I. PENDAHULUAN

Aterosklerosis merupakan penyebab kematian utama baik di negara maju

maupun berkembang. Aterosklerosis merupakan penyakit degeneratif arteri besar

dan menengah, yang ditandai dengan penimbunan lipid dan fibrosis.1 Penyakit ini

telah dikenal di beberapa negara, yang jumlahnya menunjukkan kenaikan dengan

cepat selama 50 tahun terakhir. Pada beberapa negara, terutama USA, insiden

penyakit ini telah mencapai puncaknya. Sedangkan di Inggris dan beberapa negara

Eropa, aterosklerosis, atau paling tidak komplikasinya, terus meningkat.

Aterosklerosis merupakan penyakit yang bersifat dinamik dan progresif yang

berasal dari kombinasi disfungsi endotel dan proses inflamasi. Endotel vaskular yang

terletak pada interface darah dan jaringan mampu mengenali perubahan

hemodinamik dan signal blood borne dan akan bereaksi dengan cara mensintesis

dan melepaskan senyawa vasoaktif. Homeostasis vaskular dipertahankan oleh

adanya keseimbangan antara endothelium derived relaxing dan contracting factors.

Apabila keseimbangan ini terganggu, yang dimediasi oleh faktor resiko dan inflamasi,

pembuluh darah menjadi peka terhadap pembentukan ateroma.2

Banyak penelitian yang membuktikan bahwa adanya perubahan yang

signifikan pada struktur dan komposisi matriks ekstraselular (Extracellular Matrix/

ECM) memegang peranan yang sangat penting pada proses aterogenik. Matriks

ekstraseluler sendiri merupakan suatu ‘lahan’ yang senantiasa mengalami

perubahan secara dinamis dan interaktif yang secara kritis mempengaruhi fungsi sel.

Aktivitas enzim proteolitik merupakan suatu tahapan yang kecepatannya sangat

terbatas pada proses degradasi matriks ekstraseluler.3

Telah banyak diketahui bahwa dari sekian banyak proteinase, matriks

metalloproteinase (MMPs) memegang peran yang besar pada degradasi kolagen

dan komponen ECM yang lain. MMPs terekspresi pada kadar yang rendah pada

jaringan normal, tetapi mengatur proses remodeling baik secara fisiologis mauipun

patologis.4 MMPs adalah enzim yang secara khusus mempengaruhi banyak proses

seperti penyembuhan luka, tetapi penelitian yang membuktikan peran MMPs pada

pembuluh darah semakin meningkat seiring dengan meningkatnya kejadian

aterosklerosis.

Pada tulisan ini akan dibahas peran MMPs pada aterosklerosis terutama

pada patofisiologi dan implikasi terapeutik sehingga proses aterosklerosis dapat

dipahami secara lebih mendalam.

II. PATOFISIOLOGI ATEROSKLEROSIS

Aterosklerosis melibatkan banyak proses termasuk disfungsi endotel,

proliferasi vaskuler dan perubahan matriks. Proliferasi vaskuler berkontribusi

terhadap patobiologi aterosklerosis dan berhubungan dengan proses seluler lain

seperti inflamasi, apoptosis dan perubahan pada matriks. Banyak penelitian

menekankan pengaruh inflamasi dalam memperantarai semua tahapan

aterosklerosis. Tahapan pertama dan proses kunci dari terbentuknya ateroma dalah

proliferasi vascular smooth muscle cells (VSMCs). Salah satu pemicu

berkembangnya lesi adalah akumulasi VSMCs dalam tunika intima. Proses

terjadinya aterosklerosis dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1 Proses terjadinya lesi aterosklerotik

Endotel vascular merupakan organ parakrin, endokrin dan autokrin aktif yang

tidak dapat dipisahkan dari regulasi tonus vascular dan pemeliharaan homeostasis

vascular. Fungsi endotel diatur secara dinamik, dan sifat vasodilator, antiinflamasi

serta antitrombotik endotel sangat berkurang dengan adanya berbagai injury

termasuk aterosklerosis, hipertensi, diabetes, inflamasi dan aging.2

Disfungsi endotel yang ditandai dengan adanya gangguan fisiologi endotel,

merupakan tahap awal penentu dalam perkembangan aterosklerosis dan juga

terlibat dalam perkembangan plak, pembentukan thrombus, myocardial ischemia-

reperfusion injury dan remodelling didnding arteri patologis setelah prosedur koroner.

Disfungsi endotel merupakan gangguan sistemik dan merefleksikan kecenderungan

vascular untuk mengalami aterogenesis sehingga dapat digunakan sebagai sebagai

penenda resiko atersklerotik pada individu.

Disfungsi endotel merupakan istilah yang luas yang menunjukkan

berkurangnya produksi atau avaibilitas nitric oxide(NO) dan/atau ketidakseimbangan

kontribusi relative endothelium- derived relaxing dan contracting factors (seperti

endotelin-1/ ET-1, angiotensin dan oksidan). NO dihasilkan dari konversi asam

amino L-arginin menjadi NO dan L-citrulline dengan bantuan NO sintase, merupakan

endothelium- derived relaxing factor yang berperan penting dalam regulasi tonus

vascular dan fungsi vasomotor.

Pada saat sel endotel mengalami aktivasi inflamasi, peningkatan ekspresi

selektin, VCAM-1 dan ICAN-1 menunjang adhesi monosit. Ekspresi adhesion

molecule diinduksi oleh sitokin-sitokin proinflamasi (seperti IL-1β dan TNF-α ), oleh

protease fase akut CRP (yang diproduksi oleh hati sebagai respon terhadap IL-6),

oleh protease- activated receptor signalling, oleh uptake oxLDL melalui oxLDL

receptor-1 (LOX-1) dan oleh interaksi CD4-0/CD40ligan (CD40L dan CD154). Di

dalam intima arteri, monosit akan berubah menjadi makrofag dan mulai

mengekspresikan reseptor scavenger (seperti SR-A, CD36 dan LOX-1) yang akan

menginternalisasi lipoprotein termodifikasi. Internalisasi partikel-partikel lipoprotein ini

mengakibatkan terbentuknya sel busa yang merupakan karakteristik dari lesi

aterosklