflamasi yang berkontribusi dalam respon inflamasi lokal pada paru-paru, serta

berkontribusi dalam respon inflamasi sistemik (Hogg & van Eeden, 2009). Respon

inflamasi sistemik dikaraktersisasi dengan adanya mobilisasi sel-sel inflamasi dari

sum-sum tulang ke dalam sistem sirkulasi, yang kemudian diikuti dengan

aktivasinya, serta produksi protein fase akut oleh liver, dan peningkatan mediator

inflamasi tersirkulasi (van Eeden et al., 2001). Peningkatan mediator proinflamasi

dalam sistem sirkulasi merupakan salah satu faktor yang berpengaruh terhadap

jantung dan vaskuler. Berbagai penelitian menunjukkan adanya peningkatan sitokin

inflamasi seperti IL-6, IL-1β, TNFα, IFN-ɣ, dan IL-8 pada cairan bronchial dan

79

pada darah setelah terjadi paparan dengan berbagai jenis polutan (Becher et al.,

2007; Shukla et al., 2000).

Makrofag merupakan populasi sel heterogen dengan plastisitas fenotip yang

signifikan (Gordon & Taylor, 2005). Polarisasi M1 pada makrofag disebut juga

sebagai program aktivasi klasik yang diinduksi oleh sinyal yang terbentuk ketika

terjadi respon imun yang diperantarai oleh sel Th1 seperti IFN-γ karena adanya

paparan komponen patogen. Respon polarisasi M1 dikarakterisasi dengan adanya

upregulasi gen-gen yang terkait dengan inflamasi dan imunitas yang diperantarai

oleh sel. Sebaliknya, polarisasi M2 pada makrofag diinduksi karena adanya paparan

terhadap sitokin sel Th2 seperti IL-4 dan IL-13 (disebut juga sebagai aktivasi

alternatif) atau sinyal imunoregulator seperti IL-10 (disebut juga sebagai

deaktivasi) yang ditandai dengan induksi ekspresi reseptor dengan fungsi

scavenging, sitokin anti-inflamasi dan molekul yang menyebabkan remodeling

jaringan (Gordon, 2003; Mantovani et al., 2004).

Gambar. Efek paparan PM terhadap fenotip makrofag alveolar (Hiraiwa & van eeden SF,

2013).

80

Makrofag alveolar dan sel epitel membentuk pertahanan pertama ketika

tubuh menginhalasi PM, serta merupakan sel yang penting untuk interaksi awal

antara partikel dan paru-paru. Keberhasilan proses pembersihan partikel asing yang

masuk ke dalam paru-paru membutuhkan makrofag untuk memfagosit partikel,

sehingga meminimalisasi partikel berinteraksi dengan epitelium. Pada kondisi ini,

sel makrofag akan melepaskan mediator inflamasi dalam jumlah sedikit yang

selanjutnya bermigrasi menuju mukosiliata dan meninggalkan paru-paru dengan

partikel yang sudah difagositnya. Gangguan pada proses ini dapat menyebabkan

terjadinya interstisialisasi, yaitu ketika ketika partikel interstisial tidak dapat

dibersihkan dengan cara normal sehingga partikel di interstisium dapat ditransfer

menuju lymph node atau menstimulasi sel imun lain (Donaldson et al., 1997).

Gambar . Pembersihan partikel melalui jalur normal (kiri) dan partikel yang

memasuki kompartemen interstisial paru-paru (Donaldson et al., 1998)

Ketika sel makrofag alveolar memfagositosis PM, pada proses tersebut sel

makrofag akan melepaskan sitokin respon awal (Murphy et al., 2008). Sitokin-

sitokin tersebut selanjutnya akan menstimulasi sel saluran udara lain dan sel epitel

81

alveolar untuk memproduksi berbagai sitokin yang dibutuhkan untuk merekrut sel-

sel lain, seperti leukosit polimorfonuklear yang berfungsi untuk memproses dan

membersihkan material asing. Sel epitel saluran udara dan sel epitel alveolar pada

manusia juga mampu untuk mengendositosis PM (Fujii et al., 2002), yang mana

pada prosesnya sel-sel tersebut akan memproduksi berbagai mediator meliputi:

GM-CSF, IL-1β, IL-8 dan leukimia inhibitory factor (LIF) (Fujii et al., 2001).

Suatu studi secara in vitro dengan metode ko-kultur antara sel epitel

bronchial dan sel makrofag alveolar menunjukkan adanya produksi yang sinergis

dari berbagai mediator seperti IL-1β, IL-6 dan GM-CSF (Fujii et al., 2002).

Peningkatan produksi IL-1β diperantarai oleh domain nucleotide-binding (Fujii et

al., 2001) dan inflammasom lucine-rich repeat protein 3 (NLRP3) (Hirota et al.,

2012) yang menyebarkan respon inflamasi lokal melalui interaksinya dengan sel

dendritik di dalam atau di dekat epitelium, yang selanjutnya akan menginisiasi dan

memelihara respon imun adaptif (von Garnier et al., 2005).

Sel makrofag alveolar juga merupakan salah satu antigen presenting cell

(APC). Setelah fagositosis dan internalisasi PM, komponen organik PM akan

dicerna oleh endosom menjadi fragmen-fragmen peptida yang selanjutnya

berkombinasi dengan komplek MHC kelas II untuk dipresentasikan pada sel T

CD4+, yang merupakan langkah awal dalm imunitas cell-mediated dan adaptif.

Pada subjek sehat, ekspresi MHC pada makrofag alveolar mengalami peningkatan

ketika terjadi paparan dengan PM. Pretreatmen dengan menggunakan PM yang

telah dipanaskan untuk mendegradasi komponen organik meniadakan overekspresi

MHC kelas II, sehingga diduga bahwa komponen organik PM bertanggung jawab

terhadap upregulasi MHC kelas II (Alexis et al., 2006).

82

Mediator seperti GM-CSF, IL-1β dan IL-6 yang diproduksi oleh makrofag

paru-paru ketika terpapar dengan PM dari lingkungan mempunyai kemampuan

untuk mendatangkan respon inflamasi sistemik yang dikarakterisasi dengan

peningkatan leukosit, platelet, protein proinflamasi dan prothrombin pada sistem

sirkulasi. Mediator tersebut juga dapat mengaktivasi leukosit tersirkulasi dan

endotelium vaskuler untuk meningkatkan adhesi dan migrasi leukosit-endotelial,

yang mana hal tersebut berkontribusi dalam aktivasi dan instabilitas plak

atherosklerosis (Hiraiwa & van Eeden, 2013).

Beberapa studi terakhir melaporkan adanya hubungan positif antara paparan

PM jangka pendek (yang dilakukan dengan peningkatan konsentrasi dari hari per

hari) dengan ekspresi marker inflamasi. Selain itu juga ditemukan adanya

peningkatan molekul adhesi yang terlarut dalam sistem sirkulasi seperti adhesion

moleculer-1 interseluler pada seseorang dengan diabetes (O’Neill et al., 2007) dan

penyakit jantung koroner (Ruckerl et al., 2006).

Peran utama makrofag alveolar adalah untuk menjaga agar udara yang

diinhalasi menjadi bersih dengan menghilangkan semua material asing melalui

proses fagositosis. Studi baik secara in vivo maupun in vitro menunjukkan bahwa

makrofag alveolar yang dipapar dengan PM mampu untuk memfagosit partikel-

partikel tersebut (van Eeden et al., 2001; Mukae et al., 2000). Toll-like receptor

(TLR) merupakan reseptor yang secara langsung mengenali molekul dari mikroba.

Reseptor tersebut penting untuk menginisiasi respon imun innat ketika berinteraksi

dengan PM, serta berperan dalam meneruskan dan meregulasi respon imun adaptif.

PM dari lingkungan mengandung material mikroba dalam jumlah kecil seperti

lipopolisakarida (LPS) / endotoksin (Soukup & Becker, 2001; Bovallius et al.,

83

1978), beta-glukan, bakteria, dan spora fungi (Bauer et al., 2002) yang mana TLR

diketahui dapat memproses material-material tersebut.

Berdasarkan semua jenis reseptor TLR yang telah diidentifikasi pada

manusia, TLR4 dan TLR2 diduga merupakan reseptor utama yang mengikat PM

(Becker et al., 2002). TLR4 menginisiasi persinyalan kaskade sebagai respon

terhadap LPS yang terdapat pada membran luar bakteri gram negatif, sedangkan

TLR2 menginisiasi sinyal kaskade sebagai respon terhadap zymosan (β-glukan)

dan peptidoglikan pada bakteri gram positif. Selain itu, mikroorganisme yang

melekat pada PM dapat diopsonisasi oleh opsonin spesifik seperti imunoglobulin

reseptor Fc dan reseptor komplemen-3 sehingga memungkinkan makrofag alveolar

untuk memfagosit partikel melalui opsonin-dependent pathway (Groves et al.,

2008).

Sebuah studi dengan menggunakan kultur sel makrofag manusia

menunjukkan bahwa secara in vitro sel makrofag alveolar yang dipapar dengan PM

akan menyebabkan sel makrofag memfagosit partikel tersebut (van Eeden et al.,

2001; Fujii et al., 2002), sedangkan secara ex vivo sel tersebut akan

mengekspresikan TNF-α ketika dipapar dengan PM (Mukae et al., 2000). Selain

itu, sel makrofag alveolar juga dapat memproduksi mediator proinflamasi meliputi

mediator respon akut termasuk IL-1β dan IL-6, serta mediator sekunder seperti IL-

8 dan GM-CSF (Hogg & van Eeden, 2009; van Eeden et al., 2001). Sebaliknya,

produksi mediator anti-inflamasi seperti IL-10 akan dihambat (Yin et al., 2004),

sehingga diduga bahwa respon inflamasi yang diinduksi oleh PM adalah cenderung

kepada kondisi proinflamasi.

84

Profil inflamasi sel epitel paru-paru berdasarkan mediator yang diproduksi

ketika terpapar dengan PM berbeda dengan sel makrofag alveolar. Sel makrofag

alveolar lebih potensial dalam memproduksi mediator respon akut seperti IL-1β,

IL-6, dan TNF-α dibandingkan dengan sel epitel paru ketika dipapar dengan PM

pada dosis yang sama, sehingga diduga bahwa sel makrofag alveolar merupakan

sumber utama respon proinflamasi pada paru-paru ketika terpapar dengan PM (van

Eeden & Hogg, 2002). Suatu penelitian lain dengan menggunakan sel makrofag

alveolar manusia yang diinkubasi secara ex vivo dengan PM ke dalam paru-paru

kelinci menunjukkan adanya respon sistemik yang hampir sama ketika PM

dimasukkan secara langsung ke dalam paru-paru (Terashima et al., 1997; Mukae et

al., 2001). Hal tersebut menunjukkan bahwa sel makrofag alveolar berkontribusi

secara langsung terhadap respon inflamasi sistemik karena adanya paparan PM.

Peran penting dari peningkatan IL-6 dan TNF-α pada level sistemik dan paru-

paru telah diperiksa setelah paparan PM, yang mana hampir semuanya terkait

dengan adanya inflamasi pada paru-paru. (Tornqvist et al., 2007; Tamagawa et al.,

2008). Tingkat inflamasi pada paru-paru dan inflamasi sistemik berhubungan

dengan peningkatan sitokin sistemik dan disfungsi vaskuler sistemik (Tamagawa et

al., 2008).

85

Gambar. Diagram yang menggambarkan efek berbahaya partikel polusi udara (Li et al.,

1997).

Penelitian lain yang dilakukan oleh Mutlu et al., (2007) menunjukkan

bahwa intra-trakea akut yang terjadi karena paparan PM10 disebabkan karena

adanya peningkatan IL-6, TNF-α dan IFN-ɣ pada cairan bronchial-nya. Akan tetapi

pada penelitian tersebut tikus IL-6-/- menunjukkan level TNFα yang sama dengan

tikus wild type, meskipun level IFN-ɣ lebih rendah dibandingkan dengan kontrol.

Hasil tersebut menimbulkan dugaan bahwa makrofag pada paru-paru mempunyai

peran yang penting, karena hilangnya sel-sel tersebut meniadakan peningkatan

beberapa sitokin dan respon kardiovaskuler sistemik. Meskipun sumber IL-6 dan

TNF-α serta keterlibatannya dalam respon inflamasi sistemik setelah paparan PM

86

masih belum diketahui secara sempurna, penelitian-penelitian yang telah dilakukan

menunjukkan bahwa makrofag alveolar mempunyai peran yang sangat dominan

setelah terjadi paparan dengan PM10 (van eeden et al., 2001; Tamagawa et al.,

2008).

Induksi efek inflamasi pada jalur pernafasan tidak hanya bisa diinduksi oleh

PM, tetapi juga dapat disebabkan oleh polutan dalam bentuk gas seperti ozon

(DeLorme et al., 2002; Wagner et al., 2003). Paparan ozon dapat menginduksi

pelepasan sitokin dan fibronektin oleh sel makrofag alveolar (Devlin et al., 1994),

peningkatan perekrutan makrofag alveolar ke dalam saluran udara (Arjomandi et

al., 2005), serta dapat pula meningkatkan respon eosinofil pada saluran udara

(Vagaggini et al., 2002). Nitrogen dioksida (NO2) merupakan prekursor untuk

fotokimia asap, dan efek utamanya pada kesehatan adalah sebagai polutan outdoor

melalui pembentukan ozon. Beberapa studi epidemologi yang dilakukan di seluruh

dunia memberikan informasi tentang adanya hubungan antara paparan sulfur

dioksida (SO2), NO2, dan karbon monoksida (CO) dengan peningkatan angka

kematian kardiopulmonari (Koken et al., 2003; Tsai et al., 2003). NO2 dapat

menghambat makrofag alveolar untuk menjalankan peran imunosupresi-nya

(Koike et al., 2001). Fagositosis oleh makrofag alveolar mengalami penurunan

secara signifikan ketika sel dipapar dengan partikel karbon halus dan SO2 (Jakob et

al., 1996).

87

BAB VI

Aktivitas Antioksidan pada Sel Epitel Paru

Epitelium saluran udara secara terus menerus terpapar dengan senyawa-

senyawa dari lingkungan yang banyak mengandung oksidan. Paparan stres

oksidatif pada sel paru-paru akan diikuti dengan peningkatan level intraseluler

berbagai antioksidan meliputi manganese superoxide dismutase (MnSOD), copper-

zinc superoxide dismutase (CuSOD), katalase, dan gluthatione peroksidase (GP)

(Biadasz & Massaro, 1997). Di dalam sel, MnSOD terkonsentrasi di dalam

mitokondria, CuSOD dan GP sebagian besar berada di sitoplasma dan nukleus,

sedangkan katalase sebagian besar ditemukan di peroksisom. Peningkatan ekspresi

dari berbagai antioksidan ini dapat melindungi sel dari kerusakan oksidatif

(Oashiba & Nagai, 2003).

Asap rokok (Ebert & Terracio, 1975) dan senyawa lain yang terhirup seperti

ozon dan NO2 (Halliwell & Gutteridge, 1989), serta aktivasi sel-sel inflamasi dapat

meningkatkan jumlah oksidan pada sel epitel saluran udara. Senyawa oksigen

reaktif (reactive oxygen species – ROS) merupakan inisiator kerusakan sel, yang

mana kerusakan sel yang dimediasi oleh oksidan banyak terjadi pada berbagai

penyakit pada paru-paru (Heffner & Repine, 1989). Sel epitel saluran udara

mempunyai aktivitas antioksidan baik intraseluler maupun ekstraseluler.

Sel epitel saluran udara dan sel paru-paru yang lain mempunyai 3 sistem

antioksidan intraseluler utama, yaitu glutathione redox cycle, superoksida

dismutase, dan katalase (Heffner & Repine, 1989). Superoksida dismutase

mereduksi superoksida radikal menjadi H2O2 dan katalase mereduksi H2O2 menjadi

air. Glutathion redox system memelihara tingginya rasio glutation tereduksi (GSH)

88

/ glutation teroksidasi (GSSG). GSH tereduksi menurunkan hidroperoksida

intraseluler, peroksida lipid, dan produk dari reaksi lipoksigenase-katalase.

Tingginya konsentrasi GSH intraseluler serta distribusinya yang merata di dalam

sel menimbulkan dugaan bahwa siklus redoks GSH merupakan pusat reaksi yang

sangat penting. Paparan sel epitel terhadap stres oksidan mengarahkan terjadinya

upregulasi mekanisme antioksidan intraseluler (Heffner & Repine, 1989).

Gambar. Perlindungan antioksidan di dalam sel (Machlin & bendich, 1987).

Cairan ekstraseluler epitel kaya akan aktivitas antioksidan, yang mana

sebagian besar aktivitas antioksidan pada cairan epitel berasal dari serum. Akan

tetapi, sel epitel sendiri juga mampu untuk melepaskan senyawa dengan akivitas

antioksidan yang spesifik, salah satunya adalah laktoferin yang disintesis dan

disekresikan oleh sel serosa. Laktoferin bersama dengan transferin dan feritin yang

berasal dari serum dapat mengikat ion besi seperti Fe3+. Laktoferin dan transferin

mengikat besi sehingga besi menjadi sulit digunakan untuk katalisis reaksi Haber-

Weiss. Pada reaksi ini, iron seperti Fe2+ membatasi pembentukan hidroksil atau

89

hydroxyl-like radical, yang merupakan inisiator potensial untuk reaksi rantai

oksidan. Laktoferin dan transferin mempunyai resistensi terhadap pelepasan ikatan

besi karena induksi senyawa oksidan (Winterbourn & Molloy, 1988). Hal tersebut

berbeda dengan transferin yang melepaskan ikatan besi-nya pada pH kurang dari 5

(Mazurier et al., 1983).

Suatu studi menunjukkan adanya peran surfactan-associated protein A (SP-

A) sebagai antioksidan pada jalur pernafasan bagian bawah. SP-A diketahui dapat

menghambat produksi superoksida oleh sel makrofag alveolar yang distimulasi oleh

phorbol 12-myristate-13-acetate (PMA) atau zymosan-activated serum (Katsura et

al., 1993). Antioksidan intraseluler primer seperti katalase dan glutation diduga

dilepaskan oleh sel epitel saluran udara dan berkontribusi terhadap aktivitas

antioksidan dari cairan lapisan epitel (Cantin et al., 1989). Defisiensi aktivitas

antioksidan pada cairan lapisan epitelium saluran pernafasan diketahui

berhubungan dengan asap rokok (Thompson et al., 1991). Selain itu, asap rokok

juga diketahui berhubungan dengan terjadinya oksidasi senyawa pada cairan

lapisan epitelium (Maier et al., 1991).

a. Pertahanan antioksidan pada cairan lapisan paru-paru

Ketika polutan pertama kali masuk ke dalam paru-paru, komponen yang

pertama kali mengahdapi polutan tersebut adalah cairan lapisan paru-paru. Pada

kompartemen ini terdapat senyawa-senyawa yang disekresikan oleh sel-sel imun

pada paru-paru. Berdasarkan beberapa studi diketahui bahwa pada cairan lapisan

paru-paru juga terdapat antioksidan dengan berat molekul yang hampir sama

dengan antioksidan pada darah, termasuk glutathion, asam askorbat (vitamin C),

uric acid, dan α-tocopherol (vitamin E). terdapat perbedaan konsentrasi pertahanan

90

antioksidan antara saluran pernafasan atas dan bawah. Cairan lapisan paru-paru

yang diambil dari saluran pernafasan bagian bawah mengandung glutathion

tereduksi (GSH) dan asam askorbat dalam jumlah yang sangat banyak, akan tetapi

konsentrasi uric acid dan α-tocopherol terdapat dalam jumlah yang sedikit (Kelly

et al., 1999). Sebaliknya, pada cairan lapisan udara yang diambil dari saluran

pernafasan bagian atas (rongga hidung) mengandung uric acid dalam jumlah yang

sangat banyak serta jumlah GSH dan vitamin C yang sedikit. Selain itu, cairan

lapisan udara juga mengandung enzim antioksidan seperti superoksida dismutase

(SOD), katalase, caeruloplasmin dan transferin (Kelly, 2003).

Tabel 1. Pertahanan antioksidan pada cairan lapisan paru-paru

Tipe Nama

Antioksidan dengan berat

molekul rendah

Enzimatik

Metal binding protein

Gluthation (GSH)

Tocopherol (vitamin E)

Asam askorbat

Uric acid

α-tocopherol

Gluthation peroksidase

Superoksida dismutase (SOD)

Katalase

Caeroplasmin

Transferin

(Kelly, 2003)

b. Interaksi polutan-antioksidan pada cairan lapisan paru-paru

Berbagai studi yang telah dilakukan untuk mempelajari interaksi antara

antioksidan dengan polutan menunjukkan bahwa antioksidan yang terdapat pada

cairan lapisan paru-paru dapat melindungi paru-paru dari kerusakan oksidatif yang

disebabkan oleh polusi udara. Ketika ozon bereaksi dengan substrat non-

antioksidan (protein atau lipid) pada cairan lapisan paru-paru, maka akan terbentuk

produk oksidasi sekunder yang selanjutnya akan menyampaikan sinyal toksik pada

91

epitelium saluran udara. Selain itu paparan terhadap nitrogen dioksida untuk

mengatasi pertahanan antioksidan endogen, maka akan menyebabkan pembentukan

senyawa oksidan sekunder. Senyawa yang teroksidasi seperti transisi metal dan

beberapa komponen organik yang berada pada permukaan partikel akan

berinteraksi dan menghabiskan antioksidan pada cairan lapisan paru. Hal tersebut

menyebabkan partikel akan sampai di permukaan paru-paru dalam bentuk yang

tidak terlalu aktif. Aspek yang mempengaruhi toksisitas suatu partikel bukan hanya

berdasarkan reaktivitas permukaannya saja, tetapi juga ditentukan oleh ukuran dari

partikel tersebut. Sebuah penelitian menunjukkan bahwa ultrafine particle (UFP)

tanpa kandungan transisi metal pada permukaannya dapat menginduksi inflamasi

pada paru-paru, yang mana hal tersebut membuktikan bahwa ukuran partikel sendiri

merupakan faktor penting dalam toksisitas suatu partikel (Brown et al., 2000).

Gambar. Partikel lingkungan yang mengandung transisi metal dan komponen

organik pada permukaannya. Antioksidan dapat melakukan reaksi redoks

yang terjadi pada cairan lapisan paru-paru. Meskipun hal tersebut akan

menyebabkan pemakaian pertahanan perlindungan antioksidan, tetapi

proses tersebut akan menyebabkan partikel menjadi tidak terlalu aktif

ketika sampai pada epitel paru-paru (Kelly, 2003).

92

Aktivitas Anti-Inflamasi Sel Epitel Paru

Masuknya polusi udara ke dalam sistem pernafasan dapat menginduksi

inflamasi dan stres oksidatif pada paru-paru. Paparan PM terkonsentrasi dan O3

pada paru-paru manusia dapat menyebabkan timbulnya respon inflamasi baik pada

penelitian secara in vivo dengan menggunakan hewan coba (Godleski et al., 2001)

maupun secara in vitro (Brain et al., 1998). Keberadaan metal dalam PM dapat

meningkatkan respon inflamasi (Ghio & Devlin, 2001) melalui peningkatan stres

oksidatif (Jiang et al., 2000), selain itu O3 juga dapat memerantarai terjadinya

respon inflamasi pada paru-paru melalui stres oksidatif (Kelly, 2003).

Beberapa studi menunjukkan bahwa penghirupan partikel (Nightingale et

al., 2000) dan O3 (Aris et al., 1993) dapat menimbulkan baik respon inflamasi paru-

paru maupun respon inflamasi sistemik pada manusia. Paparan terhadap gas diesel

dengan konsentrasi yang sangat tinggi selama satu jam diketahui dapat

menginduksi reaksi inflamasi paru-paru pada orang dewasa yang sehat. Respon ini

termasuk peningkatan jumlah PMS, limfosit T dan B, sel mast, serta mediator

inflamasi (Salvi et al., 1999). Suatu studi menunjukkan peningkatan molekul adhesi

yang dapat memfasilitasi lewatnya sel inflamasi dari sistem sirkulasi ke dalam

saluran udara. Pada darah terjadi peningkatan platelet dan PMN, yang mana diduga

bahwa paparan terhadap diesel exhaust particle (DEP) dapat menstimulasi sumsum

tulang untuk melepaskan sel-sel tersebut ke dalam sistem sirkulasi (Brook et al.,

2004). Paparan terhadap DEP diketahui dapat meningkatkan transkripsi mRNA dari

interleukin (IL)-8 dan meningkatkan produksi IL-8 dan growth-regulating

oncogene-α (GRO) dalam menginduksi inflamasi pada saluran pernafasan. Paparan

93

concentrated ambient particle (CAP) pada orang dewasa selama 2 jam dapat

meningkatkan inflamasi pada saluran pernafasan tanpa menyebabkan luka pada

paru-paru (Ghio et al., 2000). Selain itu, paparan CAP juga menyebabkan terjadinya

peningkatan fibrinogen plasma, sehingga diduga bahwa paparan CAP pada

seseorang yang sehat dapat menyebabkan respon inflamasi ringan pada paru-paru

serta dapat meningkatkan faktor-faktor darah yang berpengaruh terhadap sistem

inflamasi (Tan et al., 2000).

Sel epitel saluran udara berinteraksi dengan sel-sel inflamasi melalui

berbagai mekanisme. Sel epitel saluran udara mempunyai kemampuan untuk

merekrut sel-sel inflamasi menuju saluran udara melalui pelepasan kemoatraktan,

atau dengan migrasi sel inflamasi secara langsung melewati epitelium melalui

ekspresi molekul permukaan sel, serta dapat meregulasi aktivitas sel-sel inflamasi

melalui pelepasan sitokin (Thompson et al., 1995).

Gambar. Interaksi sitokin antara sel epitel saluran udara dengan sel-sel inflamasi. Stimulus

inflamasi seperti LPS atau infeksi virus menginisiasi pelepasan mediator meliputi

LTB4, IL-8, NO, dan GM-CSF dari sel epitel, serta IL-1 dan TNF dari makrofag

94

yang selanjutnya akan menstimulasi sel epitel. Makrofag dan sel epitel

memperbesar respon inflamasi dengan melepaskan mediator tambahan yang

dapat merekrut dan mengaktivasi leukosit. LPS: lipopolisakarida; LTB4:

leukotriene B4; IL-8: interleukin-8; NO: nitrit oksida; GM-CSF:

granulocytemacrophage colony-stimulating factor; IL-1: interleukin-1; TNF:

tumour necrosis factor (Thompson et al., 1995).

Salah satu aspek penting regulasi respon inflamasi paru-paru diduga

merupakan modulasi dari respon seluler oleh sel epitel paru-paru. Sitokin yang

merupakan senyawa kemoatraktan untuk sel-sel inflamasi juga cenderung menjadi

stimulator untuk sel-sel inflamasi tersebut. Selain itu, baik sel epitel saluran udara

maupun sel epitel alveolar mengekspresikan molekul adhesi antar sel yang diduga

berkontribusi untuk aktivasi sel-sel inflamasi (Christensen et al., 1993). Akan

tetapi, beberapa sitokin juga dapat mempunyai efek baik anti- maupun pro-

inflamasi, yang mana sel epitel diketahui melepaskan sitokin yang sebagian besar

mempunyai efek anti-inflamasi. Kemampuan sel epitel dalam menginduksi baik

aktivitas proinflamasi maupun anti-inflamasi yang mengontrol perkembangan

kondisi inflamasi memunculkan dugaan bahwa sel struktural ini mempunyai peran

penting dalam network sitokin yang mengontrol inflamasi saluran udara kronis

(Denburg et al., 1990).

Berbagai faktor kemotaksis yang dilepaskan oleh sel epitel saluran udara

diketahui dapat mengaktivasi sel neutrofil, monosit, makrofag, eosinofil dan

limfosit. Beberapa studi telah menunjukkan bahwa keberadaan sel-sel inflamasi di

dalam jaringan tidak sepenuhnya diakibatkan oleh tarikan yang terus menerus sel-

sel tersebut dari vaskulatur, tetapi juga dengan penghambatan program kematian

sel (apoptosis) (Jordana et al., 1992) dan pematang sel-sel inflamasi yang diarahkan

oleh sel epitel. Suatu studi dengan menggunakan kultur sel epitel bronchial

menunjukkan adanya peningkatan pertahanan sel neutrofil, makrofag dan eosinofil

95

yang dihubungkan dengan kemampuan sel epitel untuk melepaskan granulocyte-

macrophage colony-stimulating factor (CSF), granulocyte-CSF atau macrophage-

CSF (Cox et al., 1992). Pelepasan faktor pertumbuhan oleh sel epitel juga dapat

menginduksi diferensiasi monosit (Ohtoshi et al., 1991) dan sel mast (Ohtoshi et

al., 1991).

Sel epitel selain berperan terhadap perekrutan dan stimulasi sel-sel inflamasi

juga dapat berperan dalam down-regulasi sel-sel inflamasi. Transforming growth

factor-β (TGF-β) terdapat pada cairan lapisan epitel di paru-paru, serta terdapat

pada epielium paru-paru yang mengalami kerusakan (Khalil et al., 1991). TGF- β

mempunyai efek anti-inflamasi dengan menghambat proliferasi sel T karena

induksi IL-2 (Kehrl et al., 1986), selain itu TGF- β juga dapat menghambat produksi

sitokin oleh makrofag (Espevik et al., 1987). Beberapa tipe sel pada paru-paru

diketahui dapat memproduksi TGF- β termasuk sel epitel saluran udara (Sacco et

al., 1992; Steigerwalt et al., 1992) dan sel makrofag (Assoian et al., 1987).

Mediator anti-inflamasi lain yang diproduksi oleh sel epitel saluran udara

meliputi prostaglandin (PGE2) dan IL-2. PGE2 mempunyai banyak efek anti-

inflamasi, salah satunya yaitu penurunan produksi kemoatraktan neutrofil oleh sel

makrofag (Christman et al., 1991). IL-6 dapat mengurangi inflamasi pada berbagai

model kondisi inflamasi, salah satunya yaitu model in vivo dengan reaksi inflamasi

pada paru-paru (Ulich et al., 1991).

96

Daftar Pustaka

Aarbiou J, Verhoosel RM, van Wetering S, De Boer WI, Van Krieken JH, Litvinov

SV, Rabe KF, Hiemstra PS. 2004. Neutrophil defensins enhance lung

epithelial wound closure and mucin gene expression in vitro. Am J Resp Cell

Mol Biol; 30(2):193-201

Agnese DM, Calvano JE, Hahm SJ, Coyle SM, Corbett SA, Calvano SE, Lowry

SF. 2002. Human toll-like receptor 4 mutations but not CD14 polymorphisms

are associated with an increased risk of gram-negative infections. J Infect Dis;

186(10):1522–1525.

Akhtar M, Watson JL, Nazli A, McKay DM. 2003. Bacterial DNA evokes epithelial

IL-8 production by a MAPKdependent, NFkappaB-independent pathway.

FASEB J; 1319–1321.

Alexis N. E., Lay J. C., Zeman K. Bennett WE, Peden DB, Soukup JM, Devlin RB,

Becker S. 2006. Biological material on inhaled coarse fraction particulate

matter activates airway phagocytes in vivo in healthy volunteers. Journal of

Allergy and Clinical Immunology; 117(6): 1396–1403.

Alexopoulou L, Holt AC, Medzhitov R, Flavell RA. 2001. Recognition of double-

stranded RNA and activation of NF-kappaB by Toll- like receptor 3. Nature;

413: 732-738.

Aoshiba K & Nagai A. 2003. Oxidative stress, cell death, and other damage to

alveolar epithelial cells induced by cigarette smoke. Tobacco Induced

Disease; 1(3):219-226

Arif JM, Khan SG, Ashquin M, Rahman Q. 1993. Modulation of macrophage-

mediated cytotoxicity by kerosene soot: possible role of reactive oxygen

species. Environ Res; 61:232-238.

Aris RM, Christian D, Hearne PQ, Kerr K, Finkbeiner WE, Balmes JR. 1993.

Ozone-induced airway inflammation in human subjects as determined by

airway lavage and biopsy. Am Rev Respir Dis.; 148:1363–1372.

Arjomandi M, Witten A, Abbritti E, Reintjes K, Schmidlin I, Zhai W, Solomon C,

Balmes J. 2005. Repeated exposure to ozone increases alveolar macrophage

recruitment into asthmatic airways. American Journal of Respiratory and

Critical Care Medicine; 172(4):427–432.

Asayama K, Yokota S, Dobashi K, Kawada Y, Nakane T, Kawaoi A, Nakazawa S.

1996. Immunolocalization of cellular glutathione peroxidase in adult rat lungs

and quanititative analysis after postembedding immunogold labeling.

Histochem Cell Biol; 105:383-389.

Assoian RK, Fleurdelys BE, Stevenson HC, Miller PJ, Madtes DK, Raines EW,

Ross R, Sporn MB. 1987. Expression and secretion of type-β transforming

growth factor by activated human macrophages. Proc Natl Acad Sci USA;

84: 6020–6024.

Atkinson RW, Anderson HR, Sunyer J, Ayres J, Baccini M, Vonk JM, Boumghar

A, Forastiere F, Forsberg B, Touloumi G, Schwartz J, Katsouyanni K. 2001.

97

Acute effects of particulate air pollution on respiratory admissions: results

from APHEA 2 project. American Journal of Respiratory and Critical Care

Medicine; 164(10): 1860–1866.

Ayers MM, Jeffery PK. 1988. Proliferation and differentiation in mammalian

airway epithelium. Eur. Respir. J; 1: 58–80.

Bae YS., Kang SW., Seo MS., Baines IC, Tekle E, Chock PB, Rhee, SG. 1997.

Epidermal growth factor (EGF)-induced generation of hydrogen peroxide.

Role in EGF receptor-mediated tyrosine phosphorylation. J Biol Chem; 272:

217–21.

Baeza-Squiban A, Bonvallot V, Boland S & Marano F. 1999. Airborne particles

evoke an inflammatory response in human airway epithelium. Activation of

transcription factors. Cell Biologi and Toxicology; 15:375-380

Balakrishna S, Lomnicki S, McAvey KM, Cole RB, Dellinger B, Cormier SA.

2009. Environmentally persistent free radicals amplify ultrafine particle

mediated cellular oxidative stress and cytotoxicity. Part Fibre Toxicol 6: 11.

doi: 10.1186/1743-8977-6-11.

Bals R & Hiemstra PS. 2004. Innate immunity in the lung: how epithelial cells fight

against respiratory pathogens. Eur Respir J; 23: 327-333.

Bals R, Weiner DJ, Meegalla RL, Accurso F, Wilson JM. 2001. Salt-independent

abnormality of antimicrobial activity in cystic fibrosis airway surface fluid.

Am J Respir Cell Mol Biol; 25: 21-25.

Bals R, Wilson JM. 2003. Cathelicidins: a family of multifunctional antimicrobial

peptides. Cell Mol Life Sci; 60:711-720.

Barnes PJ. 1986. State of art: neural control of human airways in health and disease.

Am Rev Respir Dis; 134: 1289–1314.

Bauer H, Kasper-Giebl A, Zibuschka F, Hitzenberger R, Kraus GF, Puxbaum H.

2002. Determination of the carbon content of airborne fungal spores.

Analytical Chemistry; 74(1): 91–95.

Becher R, Bucht A, Øvrevik J, Hongslo JK, Dahlman HJ, Samuelsen JT, Schwarze

PE. 2007. Involvement of NADPH oxidase and iNOS in rodent pulmonary

cytokine responses to urban air and mineral particles. Inhal Toxicol.; 19:645–

655.

Becker MN, Diamond G, Verghese MW, Randell SH. 2000. CD14-dependent

lipopolysaccharide-induced beta-defensin-2 expression in human

tracheobronchial epithelium. J Biol Chem; 275: 29731–29736.

Becker S, Dailey L, Soukup JM, Silbajoris R, Devlin RB. 2005. TLR-2 is involved

in airway epithelial cell response to air pollution particles. Toxicol Appl

Pharmacol.; 203:45-52.

Becker S, Soukup JM, Gilmour MI, Devlin RB. 1996. Stimulation of human and

rat alveolar macrophages by urban air particulates: effects on oxidant radical

generation and cytokine production. Toxicol Appl Pharmacol; 141:637-648.

98

Becker S, Fenton MJ, & Soukup JM. 2002. Involvement of microbial components

and toll-like receptors 2 and 4 in cytokine responses to air pollution particles.

American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology; 27(5):611-618.

Bernstein JA, Alexis N, Barnes C. 2004. Health effects of air pollution. Journal of

Allergy and Clinical Immunology; 114(5):1116-1123.

Biadasz L, Massaro DJ. 1997. Lung oxidant enzyme gene expression and tolerance

to hyperoxia. Oxygen, Gene Expression, and Cellular Function. Lung

Biology in Health and Disease ed. by Clerch LB, Massaro DJ. Marcel Dekker.

New York. 399-424.

Biragyn A, Ruffini PA, Leifer CA, Klyushnenkova E, Shakhov A, Chertov O,

Shirakawa AK, Farber JM, Segal DM, Oppenheim JJ, Kwak LW. 2002. Toll-

like receptor 4-dependent activation of dendritic cells by beta- defensin 2.

Science; 298(5595): 1025–1029.

Birchler T, Seibl R, Buchner K, Loeliger S, Seger R, Hossle JP, Aguzzi A, Lauener

RP. 2001. Human Toll-like receptor 2 mediates induction of the antimicrobial

peptide human beta-defensin 2 in response to bacterial lipoprotein. Eur J

Immunol; 31(11): 3131–3137.

Boers JE, den Brok JL, Koudstaal J, Arends JW, Thunnissen FB. 1996. Number

and proliferation of neuroendocrine cells in normal human airway epithelium.

American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine; 154(3):758-

763.

Boers JE, Ambergen AW, Thunnissen FB. 1998. Number and proliferation of basal

and parabasal cells in normal human airway epithelium. Am. J. Respir. Crit.

Care Med; 157: 2000-6.

Bonner JC. 2007. Lung Fibrotic Responses to Particle Exposure. Toxicologic

Pathology; 35:148-153

Bonner JC. 2002. The epidermal growth factor receptor at the crossroads of airway

remodeling. Am J Physiol; 283:L528-30.

Booth BW, Adler KB, Bonner JC, Tournier F, Martin LD. 2001. Interleukin-13

induces proliferation of human airway epithelial cells in vitro via a

mechanism mediated by transforming growth factor-β. Am J Respir Cell Mol

Biol; 25:739-743.

Bosson J, Pourazar J, Forsberg B, Adelroth E, Sandstrom T, Blomberg A. 2007.

Ozone enhances the airway inflammation initiated by diesel exhaust.

Respiratory medicine; 101:1140-1146.

Boucher RC. 1994. Human airway ion transport. Am J Respir Crit Care Med;

150:271-281.

Bovallius A., Bucht B, Roffey R, & Anas P. 1978. Three year investigation of the

natural airborne bacterial flora at four localities in Sweden. Applied and

Environmental Microbiology; 35(5):847-852.

Bowden DH. 1983. Cell turnover in the lung. Am Rev Respir Dis; 128: S46–S48.

99

Bowie A & O’Neill LA. 2000. The interleukin-1 receptor/Toll-like superfamily:

signal generators for pro-inflammatory interleukins and microbial products. J

Leukoc Biol; 67:508-14.

Brain JD, Long NC, Wolfthal SF, Dumyahn T, Dockery DW. 1998. Pulmonary

toxicity in hamsters of smoke particles from Kuwaiti oil fires. Environ Health

Perspect.; 106:141–146.

Brauner EV, Forchhammer L, Møller P, Barregard L, Gunnarsen L, Afshari A,

Wåhlin P, Glasius M, Dragsted LO, Basu S, Raaschou-Nielsen O, Loft S.

2008. Indoor particles affect vascular function in the aged: an air filtration-

based intervention study. Am J Respir Crit Care Med.; 177:419–425.

Brook RD, Jerrett M, Brook JR, Bard RL & Finkelstein MM. 2008. The relationship

between diabetes mellitus and traffic-related air pollution. Journal of

Occupational and Environmental Medicine; 50(1):32–38.

Brook RD, Rajagopalan S, Pope CA. Brook JR, Bhatnagar A, Diez-Roux AV,

Holguin F, Hong Y, Luepker RV, Mittleman MA, Peters A, Siscovick D,

Smith SC Jr, Whitsel L, Kaufman JD; American Heart Association Council

on Epidemiology and Prevention, Council on the Kidney in Cardiovascular

Disease, and Council on Nutrition, Physical Activity and Metabolism. 2010.

Particulate matter air pollution and cardiovascular disease: an update to the

scientific statement from the american heart association. Circulation;

121(21): 2331–2378.

Brook RD, Franklin B, Cascio W, Hong Y, Howard G, Lipsett M, Luepker R,

Mittleman M, Samet J, Smith SC, Tager I. 2004. Air pollution and

cardiovascular disease: a statement for healthcare professionals from the

expert panel on population and prevention science of the american heart

association. Circulation; 109:2655-2671

Brown DM, Stone V, Findlay P, MacNee W, Donaldson K. 2000. Increased

inflammation and intracellular calcium caused by ultrafine carbon black is

independent of transition metals or other soluble components. Occup Environ

Med; 57:685–91.

Buisson AC, Gilles C, Polette M, Zahm JM, Birembaut P, Tournier JM. 1996.

Wound repair- induced expression of stromelysins is associated with the

acquisition of a mesenchymal phenotype in human respiratory epithelial cells.

Lab Invest; 74:658–669.

Burman WJ, Martin WJ. 1986. Oxidant-mediated ciliary dysfunction: possible role

in airway disease. Chest; 89: 410-413.

Burnham EL, Taylor WR, Quyyumi AA, Rojas M, Brigham KL, Moss M. 2005.

Increased circulating endothelial progenitor cells are associated with survival

in acute lung injury. Am J Respir Crit Care Med.; 172: 854-860.

Calderon-Garciduenas L, Villarreal-Calderon R, Valencia-Salazar G, Henríquez-

Rolda´n C, Gutie´rrez-Castrello´n P, Torres-Jardo´n R, Osnaya-Brizuela N,

Romero L, Torres-Jardo´n R, Solt A, Reed W. 2008. Systemic inflammation,

100

endothelial dysfunction, and activation in clinically healthy children exposed

to air pollutants. Inhal Toxicol.; 20:499–506.

Cantin AM, Hubbard RC, Crystal RG. Glutathione deficiency in the epithelial

lining fluid of the lower respiratory tract of patients with idiopathic

pulmonary fibrosis. Am Rev Respir Dis 1989; 139: 370–372.

Chapman R. S., He X., Blair A. E., Lan Q. 2005. Improvement in household stoves

and risk of chronic obstructive pulmonary disease in Xuanwei, China:

retrospective cohort study. British Medical Journal; 331(7524):1050-1052.

Chaudri G, Clark IA. 1989. Reactive oxygen species facilitate the in vitro and in

vivo lipopolysaccharide-induced release of tumor necrosis factor. J Immunol;

143(4):1290-4.

Cho HY, Jedlicka AE, Clarke R, Kleeberger SR. 2005. Role of Toll-like receptor-

4 in genetic susceptibility to lung injury induced by residual oil fly ash.

Physiol Genomics.; 22:108-117.

Christensen PJ, Kim S, Simon RH, Toews GB, Paine R III. 1993. Differentiation-

related expression of ICAM-1 by rat alveolar epithelial cells. Am J Respir

Cell Mol Biol; 8(1):9-15.

Christman JW, Christman BW, Shepherd VL, Rinaldo JE. 1991. Regulation of

alveolar macrophage production of chemoattractants by leukotrine B4 and

prostaglandin E2. Am J Respir Cell Mol Biol; 5: 297-304.

Chuang KJ, Chan CC, Su TC, Lee CT, Tang CS. 2007. The effect of urban air

pollution on inflammation, oxidative stress, coagulation, and autonomic

dysfunction in young adults. Am J Respir Crit Care Med.; 176: 370–376.

Churg A. 1996. The uptake of mineral particles by pulmonary epithelial cells. Am

J Respir Crit Care Med; 154:1124-1140.

Cohn LA, Fischer BM, Krunkosky TM, Wright DT, Adler KB. 1997. Airway

epithelial cells in asthma. In: Allergy and Allergic Diseases (Kay AB, ed).

Oxford, England:Blackwell Scientific Publication; 263-283.

Coraux C, Martinella-Catusse C, Nawrocki-Raby B, Hajj R, Burlet H, Escotte S,

Laplace V, Birembaut P, Puchelle E. 2005. Differential expression of matrix

metalloproteinases and interleukin-8 during regeneration of human airway

epithelium in vivo. J Pathol; 206:160-169.

Cox G, Gauldie J, Jordana M. 1992. Bronchial epithelial cellderived cytokines (G-

CSF and GM-CSF) promote the survival of peripheral blood neutrophils in

vitro. Am J Respir Cell Mol Biol; 7: 507–513.

Coyne CB, Gambling TM, Boucher RC, Carson JL, Johnson LG. 2003. Role of

claudin interactions in airway tight junctional permeability. Am J Physiol

Lung Cell Mol Physiol; 285:L1166-L1178.

Crapo JD, Barry BE, Gehr P, Bachofen M, Weibel ER. 1982. Cell numbers and cell

characteristics of the normal human lung. Am Rev Respir Dis; 126:332-337.

101

Crystal RG, Randell SH, Engelhardt JF, Voynow J, Sunday ME. 2008. Airway

epithelial cells: current concepts and challenges. Proc Am Thorac Soc; 5: 772-

777

Dales R, Liu L, Szyszkowicz M, Dalipaj M, Willey J, Kulka R, Ruddy TD. 2007.

Particulate air pollution and vascular reactivity: the bus stop study. Int Arch

Occup Environ Health.; 81:159 –164.

Davis RJ. 1995. Transcriptional regulation by MAP kinases. Mol Reprod Devel;

42:459–67.

de Bentzmann S, Polette M, Zahm JM, Hinnrasky J, Kileztky C, Bajolet O, Klossek

JM, Filloux A, Lazdunski A, Puchelle E. 2000. Pseudomonas aeruginosa

virulence factors delay airway epithelial wound repair by altering the actin

cytoskeleton and inducing overactivation of epithelial matrix

metalloproteinase-2. Lab Invest; 80:209–219.

De Water R, Willems LN, Van Muijen GN, Franken C, Fransen JA, Dijkman JH,

Kramps JA. 1986. Ultrastructural localization of bronchial antileukoprotease

in central and peripheral human airways by a goldlabeling technique using

monoclonal antibodies. Am. Rev. Respir. Dis; 133: 882–90.

DeLorme MP, Yang H, Elbon-Copp C, Gao X, Barraclough-Mitchell H, Bassett

DJ. 2002. Hyperresponsive airways correlate with lung tissue inflammatory

cell changes in ozoneexposed rats. Journal of Toxicology and Environmental

Health; 65(19):1453-1470.

Denburg JA, Dolovich J, Ohtoshi T, Cox G, Gauldie J, Jordana M. 1990. The

microenvironmental differentiation hypothesis of airway inflammation. Am J

Rhinol; 4: 29–34.

Dentener MA, Vreugdenhil ACE, Hoet PHM, Vernooy JH, Nieman FH, Heumann

D, Janssen YM, Buurman WA, Wouters EF. 2000. Production of the acute-

phase protein lipopolysaccharide binding protein by respiratory type II

epithelial cells. Implications for local defense to bacterial endotoxins. Am J

Respir Cell Mol Biol; 23(2): 146-53.

Devereux TR, Serabjit-Singh CJ, Slaughter SR, Wolf CR, Philpot RM, Fouts JR.

1981. Identification of cytochrome P-450 isozymes in nonciliated bronchiolar

epithelial (Clara) and alveolar type II cells isolated from rabbit lung. Exp

Lung Res; 2:221-230.

Devlin RB, McKinnon KP, Noah T, Becker S, Koren HS. 1994. Ozone-induced

release of cytokines and fibronectin by alveolar macrophages and airway

epithelial cells. American Journal of Physiology; 266(6):L612–L619.

Diamond G, Legarda D, Ryan LK. 2000. The innate immune response of the

respiratory epithelium. Immunol Rev; 173: 27–38.

Diaz-Sanchez D. 1997. The role of diesel exhaust particles and their associated

polyaromatic hydrocarbons in the induction of allergic airway disease.

Allergy; 52(38): 52-58.

102

Diaz-Sanchez D, Tsien A, Fleming J, & Saxon A. 1997. Combined diesel exhaust

particulate and ragweed allergen challenge markedly enhances human in vivo

nasal ragweed specific IgE and skews cytokine production to a Th2 type

phenotype. J Immunol; 158: 2406–13.

Dinsdale D, Green JA, Manson MM, Lee MJ. 1992. The ultrastructural

immunolocalization of gammaglutamyltranspeptidase in rat lung: correlation

with the histochemical demonstration of enzyme activity. Histochem J;

24:144-152.

Donaldson K, Li XY, MacNee W. 1998. Ultrafine (nanometer) particle mediated

lung injury. J. Aerosol Sci; 29(5-6):553-560

Dorinsky PM, Davis WB. 1986. Chronic bronchitis: oxidant damage by leukocytes.

Chest; 89: 321–322.

Doshi N. & Mitragotri S. 2010. Macrophages recognize size and shape of their

targets. PLoSONE; 5(4).

Dostert C, Pe´trilli V, Van Bruggen R, Steele C, Mossman BT, Tschopp J. 2008.

Innate immune activation through Nalp3 inflammasome sensing of asbestos

and silica. Science.; 320:674–677.

Dreher K, Jaskot R, Kodavanti U, Lehmann J, Winsett D, Costa D. 1996. Soluble

transition metals mediate the acute pulmonary injury and airway

hyperreactivity induced by residual oil fly ash particles. Chest; 109: 33S-34S.

Driscoll KE, Higins JM, Leytart MJ, Crosby LL. 1990. Differential effects of

mineral dusts on the in vitro activation of alveolar macrophage eicosanoid

and cytokine release. Toxicol In Vitro 4:284-288.

Duits LA, Nibbering PH, van Strijen E, Vos JB, Mannesse-Lazeroms SP, van

Sterkenburg MA, Hiemstra PS. 2003. Rhinovirus increases human [beta]-

defensin-2 and -3 mRNA expression in cultured bronchial epithelial cells.

FEMS Immunology and Medical Microbiology; 38: 59–64.

Dupuit F, Kalin N, Brezillon S, Hinnrasky J, Tummler B, Puchelle E. 1995. CFTR

and differentiation markers expression in non-CF and delta F 508

homozygous CF nasal epithelium. J Clin Invest; 96:1601-1611.

Ebert RV, Terracio MJ. 1975. The bronchiolar epithelium in cigarette smokers:

observations with the scanning electron microscope. Am Rev Respir Dis;

111: 4–11.

Eftim SE, Samet JM, Janes H, McDermott A, Dominici F. 2008. Fine particulate

matter andmortality: a comparison of the Six Cities and American Cancer

Society cohorts with a medicare cohort. Epidemiology; 19(2): 209–216.

Erjefalt JS. & Persson CG. 1997. Airway epithelial repair: breathtakingly quick and

multipotentially pathogenic. Thorax; 52:1010–1012.

Erjefalt JS, Erjefalt I, Sundler F & Persson CG. 1995. In vivo restitution of airway

epithelium. Cell Tissue Res; 281:305-316.

103

Erjefalt JS, Sundler F, Persson CG. 1996. Eosinophils, neutrophils, and venular

gaps in the airway mucosa at epithelial removal-restitution. Am J Respir Crit

Care Med; 153:1666–1674.

Espevik T, Figari IS, Shalaby MR, Lackides GA, Lewis GD, Shepard HM,

Palladino MA Jr. 1987. Inhibition of cytokine production by cyclosporin A

and transforming growth factor- β. J Exp Med; 166:571–576.

Evans MJ, Cox RA, Shami SG, Plopper CG. 1990. Junctional adhesion mechanisms

in airway basal cells. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol.; 3: 341–7.

Evans MJ, Cox RA, Shami SG, Wilson B, Plopper CG. 1989. The role of basal cells

in attachment of columnar cells to the basal lamina of the trachea. Am. J.

Respir. Cell Mol. Biol; 1: 463–9.

Evans MJ, Plopper CG. 1988. The role of basal cells in adhesion of columnar

epithelium to airway basement membrane. Am. Rev. Respir. Dis; 138: 481–

3.

Fehrenbach H. 2001. Alveolar epithelial type II cell: defender of the alveolus

revisited. Respir Res.; 2(1): 33-46.

Franck U, Odeh S, Wiedensohler A, Wehner B, Herbarth O. 2011. The effect of

particle size on cardiovascular disorders the smaller the worse. Science of the

Total Environment; 409(20): 4217–4221.

Frye M, Bargon J, Gropp R. 2001. Expression of human betadefensin-1 promotes

differentiation of keratinocytes. J Mol Med; 79: 275–282.

Fujii T, Hayashi S, Hogg JC, Mukae H, Suwa T, Goto Y, Vincent R, van Eeden SF.

2002. Interaction of alveolar macrophages and airway epithelial cells

following exposure to particulate matter produces mediators that stimulate

the bone marrow. Am J Respir Cell Mol Biol.; 27:34–41.

Fujii T, Hayashi S, Hogg JC, Vincent R, Van Eeden SF. Particulate matter induces

cytokine expression in human bronchial epithelial cells. American Journal of

Respiratory Cell and Molecular Biology; 25(3): 265–271.

Fujimaki H, Kurokawa Y, Yamamoto S, Satoh M. 2006. Distinct requirements for

interleukin-6 in airway inflammation induced by diesel exhaust in mice.

Immunopharmacol Immunotoxicol.; 28:703–714.

Fujino N, Kubo H, Suzuki T, Ota C, Hegab AE, He M, Suzuki S, Yamada M, Kondo

T, Kato H, Yamaya M. 2011. Isolation of alveolar epithelial type II progenitor

cells from adult human lungs. Lab Invest.; 91: 363-378.

Fujishima S, Shiomi T, Yamashita S, Yogo Y, Nakano Y, Inoue T, Nakamura M,

Tasaka S, Hasegawa N, Aikawa N, Ishizaka A, Okada Y. 2010. Production

and activation of matrix metalloproteinase 7 (matrilysin-1) in the lungs of

patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Arch Pathol Lab Med.;

134:1136-1142.

Fujishima S. 2011. Epithelial cell restoration and regeneration in inflammatory lung

disease. Inflammation and Regeneration; 31(3):290-295

104

Gehling WM, Khachatryan L, Dellinger B. 2013. Hydroxyl Radical Generation

from Environmentally Persistent Free Radicals (EPFRs) in PM2.5. Environ

Sci Technol (in press)

Ghio AJ, Carraway MS, Madden MC. 2012. Composition of air pollution particles

and oxidative stress in cells, tissues, and living systems. J Toxicol Environ

Health B Crit Rev; 15: 1-21.

Ghio AJ, Cohen MD. 2005. Disruption of iron homeostasis as a mechanism of

biologic effect by ambient air pollution particles. Inhal Toxicol.; 17:709 –

716.

Ghio AJ, Devlin RB. 2001. Inflammatory lung injury after bronchial instillation of

air pollution particles. Am J Respir Crit Care Med.; 164:704–708.

Ghio AJ, Kennedy TP, Whorton AR, Crumbliss AL, Hatch GE, Hoidal JR. 1992.

Role of surface complexed iron in oxidant generation and lung inflammation

induced by silicates. Am J Physiol 263: L511-L518.

Ghio AJ, Kim C, Devlin RB. 2000. Concentrated ambient air particles induce mild

pulmonary inflammation in healthy human volunteers. Am J Respir Crit Care

Med.; 162(pt 1):981–988.

Ghio, AJ, Stonehuerner J, Dailey LA, Carter JD. 1999. Metals associated with both

the water-soluble and insoluble fractions of an ambient air pollution particle

catalyze an oxidative stress. Inhal. Toxicol.; 11:37–49.

Giangreco A, Reynolds SD, Stripp BR: Terminal bronchioles harbor a unique

airway stem cell population that localizes to the bronchoalveolar duct

junction. Am J Pathol. 2002; 161(1): 173-182.

Giangreco A, Arwert EN, Rosewell IR, Snyder J, Watt FM & Stripp BR. 2009.

Stem cells are dispensable for lung homeostasis but restore airways after

injury. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States

of America; 106(23): 9286–9291.

Godleski JJ, Clarke RW, Coull BA, Saldiva PHN, Jiang NF, Lawrence J, Koutrakis

P. 2002. Composition of inhaled urban air particles determines acute

pulmonary responses. Ann Occup Hyg.; 46(suppl 1):419–424.

Goldsmith CA, Imrich A, Danaee H, Ning YY & Kobzik, L. 1998. Analysis of air

pollution particulate-mediated oxidant stress in alveolar macrophages. J

Toxicol Environ Health; 54:529–45.

Gordon S & Taylor PR. 2005. Monocyte and macrophage heterogeneity. Nature

Reviews Immunology; 5(12):953–964.

Gordon S. 2003. Alternative activation of macrophages. Nature Reviews

Immunology; 3(1): 23–35.

Graness A, Chwieralski CE, Reinhold D, Thim L & Hoffmann W. 2002. Protein

kinase C and ERK activation are required for TFF-peptide-stimulated

bronchial epithelial cell migration and tumor necrosis factor-α-induced

interleukin-6 (IL-6) and IL-8 secretion. J. Biol. Chem.; 277: 18440–18446.

105

Groves E, Dart AE, Covarelli V, & Caron E. 2008. Molecular mechanisms of

phagocytic uptake in mammalian cells. Cellular and Molecular Life Sciences,

vol. 65, no. 13, pp. 1957–1976, 2008.

Guillot L, Balloy V, McCormack FX, Golenbock DT, Chignard M, Si-Tahar M.

2002. Cutting edge: the immunostimulatory activity of the lung surfactant

protein-A involves Toll-like receptor 4. J Immunol; 168: 5989–5992.

Gumbiner B. Structure, biochemistry and assembly of epithelial tight junctions. Am

J Physiol 1987; 253:C749–C758.

Gundel RH, Wegner CD, Letts LG. 1993. Adhesion molecules in a primate model

ofallergic asthma: clinical implications for respiratory care. Springer Semin

Immunopathol; 15:75-88.

Halliwell B, Gutteridge JMC. 1989. In: Free Radicals in Biology and Medicine. 2nd

edn. Oxford, Claredon Press.

Hardy JA, Aust AE. 1995. Iron in asbestos chemistry and carcinogenicity. Chem

Rev; 95:97-118.

Harkema JR, Hotchkiss JA, Barr EB, Bennett CB, Gallup M, Lee JK & Basbaum

C. 1999. Long-lasting effects of chronic ozone exposure on rat nasal

epithelium. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol.; 20: 517–529.

Harvey BG, Heguy A, Leopold LP, Carolan BJ. Ferris B, Crystal RG. 2007.

Modification of gene expression of the small airway epithelium in response

to cigarette smoking. J Mol Med; 85:39-53

Hastie AT, Loegering DA, Gleich GJ, Kueppers F. 1987. The effect of purified

human eosinophil major basic protein on mammalian ciliary activity. Am Rev

Respir Dis; 135: 848–853.

Hawgood S, Brown C, Edmondson J, Stumbaugh A, Allen L, Goerke J, Clark H,

Poulain F. 2004. Pulmonary collectins modulate strain-specific influenza a

virus infection and host responses. J Virol 2004;78:8565–8772.

Heffner JE, Repine JE. 1989. Pulmonary strategies of antioxidant defense. Am Rev

Respir Dis; 140: 531–554.

Heguy A, Harvey BG, Leopold PL, Dolgalev I, Raman T, Crystal RG. 2007.

Responses of the human airway epithelium transcriptome to in vivo injury.

Physiol Genomics; 29:139–148.

Hicks W Jr, Hall L 3rd, Sigurdson L. 1997. Isolation and characterization of basal

cells from human upper respiratory epithelium. Exp. Cell Res; 237: 357–63.

Hiemstra PS. 2006. Defensins and cathelicidins in inflammatory lung disease:

beyond antimicrobial activity. Biochem Soc Trans; 34:276–278.

Hiraiwa K & van Eeden SF. 2013. Contribution of lung macrophages to the

inflammatory responses induced by exposure to air pollutants. Mediators of

Inflammation; http://dx.doi.org/10.1155/2013/619523.

Hirota JA, Hirota SA, Warner SM, Stefanowicz D, Shaheen F, Beck PL, Macdonald

JA, Hackett TL, Sin DD, Van Eeden S, Knight DA. 2012. The airway

epithelium nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat protein 3

106

inflammasome is activated by urban particulate matter. Journal of Allergy and

Clinical Immunology; 129(4): 1116–1125.

Hiura TS, Kaszubowski, MP, Li N & Nel AE. 1999. Chemicals in diesel exhaust

particles generate reactive oxygen radicals and induce apoptosis in

macrophages. J Immunol; 163, 5582–91.

Hnizdo E, Sullivan PA, Bang KM & Wagner G. 2004. Airflow obstruction

attributable to work in industry and occupation among U.S. race/ethnic

groups: a study of NHANES III data. American Journal of Industrial

Medicine; 46(2):126–135.

Hogg JC & Van Eeden S. 2009. Pulmonary and systemic response to atmospheric

pollution. Respirology; 14(3): 336-346.

Holgate ST, Lackie P, Wilson S, Roche W, Davies D. 2000. Bronchial epithelium

as a key regulator of airway allergen sensitization and remodeling in asthma.

Am J Respir Crit Care Med; 162: S113–S117.

Holgate ST. 2000. Epithelial damage and response. Clin Exp Allergy; 30: 37–41.

Hollingsworth JW, Maruoka S, Li Z, Potts EN, Brass DM, Garantziotis S, Fong A,

Foster WM, Schwartz DA. 2007. Ambient ozone primes pulmonary innate

immunity in mice. J Immunol.;179:4367– 4375.

Hong KU, Reynolds SD, Giangreco A, Hurley CM, Stripp BR. 2001. Clara cell

secretory protein-expressing cells of the airway neuroepithelial body

microenvironment include a label-retaining subset and are critical for

epithelial renewal after progenitor cell depletion. Am. J. Respir. Cell Mol.

Biol.; 24: 671–81.

Huang SL, Cheng WL, Lee CT, Huang HC & Chan CC. 2002. Contribution of

endotoxin in macrophage cytokine response to ambient particles in vitro.

Journal of Toxicology and Environmental Health A; 65(17):1261–1272.

Huang YT, Li Z, Harder SD & Soukup JM. 2004. Apoptotic and inflammatory

effects induced by different particles in human alveolarmacrophages.

Inhalation Toxicology; 16(14): 863–878.

Huang YC, Li Z, Carter JD, Soukup JM, Schwartz DA, Yang IV. 2009. Fine

ambient particles induce oxidative stress and metal binding genes in human

alveolar macrophages. Am J Respir Cell Mol Biol; 41:544-52.

Hunninghake G, Crystal R. 1983. Cigarette smoking and lung destruction:

accumulation of neutrophils in the lungs of cigarette smokers. Am Rev Respir

Dis; 128: 833–838.

Imasato A, Desbois-Mouthon C, Han J, Kai H, Cato AC, Akira S, Li JD. 2002.

Inhibition of p38 MAPK by glucocorticoids via induction of MAPK

phosphatase-1 enhances nontypeable Haemophilus influenzaeinduced

expression of toll-like receptor 2. J Biol Chem; 277: 47444–47450.

Ingram JL, Rice AB, Santos J, Van Houten B & Bonner JC. 2003. Vanadium-

induced HB-EGF expression in human lung fibroblasts is oxidant dependent

and requires MAP kinases. Am J Physiol; 284: L774–82.

107

Ito H, Romberger DJ, Rennard SI, Spurzem JR. 1993. TNF-alpha enhances

bronchial epithelial cell migration and attachment to fibronectin. Am Rev

Respir Dis; 147:A46.

Jain B, Robbins R, Rubinstein I, Sisson J. 1994. TNF-α and IL-1 modulate airway

epithelial ciliary activity by a nitric oxide-dependent mechanism. Clin Res;

42: 115A.

Jain B, Rubinstein I, Robbins RA, Leise KL, Sisson JH. 1993. Modulation of airway

epithelial cell ciliary beat frequency by nitric oxide. Biochem Biophys Res

Commun; 191: 83–88.

Jakab GJ, Clarke RW, Hemenway DR, Longphre MV, Kleeberger SR & Frank R.

1996. Inhalation of acid coated carbon black particles impairs alveolar

macrophage phagocytosis. Toxicology Letters; 88(1–3): 243–248.

Jaspers I, Samet JM, Erzurum S, & Reed W. 2000. Vanadium-induced kappaB-

dependent transcription depends upon peroxide-induced activation of the p38

mitogen-activated protein kinase. Am J Respir Cell Mol Biol; 23: 95–102.

Jeffery PK. 1991. Morphology of the airway wall in asthma and in chronic

obstructive pulmonary disease. Am. Rev. Respir. Dis; 143: 1152–8.

Jeffery PK. 1995. Microstructure of the lung. In: Gibson GJ, Geddes DM, Costabel

U, Sterk P, Corin B, editors. Respiratory medicine Philadelphia: WB

Saunders. pp. 34–50.

Jiang N, Dreher KL, Dye JA, Li Y, Richards JH, Martin LD, Adler KB. 2000.

Residual oil fly ash induces cytotoxicity and mucin secretion by guinea pig

tracheal epithelial cells via an oxidant-mediated mechanism. Toxicol Appl

Pharmacol.;163:221–230.

Jordana M, Clancy R, Dolovich J, Denburg J. 1992. Effector role of the epithelial

compartment in inflammation. Ann New York Acad Sci; 664: 180–189.

Kadiiska MB, Mason RP, Dreher KL, Costa DL, & Ghio AJ. 1997. In vivo evidence

of free radical formation in the rat lung after exposure to an emission source

air pollution particle. Chem Res Toxicol; 10:1104-8.

Katsura H, Kawada H, Konno K. 1993. Rat surfactant apoprotein A (SP-A) exhibits

antioxidant effects on alveolar macrophages. Am J Respir Cell Mol Biol; 9:

520–525.

Kawai K, Shimura H, Minagawa M, Ito A, Tomiyama K, Ito M. 2002. Expression

of functional Toll-like receptor 2 on human epidermal keratinocytes. J

Dermatol Sci; 30: 185–194.

Kehrl JH, Wakefield LM, Roberts AB, Jakowlew S, Alvarez-Mon M, Derynck R,

Sporn MB, Fauci AS. 1986. Production of transforming growth factor- β by

human T-lymphocytes and its potential role in the regulation of T cell growth.

J Exp Med; 163: 1037–1050.

Kelly FJ, Buhl R, Sandström T. 1999. Measurement of antioxidants, oxidants and

oxidant products in bronchoalveolar lavage fluid. Eur Respir Rev; 9:93–8.

108

Kelly FJ. 2003. Oxidative stress: its role in air pollution and adverse health effects.

Occup Environ Med.; 60:612–616.

Kennedy T, Ghio AJ, Reed W, Samet J, Zagorski J, Quay J, Carter J, Dailey L,

Hoidal JR, Devlin RB. 1998. Copperdependent inflammation and nuclear

factor-kappaB activation by particulate air pollution. Am. J. Respir. Cell Mol.

Biol.; 19:366-378.

Khalil N, O'Connor RN, Unruh HW, Warren PW, Flanders KC, Kemp A, Bereznay

OH, Greenberg AH. 1991. Increased production and immunohistochemical

localization of transforming growth factor- β in idiopathic pulmonary

fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol; 5: 155–162.

Kim CF, Jackson EL, Woolfenden AE, Lawrence S, Babar I, Vogel S, Crowley D,

Bronson RT, Jacks T. 2005. Identification of bronchioalveolar stem cells in

normal lung and lung cancer. Cell;121:823–835.

Knight DA & Holgate ST. 2003. The airway epithelium: Structural and functional

properties in health and disease. Respirology; 8:432-446

Kodavanti UP, Mebane R, Ledbetter A, Krantz T, McGee J, Jackson MC, Walsh L,

Hilliard H, Chen BY, Richards J, Costa DL. 2000. Variable pulmonary

responses from exposure to concentrated ambient air particles in a ratmodel

of bronchitis,” Toxicological Sciences; 54(2): \441–451.

Koike E, Kobayashi T, Utsunomiya R. 2001. Effect of exposure to nitrogen dioxide

on alveolar macrophage-mediated immunosuppressive activity in rats.

Toxicology Letters, 121(2):135–143.

Koken PJ, Piver WT, Ye F, Elixhauser A, Olsen LM, & Portier CJ. 2003.

Temperature, air pollution, and hospitalization for cardiovascular diseases

among elderly people in Denver. Environmental Health Perspectives;

111(10):1312–1317.

Korthuis RJ, Anderson DC, Granger DN. 1994. Role of neutrophilendothelial cell

adhesion in inflammatory disorders. J Crit Care; 9:47-71.

Krause DS, Theise ND, Collector MI, Henegariu O, Hwang S, Gardner R, Neutzel

S, Sharkis SJ. 2001. Multiorgan, multi-lineage engraftment by a single bone

marrow-derived stem cell. Cell.; 105: 369-377.

Krunkosky TM, Fischer BM, Akley NJ, Adler KB. 1996. Tumor necrosis factor

alpha (TNFa)-induced ICAM-1 surface expression in airway epithelial cells

in vitro: possible signal transduction mechanisms. Ann NYAcad Sci 796:30-

37.

Lassalle P, Gosset P, Delneste T, Tsicopoulos A, Capron A, Joseph M, Tonnel AB.

1993. Modulation of adhesion molecule expression on endothelial cells

during the late asthmatic reaction: role of macrophage-derived tumor necrosis

factor-alpha. Clin Exp Immunol; 49:105-110.

Lechapt-Zalcman E, Pruliere-Escabasse V, Advenier D, Galiacy S, Charriere-

Bertrand C, Coste A, Harf A, d’Ortho MP, Escudier E. 2006. Transforming

growth factor-beta1 increases airway wound repair via MMP-2 upregulation:

109

a new pathway for epithelial wound repair? Am J Physiol Lung Cell Mol

Physiol;290:L1277–L1282.

Legrand C, Gilles C, Zahm JM, Polette M, Buisson AC, Kaplan H, Birembaut P,

Tournier JM. 1999. Airway epithelial cell migration dynamics: MMP-9 role

in cell–extracellular matrix remodeling. J Cell Biol; 146:517–529.

Lehnert BE. 1993. Defense mechanisms against inhaled particles and associated

particle-cell interactions. Mineralogical Society of America; 28:427-470.

Lehnert BE. 1990. Lung defense mechanisms against deposited dusts. In: Problems

in Respiratory Care. Lippincott Series on Respiratory Public Health.

Philadelphia:Lippincott-Raven Publishers; (3) 130-162.

Lemaire I, Ouellet S. 1996. Distinctive profile of alveolar macrophage-derived

cytokine release induced by fibrogenic and nonfibrogenic mineral dusts. J

Toxicol Environ Health 47:465-478.

Li XY, Gilmour PS, Donaldson K, MacNee W. 1997. In vivo and in vitro

proinflammatory effects of particulate air pollution (PM10). Environmental

Health Perspective; 105(5):1279-1283.

Li Z, Carter JD, Dailey LA, Huang YC. 2005. Pollutant particles produce

vasoconstriction and enhance MAPK signaling via angiotensin type I

receptor. Environ Health Perspect.; 113:1009 –1014.

Li Z, Hyseni X, Carter JD, Soukup JM, Dailey LA, Huang YC. 2006. Pollutant

particles enhanced H2O2 production from NAD(P)H oxidase and

mitochondria in human pulmonary artery endothelial cells. Am J Physiol Cell

Physiol.; 291:C357–365.

Lindberg S, Mercke U, Uddman R. 1986. The morphological basis for the effect of

substance P on mucociliary activity in rabbit maxilliary sinus. Acta

Otolaryngol (Stockh); 101: 314–319.

Ling TY, Kuo MD, Li CL, Yu AL, Huang YH, Wu TJ, Lin YC, Chen SH, Yu J.

2006. Identification of pulmonary Oct-4+ stem/progenitor cells and

demonstration of their susceptibility to SARS coronavirus (SARS-CoV)

infection in vitro. Proc Natl Acad Sci U S A; 103: 9530-9535.

Liu L, Roberts AA, Ganz T. 2003. By IL-1 signaling, monocytederived cells

dramatically enhance the epidermal antimicrobial response to

lipopolysaccharide. J Immunol; 170: 575–580.

Lumsden AB, McLean A, Lamb D. 1984. Goblet and Clara cells of human distal

airways: evidence for smoking induced changes in their numbers. Thorax; 39:

844–9.

Machlin LJ & Bendich A. 1987. Free radical tissue damage: protective role of

antioxidant nutrients. Faseb J; 1:441-445

Maestrelli P, Saetta M, Mapp CE, Fabbri LM. 2001. Remodeling in response to

infection and injury: airway inflammation and hypersecretion of mucus in

smoking subjects with chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir

Crit Care Med;164:576–580.

110

Maier K, Leuschel L, Costabel U. 1991. Increased levels of oxidized methionine

residues in bronchoalveolar lavage fluid proteins from patients with

idiopathic pulmonary fibrosis. Am Rev Respir Dis; 143: 271–274.

Mantovani A, Sica A, Sozzani S, Allavena P, Vecchi A, & Locati M. 2004. The

chemokine systemin diverse forms of macrophage activation and

polarization. Trends in Immunology; 25(12): 677–686.

Martin LD, Krunkosky TM, Dye JA, Fischer BM, Jiang NF, Rochelle LG, Akley

NJ, Dreher KL, Adler KB. 1997. The role of reactive oxygen and nitrogen

species in the response of airway epithelium to particulates. Environmental

Health Perspective; 105(5):1301-1307

Mason RJ, Shannon JM. Alveolar type II cells. 1997. The Lung:Scientific

Foundations Second Edition edited by Crystal RG, West JB, Weibel ER,

Barnes PJ. Lippincott-Raven, Philadelphia.:543-555.

Matalon S. 1991. Mechanisms and regulation of ion transport in adult mammalian

alveolar type II pneumocytes. Am J Physiol;261:C727-C738.

Mazurier J, Metz-Boutique M-H, Jolles J, Spik G, Montreuil J, Jolles P. 1983.

Human lactoferrin: molecular, functional and evolutionary comparisons with

human serum transferrin and hen ovotransferrin. Experientia; 39: 135–141.

McDowell EM, Becci PJ, Schurch W, Trump BF. 1979. The respiratory epithelium.

VII. Epidermoid metaplasia of hamster tracheal epithelium during

regeneration following mechanical injury. J Natl Cancer Inst; 62:995–1008.

Medzhitov R, Janeway CA Jr. 1997. Innate immunity: impact on the adaptive

immune response. Curr Opin Immunol; 9: 4–9.

Mercer RR, Russell ML, Roggli VL, Crapo JD. 1994. Cell number and distribution

in human and rat airways. Am J Respir Cell Mol Biol.;10:613–624.

Meyer M, Pahl HL, Baeuerle PA. 1994. Regulation of the transcription factors

NFKB and AP-1 by reTox changes. Chem Biol Interact 91:91-100.

Miller KA, Siscovick DS, Sheppard L, Shepherd K, Sullivan JH, Anderson GL,

Kaufman JD. 2007. Long-term exposure to air pollution and incidence of

cardiovascular events in women. New England Journal of Medicine; 356(5):

447–458.

Molinelli AR, Madden MC, McGee JK, Stonehuerner JG, & Ghio AJ. 2002. Effect

of metal removal on the toxicity of airborne particulate matter from the Utah

valley. Inhalation Toxicology; 14(10):1069–1086.

Møller P, Jackobsen NR, Folkmann JK, Danielsen PH, Mikkelsen L, Hemmingsen

JG, Vesterdal LK, Forchhammer L, Wallin K, Loft S. 2010. Role of oxidative

damage in toxicity of particulates. Free Radic Res.; 44:1– 46.

Monn C. & Becker S. 1999. Cytotoxicity and, of proinflammatory cytokines from

human monocytes exposed to fine (PM2.5) and coarse particles (PM10-2.5)

in outdoor and indoor air. Toxicology and Applied Pharmacology; 155(3):

245–252.

111

Moser C, Weiner DJ, Lysenko E, Bals R, Weiser JN, Wilson JM. 2002. beta-

Defensin 1 contributes to pulmonary innate immunity in mice. Infect Immun;

70: 3068–3072.

Mostov K & Zegers M. 2003. Cell biology: Just mix and patch. Nature; 422:267–

268.

Muhlfeld C, Rothen-Rutishauser B, Blank F, Vanhecke D, Ochs M, Gehr P. 2008.

Interactions of nanoparticles with pulmonary structures and cellular

responses. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol.; 294:L817–L829.

Mukae H, Hogg JC, English D, Vincent R & Van Eeden SF. 2000. Phagocytosis of

particulate air pollutants by human alveolar macrophages stimulates the bone

marrow. American Journal of Physiology; 279(5):L924–L931.

Mukae H, Vincent R, Quinlan K, English D, Hards J, Hogg JC, van Eeden SF. 2001.

The effect of repeated exposure to particulate air pollution (PM10) on the

bone marrow. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine;

163(1): 201–209.

Murphy J, Summer R, Wilson AA, Kotton DN, & Fine A. 2008. The prolonged

life-span of alveolar macrophages. American Journal of Respiratory Cell and

Molecular Biology; 38(4):380–385.

Mutlu GM, Green D, Bellmeyer A, Baker CM, Burgess Z, Rajamannan N,

Christman JW, Foiles N, Kamp DW, Ghio AJ, Chandel NS, Dean DA,

Sznajder JI, Budinger GR. 2007. Ambient particulate matter accelerates

coagulation via an IL-6-dependent pathway. J Clin Invest.; 117:2952–2961.

Nel A, Xia T, Ma¨dler L, Li N. 2006. Toxic potential of materials at the nanolevel.

Science.; 311:622– 627.

Nemmar A, Hoet PH, Vanquickenborne B, Dinsdale D, Thomeer M, Hoylaerts MF,

Vanbilloen H, Mortelmans L, Nemery B. 2002. Passage of inhaled particles

into the blood circulation in humans. Circulation; 105(4):411–414.

Neuringer IP & Randell SH. 2004. Stem cells and repair of lung injuries.

Respiratory Researc; 5(6).

Nightingale JA, Maggs R, Cullinan P, Donnelly LE, Rogers DF, Kinnersley R,

Chung KF, Barnes PJ, Ashmore M, Newman-Taylor A. 2000. Airway

inflammation after controlled exposure to diesel exhaust particulates. Am J

Respir Crit Care Med.;162:161–166.

Niyonsaba F, Someya A, Hirata M, Ogawa H, Nagaoka I. 2001. Evaluation of the

effects of peptide antibiotics human betadefensins- 1/-2 and LL-37 on

histamine release and prostaglandin D(2) production from mast cells. Eur J

Immunol; 31: 1066–1075.

Nolen-Walston RD, Kim CF, Mazan MR, Ingenito EP, Gruntman AM, Tsai L,

Boston R, Woolfenden AE, Jacks T, Hoffman AM. 2008. Cellular kinetics

and modeling of bronchioalveolar stem cell response during lung

regeneration. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol.; 294: L1158-1165

112

O’Neill LAJ, Fitzgerald KA, Bowie AG. 2003. The Toll-IL-1 receptor adaptor

family grows to five members. Trends in Immunology; 24: 287–290

O’Neill MS, Veves A, Sarnat JA, Zanobetti A, Gold DR, Economides PA, Horton

ES, Schwartz J. 2007. Air pollution and inflammation in type 2 diabetes: a

mechanism for susceptibility. Occup Environ Med.; 64: 373–379.

Ohtoshi T, Tsuda T, Vancheri C, Vancheri C, Abrams JS, Gauldie J, Dolovich J,

Denburg JA, Jordana M. 1991. Human upper airway epithelial cell-derived

granulocyte-macrophage colony-stimulating factor induces histamine-

containing cell differentiation of human progenitor cells. Int Arch Allergy

Appl Immunol; 95(4): 376–384.

Ohtoshi T, Vancheri C, Cox G, Gauldie J, Dolovich J, Denburg JA, Jordana M.

1991. Monocyte-macrophage differentiation induced by human upper airway

epithelial cells. Am J Respir Cell Mol Biol; 4(3): 255–263.

Otto WR. 2002. Lung epithelial stem cells. Journal of Pathology; 197(4):527–535.

Park KS, Wells JM, Zorn AM, Wert SE, Lanbach VE, Fernandez LG, Whitsett JA.

2006. Transdifferentiation of ciliated cells during repair of the respiratory

epithelium. Am J Respir Cell Mol Biol; 34:151–157.

Parks WC, Lopez-Boado YS, Wilson CL. 2001. Matrilysin in epithelial repair and

defense. Chest; 120:36S–41S.

Parks WC. 1999. Matrix metalloproteinases in repair. Wound Repair Regen; 7:423–

432.

Plotkowski MC, Bajolet-Laudinet O, Puchelle E. 1993. Cellular and molecular

mechanisms of bacterial adhesion to respiratory mucosa. Eur Respir J; 6:

903–916.

Pope CA, Burnett RT, Thurston GD. 2004. Cardiovascular mortality and long-term

exposure to particulate air pollution: epidemiological evidence of general

pathophysiological pathways of disease. Circulation; 109:71–77.

Pritchard RJ, Ghio AJ, Lehmann JR, Winsett DW, Tepper JS, Park P, Gilmour MI,

Dreher KL, Costa DL. 1996. Oxidant generation and lung injury after

particulate air pollutant exposure increase with the concentrations of

associated metals. Inhalation Toxicol 8:457-477.

Pryor WA. 1992. Biological effects of cigarette smoke, wood smoke, and the smoke

from plastics: the use of electron spin resonance. Free Radic Biol Med; 13:

659-676.

Pryor, WA & Squadrito GL. 1995. The chemistry of peroxynitrite: a product from

the reaction of nitric oxide with superoxide. Am J Physiol; 268:L699–722.

Puchelle E, Zahm JM, Tournier JM, Coraux C. 2006. Airway epithelial repair,

regeneration, and remodeling after injury in chronic obstructive pulmonary

disease. Proc Am Thorac Soc; 3:726-733

Qureshi ST, Lariviere L, Leveque G, Clermont S, Moore KJ, Gros P, Malo D. 1999.

Endotoxintolerant mice have mutations in Toll-like receptor 4 (Tlr4). J Exp

Med; 189: 615–625.

113

Rahman I, Li XY, Donaldson K, Harrison DJ, MacNee W. 1995. Glutathione

homeostasis in alveolar epithelial cells in vitro and lung in vivo under

oxidative stress. Am J Physiol 269:L285-L292.

Raiser DM, Zacharek SJ, Roach RR, Curtis SJ, Sinkevicius KW, Gludish DW, Kim

CF. 2008. Stem cell biology in the lung and lung cancers: using pulmonary

context and classic approaches. Cold SpringHarbor Symposia on Quantitative

Biology; 73:479–490.

Randell SH. 2006. Airway epithelial stemcells and thepathophysiologyof chronic

obstructive pulmonary disease. Proc Am Thorac Soc; 3:718–725.

Rawlins EL, Hogan BL. 2006. Epithelial stem cells of the lung: privileged few or

opportunities for many?. Development; 133:2455–2465.

Rawlins EL, Okubo T, Xue Y, Brass DM, Auten RL, Hasegawa H, Wang F, Hogan

BL. 2009. The role of Scgb1a1+ Clara cells in the long-term maintenance and

repair of lung airway, but not alveolar, epithelium. Cell Stem Cell; 4: 525-

534.

Reddy R, Buckley S, Doerken M, Barsky L, Weinberg K, Anderson KD, Warburton

D, Driscoll B. 2004. Isolation of a putative progenitor subpopulation of

alveolar epithelial type 2 cells. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol.; 286:

L658-667.

Refsnes M., Hetland RB, Øvrevik J, Sundfør I, Schwarze PE, & Mag LG. 2006.

Different particle determinants induce apoptosis and cytokine release in

primary alveolar macrophage cultures. Particle and Fibre Toxicology; 3(10).

Rhoden CR, Ghelfi E, Gonza´lez-Flecha B. 2008. Pulmonary inflammation by

ambient air particles is mediated by superoxide anion. Inhal Toxicol.; 20:11–

15.

Robbins RA, Springall DR, Warren JB, Kwon OJ, Buttery LD, Wilson AJ, Adcock

IM, Riveros-Moreno V, Moncada S, Polak J. 1994. Inducible nitric oxide

synthase is increased in murine lung epithelial cells by cytokine stimulation.

Biochem Biophys Res Commun; 198: 835–843.

Rochelle LG, Fischer BM, Krunkosky TM, Wright DT, Adler KB. 1996.

Environmental toxins induce intracellular responses of airway epithelium

through reactive species of oxygen and nitrogen. Chest; 109:35S-39S.

Rogers AV, Dewar A, Corrin B, Jeffery PK. 1993. Identification of serous-like cells

in the surface epithelium of human bronchioles. Eur. Respir. J; 6: 498–504.

Romberger D, Beckmann J, Claassen L, Ertl R, Rennard S. 1992. Modulation of

fibronectin production of bovine bronchial epithelial cells by transforming

growth factor-beta. AmJ Respir Cell Mol Biol; 7:149–155.

Rosen GM, Pou S, Ramos CL, Cohen MS, & Britigan BE. 1995. Free radicals and

phagocytic cells. FASEB J; 9:200–9.

Ruckerl R, Ibald-Mulli A, Koenig W, Schneider A, Woelke G, Cyrys J, Heinrich J,

Marder V, Frampton M, Wichmann HE, Peters A. 2006. Air pollution and

114

markers of inflammation and coagulation in patients with coronary heart

disease. Am J Respir Crit Care Med.; 173:432– 441.

Rundell KW, Hoffman JR, Caviston R, Bulbulian R, Hollenbach AM. 2007.

Inhalation of ultrafine and fine particulate matter disrupts systemic vascular

function. Inhal Toxicol.; 19:133–140.

Sacco O, Romberger D, Rizzino A, Beckmann JD, Rennard SI, Spurzem JR. 1992.

Spontaneous production of transforming growth factor-β2 by primary

cultures of bronchial epithelial cells: effects on cell behavior in vitro. J Clin

Invest; 90: 1379–1385.

Saetta M, Turato G, Baraldo S, Zanin A, Braccioni F, Mapp CE, Maestrelli P,

Cavallesco G, Papi A, Fabbri LM. 2000. Goblet cell hyperplasia and

epithelial inflammation in peripheral airways of smokers with both symptoms

of chronic bronchitis and chronic airflow limitation. Am J Respir Crit Care

Med; 161:1016–1021.

Sagai M, Lim BH, Ichinose T. 2000. Lung carcinogenesis by diesel exhaust

particles and the carcinogenic mechanism via active oxygen. Inhal Toxicol;

12: 215-223.

Salvi S, Blomberg A, Rudell B, Kelly F, Sandstrom T, Holgate ST, Frew A. 1999.

Acute inflammatory responses in the airways and peripheral blood after short-

term exposure to diesel exhaust in healthy human volunteers. Am J Respir

Crit Care Med.; 159:702–709.

Salzman NH, Ghosh D, Huttner KM, Paterson Y, Bevins CL. 2003. Protection

against enteric salmonellosis in transgenic mice expressing a human intestinal

defensin. Nature; 422: 522–526.

Samet JM, Stonehuerner J, Reed W, Devlin RB, Dailey LA, Kennedy TP,

Bromberg PA, & Ghio AJ. 1997. Disruption of protein tyrosine phosphate

homeostasis in bronchial epithelial cells exposed to oil fly ash. Am J Physiol;

272: L426–32.

Schafer FQ, Qian SY, Buettner GR. 2000. Iron and free radical oxidations in cell

membranes. Cell Mol Biol; 46:657-62.

Schauber J, Svanholm C, Termen S, Iffland K, Menzel T, Scheppach W, Melcher

R, Agerberth B, Lührs H, Gudmundsson GH. 2003. Expression of the

cathelicidin LL-37 is modulated by short chain fatty acids in colonocytes:

relevance of signalling pathways. Gut; 52: 735–741.

Schins RPF, Lightbody JH, Borm PJA, Shi T, Donaldson K, & Stone V. 2004.

Inflammatory effects of coarse and fine particulate matter in relation to

chemical and biological constituents. Toxicology and Applied

Pharmacology; 195(1):1–11.

Schmidt HHHW, Lohmann SM, Walter U. 1993. The nitric oxide and cGMP signal

transduction system: regulation and mechanism of action. Biochim Biophys

Acta; 1178:153-175.

115

Schneeberger EE, Walters DV, Olver RE. 1978. Development of intercellular

junctions in the pulmonary epithelium of the foetal lamb. J Cell Sci; 32: 307–

324.

Schneeberger EE. 1997. Alveolar type I cells. The Lung:Scientific Foundations

Second Edition edited by Crystal RG, West JB, Weibel ER, Barnes PJ.

Lippincott-Raven, Philadelphia.: 535-542.

Schutte BC McCray PB Jr. 2002. [beta]-defensins in lung host defense. Annu Rev

Physiol 2002; 64: 709–748.

Schwartz J. 1995. Short term fluctuations in air pollution and hospital admissions

of the elderly for respiratory disease. Thorax; 50(5):531–538.

Schwarz LB, Huff TF. 1991. Mast cells. In: Crystal RB, West JB, Barnes PJ,

Cherniack NS, Weibel ER, eds. The Lung: Scientific Foundations. Raven

Press. New York.

Seybold Z, Mariassy A, Stroh D, Kim C, Gazeroglu H, Wanner A. 1990.

Mucociliary interaction in vitro: effects of physiological and inflammatory

stimuli. J Appl Physiol; 68: 1421–1426.

Shukla A, Timblin C, BeruBe K, Gordon T, McKinney W, Driscoll K, Vacek P,

Mossman BT. 2000. Inhaled particulate matter causes expression of nuclear

factor (NF)-kappaB–related genes and oxidantdependent NF-kappaB

activation in vitro. Am J Respir Cell Mol Biol.; 23:182–187.

Silverberg A. 1983. Biorheological matching: mucociliary interaction and epithelial

clearance. Biorheology; 20: 215–222.

Simeonova PP, Luster MI. 1995. Iron and reactive oxygen species in the asbestos-

induced tumor necrosis factor-a response from alveolar macrophages. Am J

Respir Cell Mol Biol; 12:676-683.

Simkhovich BZ, Kleinman MT, Kloner RA. 2008. Air pollution and cardiovascular

injury epidemiology, toxicology, and mechanisms. J Am Coll Cardiol.;

52:719 –726.

Simom DI, Mullins ME, Jia L, Gaston B, Singel DJ, Stamler JS. 1996.

Polynitrosylated proteins: characterization, bioactivity and functional

consequences. Proc Natl Acad Sci USA; 93:4736-4741.

Sisson J, Prescott S, McIntyre T, Zimmerman G. 1987. Production of platelet-

activating factor by stimulated human polymorphonuclear leukocytes:

correlation of synthesis with release, functional events, and leukotriene B4

metabolism. J Immunol; 138: 3918–3926.

Sisson TH, Mendez M, Choi K, Subbotina N, Courey A, Cunningham A, Dave A,

Engelhardt JF, Liu X, White ES, Thannickal VJ, Moore BB, Christensen PJ,

Simon RH. 2010. Targeted injury of type II alveolar epithelial cells induces

pulmonary fibrosis. Am J Respir Crit Care Med.; 181: 254-263.

Sorensen OE, Cowland JB, Theilgaard-Monch K. 2003. Wound healing and

expression of antimicrobial peptides/polypeptides in human keratinocytes, a

consequence of common growth factors. J Immunol; 170: 5583–5589.

116

Soukup JM, Ghio AJ, & Becker S. 2000. Soluble components of Utah Valley

particulate pollution alter alveolar macrophage function in vivo and in vitro.

Inhalation Toxicology; 12(5):401–414.

Soukup JM & Becker S. 2001. Human alveolar macrophage responses to air

pollution particulates are associated with insoluble components of course

material, including particulate endotoxin. Toxicol Appl Pharmacol; 171: 20–

26.

Spina D. 1998. Epithelium smooth muscle regulation and interactions. Am. J.

Respir. Crit. Care Med.; 158: S141–5.

Squadrito GL, Cueto R, Dellinger B, Pryor WA. 2001. Quinoid redox cycling as a

mechanism for sustained free radical generation by inhaled airborne

particulate matter. Free Radic Biol Med; 31: 1132-1138.

Stolzel M, Breitner S, Cyrys J. 2007. Daily mortality and particulate matter in

different size classes in Erfurt, Germany. Journal of Exposure Science and

Environmental Epidemiology,; 17(5):458–467.

Steigerwalt RW, Rundhaug JE, Nettesheim P. 1992. Transformed rat tracheal

epithelial cells exhibit alterations in transforming growth factor-β secretion

and responsiveness. Mol Carcinogen; 5: 32–40.

Stripp BR & Reynolds SD. 2008. Maintenance and repair of the bronchiolar

epithelium. Proceedings of the American Thoracic Society; 5(3):328–333.

Stripp BR & Shapiro SD. 2006. Stem cells in lung disease, repair, and the potential

for therapeutic interventions: stateof-the-art and future challenges. American

Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology; 34(5):517–518.

Stripp BR. 2008. Hierarchical organization of lung progenitor cells: is there an adult

lung tissue stem cell? Proc Am Thorac Soc.; 5: 695-698.

Sun Q, Yue P, Deiuliis JA, Lumeng CN, Kampfrath T, Mikolaj MB, Cai Y,

Ostrowski MC, Lu B, Parthasarathy S, Brook RD, Moffatt-Bruce SD, Chen

LC, Rajagopalan S. 2009. Ambient air pollution exaggerates adipose

inflammation and insulin resistance in a mouse model of diet-induced obesity.

Circulation.; 119:538 –546.

Sundaresan M, Yu ZX, Ferrans VJ, Irani K, & Finkel T. 1995. Requirement for

generation of H2O2 for platelet-derived growth factor signal transduction.

Science; 270:296–99.

Takeyama K, Jung B, Shim JJ, Burgel PR, Dao-Pick T, Ueki IF, Protin U, Kroschel

P, Nadel JA. 2001. Activation of epidermal growth factor receptors is

responsible for mucin synthesis induced by cigarette smoke. Am J Physiol

Lung Cell Mol Physiol; 280:L165–L172.

Tamagawa E, Bai N, Morimoto K, Gray C, Mui T, Yatera K, Zhang X, Xing L, Li

Y, Laher I, Sin DD, Man SF, van Eeden SF. 2008. Particulate matter exposure

induces persistent lung inflammation and endothelial dysfunction. Am J

Physiol Lung Cell Mol Physiol.; 295:L79 –L85.

117

Tamaoki J, Kobayaski K, Sakai N, Chiyotani A, Kanemura T, Takizawa T. 1989.

Effect of bradykinin on airway ciliary motility and its modulation by neutral

endopeptidase. Am Rev Respir Dis; 140: 430–435.

Tan WC, Qiu D, Liam BL, Ng TP, Lee SH, van Eeden SF, D’Yachkova Y, Hogg

JC. 2000. The human bone marrow response to acute air pollution caused by

forest fires. Am J Respir Crit Care Med.; 161:1213–1217.

Tebbutt NC, Giraud AS, Inglese M, Jenkins B, Wary Ing P, Clay FJ, Malki S,

Alderman BM, Grail D, Hollande F, Heath JK and Ernst M. 2002. Reciprocal

regulation of gastrointestinal homeostasis by SHP2 and STAT-mediated

trefoil gene activation in gp130 mutant mice. Nat. Med.; 8:1089–1097.

Tegner H, Ohlsson K, Toremalm NG, von Mecklenburg C. 1979. Effect of human

leukocyte enzymes on tracheal mucosa and its mucociliary activity.

Rhinology; 17:199–206.

Terashima T, Wiggs B, English D, Hogg JC, & Van Eeden SF. 1997. Phagocytosis

of small carbon particles (PM10) by alveolar macrophages stimulates the

release of polymorphonuclear leukocytes frombonemarrow. American

Journal of Respiratory and Critical Care Medicine; 155(4):1441–1447.

Tesei A, Zoli W, Arienti C, Storci G, Granato AM, Pasquinelli G, Valente S, Orrico

C, Rosetti M, Vannini I, Dubini A, Dell'Amore D, Amadori D, Bonafe M.

2009. Isolation of stem/progenitor cells from normal lung tissue of adult

humans. Cell Prolif.; 42: 298-308.

Tesfaigzi J, Hotchkiss JA & Harkema JR. 1998. Expression of Bcl-2 during mucous

cell metaplasia and remodeling in F344/N rats. Am. J. Resp. Cell Mol. Biol.;

18: 794–799.

Tesfaigzi J, Thing J, Wright PS, Hotchkiss JA & Harkema JR. 1996. A small

proline-rich protein, sPRP1, is up-regulated early during tobacco smoke-

induced squamous metaplasia in rat nasal epithelia. Am. J. Respir. Cell Mol.

Biol.; 14: 478–486.

Tesfaigzi Y. 2003. Process involved in the repair of injured airway apithelial.

Archivum immunologiae et therapiae experimentalis; 51:283-288

Tesfaigzi Y, Fischer MJ, Green FHY, De Sanctis GT & Wilder JA. 2002. Bax is

crucial for IFNγ-induced resolution of allergen-induced mucous cell

metaplasia. J. Immunol.; 169, 5919–5925.

Tesfaigzi Y, Fischer MJ, Martin AJ & Seagrave J. 2000. Bcl-2 in LPS- and allergen-

induced hyperplastic mucous cells in airway epithelia of Brown Norway rats.

Am. J. Physiol.; 279: L1210–L1217.

Tesfaigzi Y, Harris JF, Hotchkiss JA & Harkema JR. 2003. DNA synthesis and Bcl-

2 expression during the development of mucous cell metaplasia in airway

epithelium of rats exposed to LPS. Am. J. Physiol; 286(2):L268-74.

Thompson AB, Heires A, Bohling T, Von Essen S, Rennard SI. 1991. The

antioxidant activity of bronchoalveolar lavage fluid is diminished in

association with chronic bronchitis. Am Rev Respir Dis; 143: A742.

118

Thompson AB, Robbins RA, Romberger DJ, Sisson JH, Spurzem JR, Teschler H,

Rennard SI. 1995. Immunological function of the pulmonary epithelium. Eur

Respir J; 8:127-149.

Tjabringa GS, Rabe KF, Hiemstra PS. 2005. The human cathelicidin LL-37: a

multifunctional peptide involved in infection and inflammation in the lung.

Pulm Pharmacol Ther; 18:321–327.

Tornqvist H, Mills NL, Gonzalez M, Miller MR, Robinson SD, Megson IL, Macnee

W, Donaldson K, Soderberg S, Newby DE, Sandstrom T, Blomberg A. 2007.

Persistent endothelial dysfunction in humans after diesel exhaust inhalation.

Am J Respir Crit Care Med.; 176:395– 400.

Tsai S, Goggins WB, Chiu H, Yang C. Evidence for an association between air

pollution and daily stroke admissions in Kaohsiung, Taiwan. Stroke;

34(11):2612–2616.

Tyner JW, Kim EY, Ide K, Pelletier MR, Roswith WT, Moreton JD, Bataille ST,

Patel AC, Patterson GA, Castro M. 2006. Blocking airway mucous cell

metaplasia by inhibiting EGFR antiapoptosis and IL-13 transdifferentiation

signals. J Clin Invest; 116:309–321.

Uhal BD. 1997. Cell cycle kinetics in the alveolar epithelium. Am J

Physiol;272:L1031-1045.

Ulich TR, Yin S, Guo K, Yi ES, Remick D, del Castillo J. 1991. Intratracheal

injection of endotoxin and cytokines. II. Interleukin-6 and transforming

growth factor-β inhibit acute inflammation. Am J Pathol; 138: 1097– 1101.

Underhill DM, Ozinsky A. 2002. Toll-like receptors: key mediators of microbe

detection. Curr Opin Immunol; 14: 103–110.

Vagaggini B., M. Taccola, S. Cianchetti. 2002. Ozone exposure increases

eosinophilic airway response induced by previous allergen challenge.

American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine; 166(8):1073–

1077.

Valavanidis A, Fiotakis K, Bakeas E, Vlahogianni T. 2005. Electron paramagnetic

resonance study of the generation of reactive oxygen species catalysed by

transition metals and quinoid redox cycling by inhalable ambient particulate

matter. Redox Rep; 10: 37-51.

van Eeden SF & Hogg jc. 2002. Systemic inflammatory response induced by

particulatematter air pollution: the importance of bone-marrow stimulation.

Journal of Toxicology and Environmental Health A; 65(20): 1597–1613.

van Eeden SF, Tan WC, Suwa T, Mukae H, Terashima T, Fujii T, Qui D, Vincent

R, Hogg JC. 2001. Cytokines involved in the systemic inflammatory response

induced by exposure to particulate matter air pollutants (PM(10)). Am J

Respir Crit Care Med.; 164:826–830.

van Wetering S, Mannesse-Lazeroms SPG, Van Sterkenburg MAJA. 1997. Effect

of defensins on IL-8 synthesis in airway epithelial cells. Am J Physiol (Lung

Cell Mol Physiol ); 272: L888–L896

119

Vermeer PD, Panko L, Karp P, Lee JH, Zabner J. 2006. Differentiation of human

airway epithelia is dependent on ErbB2. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol;

291:L175–L180.

Vlahogianni T, Valavanidis A, Fiotakis K, Loridas S. 2013. Airborne Particulate

Matter and Increased Risk of Lung Cancer- Mechanisms of

von Garnier C, Filgueira L, Wikstrom M. 2005. Anatomical location determines the

distribution and function of dendritic cells and other APCs in the respiratory

tract. Journal of Immunology; 175(3): 1609–1618.

Wagner JG, Van Dyken SJ, Wierenga JR, Hotchkiss JA, & Harkema JR. 2003.

Ozone exposure enhances endotoxininduced mucous cell metaplasia in rat

pulmonary airways. Toxicological Sciences; 74(2):437–446.

Wang YZ, Ingram JL,Walters DM, Rice AB, Santos JH, Van Houten B, & Bonner

JC. 2003. Vanadium-induced STAT-1 activation in lung myofibroblasts

requires H2O2 and p38 MAP kinase. Free Rad Biol Med; 35: 845–55.

Wanner A, Maurer D, Abraham W, Szepfalusi Z, Sielczak M. 1983. Effects of

chemical mediators of anaphylaxis on ciliary function. J Allergy Clin

Immunol; 72: 663–667.

Werts C, Tapping RI, Mathison JC. 2001. Leptospiral lipopolysaccharide activates

cells through a TLR2-dependent mechanism. Nat Immunol; 2: 346–352.

Wesley UV, Bove PF, Hristova M, McCathy S, van der Vliet A. 2007. Airway

epithelial cell migration and wound repair by ATP-mediated activation of

Dual Oxidase 1. J Biol Chem; 282:3213–3220.

Widdicombe JH. 1988. Electrical methods for studying ion and fluid transport

across airway epithelia. In: Braga PC, Allergra L, eds. Methods in Mucology.

New York, Raven Press; pp. 335–345.

Winterbourn CC, Molloy AL. 1988. Susceptibilities of lactoferrin and transferrin

to myeloperoxidase-dependent loss of iron binding capacity. Biochem J; 250:

613–616.

Wolfs TG, Buurman WA, Van Schadewijk A. 2002. IFNgamma and TNF-alpha

Mediated Up-Regulation During Inflammation. J Immunol; 168: 1286–1293.

Wong AP, Keating A, Lu WY, Duchesneau P, Wang X, Sacher A, Hu J, Waddell

TK. 2009. Identification of a bone marrow-derived epithelial-like population

capable of repopulating injured mouse airway epithelium. J Clin Invest.; 119:

336-348.

Wright DT, Cohn LA, Li H, Fischer B, Li CM, Adler KB. 1994. Interactions of

oxygen radicals with airway epithelium. Environ Health Perspect; 102(Suppl

10):85-90.

Wright DT, Fischer BM, Li CM, Rochelle LG, Akley NJ, Adler KB. 1996. Oxidant

stress stimulates mucin secretion and PLC in airway epithelium via a nitric

oxide-dependent mechanism. Am J Physiol; 271:L854-L861.

120

Wu W, Jaspers I, Zhang W, Graves LM, & Samet JM. 2002. Role of Ras in metal-

induced EGF receptor signaling and NF-kappaB activation in human airway

epithelial cells. Am J Physiol; 282: L1040-8.

Yang D, Chertov O, Bykovskaia SN. 1999. Beta-defensins: linking innate and

adaptive immunity through dendritic and T cell CCR6. Science; 286: 525–

528.

Yin XJ, Ma JYC, Antonini JM, Castranova V & Ma HJK. 2004. Roles of reactive

oxygen species and heme oxygenase- 1 in modulation of alveolar

macrophage-mediated pulmonary immune responses to Listeria

monocytogenes by diesel exhaust particles. Toxicological Sciences;

82(1):143–153.

Zahm JM, Kaplan H, He´rard AL, Doriot F, Pierrot D, Somelette P, Puchelle E.

1997. Cell migration and proliferation during the in vitro wound repair of the

respiratory epithelium. Cell Motil Cytoskeleton; 37: 33–43.

Zeka A, Sullivan JR, Vokonas PS, Sparrow D, Schwartz J. 2006. Inflammatory

markers and particulate air pollution: characterizing the pathway to disease.

Int J Epidemiol.; 35:1347–1354.

Zhang Y, Lee TC, Guillemin B, Yu M-C, Rom WN. 1993. Enhanced IL-1 and TNF-

a release and messenger RNA expression in macrophages from idiopathic

pulmonary fibrosis or after asbestos exposure. J Immunol; 150: 4188-4196.

Zhang L, Rice AB, Adler K, Sannes P, Martin L, Gladwell W, Koo JS, Gray TE &

Bonner JC. 2001. Vanadium stimulates human bronchial epithelial cells to

produce heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor: a

mitogen for lung fibroblasts. Am J Respir Cell Mol Biol; 24: 123–31.

Zhao YY, Gao XP, Zhao YD, Mirza MK, Frey RS, Kalinichenko VV, Wang IC,

Costa RH, Malik AB. 2006. Endothelial cell-restricted disruption of FoxM1

impairs endothelial repair following LPS-induced vascular injury. J Clin

Invest.; 116: 2333-2343.

Zhu S, Manuel M, Tanaka S, Choe N, Kagan E, & Matalon S. 1998. Contribution

of reactive oxygen and nitrogen species to particulateinduced lung injury.

Environ Health Perspect; 106: 1157–63.

Tal TL, Simmons SO, Silbajoris R, Dailey L, Cho SH, Ramabhadran R, Linal W,

Reed W, Bromberg PA, Samet JM. 2010. Differential transcriptional

regulation of IL-8 expression by human airway epithelial cells exposed to

diesel exhaust particles. Toxicology and Applied Pharmacology; 243:46-54

Pourazar J, Mudway IS, Samet JM, Helleday R, Blomberg A, Wilson SJ, Frew AJ,

Kelly FJ, Sandstrom T, 2005. Diesel exhaust activates redox-sensitive

transcription factors and kinases in human airways. Am. J. Physiol.; 289:

L724–L730.

Mukaida N, Harada A, Matsushima K. 1998. Interleukin-8 (IL-8) and monocyte

chemotactic and activating factor (MCAF/MCP-1), chemokines essentially

involved in inflammatory and immune reactions. Cytokine Growth Factor

Rev.; 9:9–23.

121

Strieter RM. 2002. Interleukin-8: a very important chemokine of the human airway

epithelium. Am. J. Physiol.; 283: L688–L689.

Kim YM, Reed W, Wu W, Bromberg PA, Graves LM, Samet JM. 2006. Zn2+-

induced IL-8 expression involves AP-1, JNK, and ERK activities in human

airway epithelial cells. Am. J. Physiol.; 290:L1028–L1035.

Mudway IS, Stenfors N, Duggan ST, Roxborough H, Zielinski H, Marklund SL,

Blomberg, A, Frew AJ, Sandstrom T, Kelly FJ. 2004. An in vitro and in vivo

investigation of the effects of diesel exhaust on human airway lining fluid

antioxidants. Arch. Biochem. Biophys.; 423:200–212.

Carter JD, Ghio AJ, Samet JM, Devlin RB. 1997. Cytokine production by human

airway epithelial cells after exposure to an air pollution particle is

metaldependent. Toxicol. Appl. Pharmacol.; 146:180–188.

Gao HG, Chen JK, Stewart J, Song B, Rayappa C, Whong WZ & Ong T. 1997.

Distribution of p53 and K-ras mutations in human lung cancer tissues.

Carcinogenesis; 18(3):473-478

Mazur M & Glickman B. 1988. Sequence specificity of mutations mutations

induced by benzo(a)pyrene-7,8-diol-9,10-epoxide at endogenous aprt gene in

CHO cells. Somat. Cell. Mol. Genet.; 14:393–400.

Lasko DD, Harvey SC, Malaikal SB, Kadlubar FF & Essigmann JM. 1988

Specificity of mutagenesis of 4-aminobiphenyl: a possible role for N-

deoxyadenosin-8-yl)-4-aminobiphenyl as a premutational lesion. J. Biol.

Chem.; 263: 15429–15435.

Meuth M. 1990 The structure of mutation in mammalian cells. Biochim. Biophys.

Acta; 1032: 1–17.

Rodenhuis S, Slebos RJC, Boot AJM, Evers SG, Mooi WJ, Wagenaar SS, Bodegom

PC & Bos JL. 1988. Incidence and possible clinical significance of K-ras

oncogene activation in adenocarcinoma of the human lung. Cancer Res.;

48:5738–5741

Li ZH, Zheng J, Weiss LM & Shibata D. 1994. c-K-ras and p53mutations occur

very early in adenocarcinoma of the lung. Am. J. Pathol.; 144:303–309

Oreffo VI, Lin HW, Gumerlock PH, Kraegel SA & Witschi H. 1992. Mutational

analysis of a dominant oncogene (c-Ki-ras-2) and a tumor suppressor gene

(p53) in hamster lung tumorigenesis. Mol. Carcinogen.; 6:199–202.

Fong AT, Dashwood RH, Cheng R, Mathews C, Ford B, Hendricks JD & Bailey

GS. 1993. Carcinogenicity, metabolism and Ki-ras proto-oncogene activation

by 7,12-dimethylbenz[a]anthracene in rainbow trout embryos.

Carcinogenesis; 14: 629–635.

Anderson ML & Spandidos DA. 1993. Oncogenes and onco- suppressor genes in

lung cancer. Resp. Med.; 87:413–420.

El-Deiry WS, Tokino T, Velculescu VE, Levy DB, Parsons R, Trent JM, Lin D,

Mercer WE, Kinzler KW & Vogelstein B. 1993. WAF1, a potential mediator

of p53 tumor suppression. Cell; 75: 817–825

Gualberto A, Aldape K, Kozakiewicz K & Tlsty TD. 1998. An oncogenic form of

p53 confers a dominant, gain-of-function phenotype that disrupts spindle

checkpoint control. Proc Natl Acad Sci USA; 95: 5166–5171

Iggo R, Gatter K, Bartek J, Lane D & Harris AL. 1990. Increased expression of

mutant forms of p53 oncogene in primary lung cancer. Lancet; 335: 675–679

122

Bennett WP, Colby TV, Travis WD, Borkowski A, Jones RT, Lane DP, Metcalf

RA, Samet JM, Takeshima Y, Gu JR, Vahakangas KH, Soini Y, Paakko P,

Welsh JA, Trump BF and Harris CC. 1993. p53 protein accumulates

frequently in early bronchial neoplasia. Cancer Res; 53: 4817–4822

Sozzi G, Miozzo M, Donghi R, Pilotti S, Cariani CT, Pastorino U, Della Porta G

and Pierotti MA. 1992. Deletions of 17p and p53 mutations in preneoplastic

lesions of the lung. Cancer Res; 52: 6079–6082

McDonald RJ, Pan LC, St George JA, Hyde DM, Ducore JM. 1993. Hydrogen

peroxide induces DNA single strand breaks in respiratory epithelial cells.

Inflammation; 17:715-722.

Lee JG, Madden MC, Reed W, Adler KB, Devlin RB. 1994. Use of the single cell

gel electrophoresis assay (SCGE) for detection of oxidant-induced DNA

single strand breaks (ssb) in human lung cells. Presented at the American

Thoracic Society Conference, 22-25 May 1994, Boston, MA.

Feig DI, Reid TM, Loeb LA. 1994. Reactive oxygen species in tumorigenesis.

Cancer Res; 54:1890-1894.

Satoh MS, Lindahl T. 1994. Enzymatic repair of oxidative DNA damage. Cancer

Res (Suppl); 54:1899-1901.

Berger SJ, Sudar DC, Berger NA. 1986. Metabolic induced alterations in glucose

metabolism by activation of poly(ADP-ribose) polymerase. Biochem

Biophys Res Commun; 134:227-232.

Smith ML, Chen IT, Zhan Q, Bae I, Chen CY Gilmer TM, Kastan MB, O'Connor

PM, Fornace AJ Jr. 1994. Interaction of the p53-regulated protein Gadd45

with proliferating cell nuclear antigen. Science; 266:1376-1380.

Plopper CG, Duan X, Buckpitt AR, Pinkerton KE. Dose-dependent tolerance to

ozone IV. 1994. Site-specific elevation in antioxidant enzymes in the lungs

of rats exposed for 90 days or 20 months. Toxicol Appl Pharmacol; 127:124-

131

Slade R, Crissman K, Norwood J, Hatch G. 1993. Comparison of antioxidant

substances in bronchioalveolar lavage cells and fluid from humans, guinea

pigs and rats. Exp Lung Res; 19:469-484.

Hacket NR, Heguy A, Harvey BG, O’Connor TP, Luettich K, Flieder DB, Kaplan

R, Crystal RG. 2003. Variability of Antioxidant-Related Gene Expression in

the Airway Epithelium of Cigarette Smokers. American Journal of

Respiratory Cell and Molecular Biology; 29:331-343

123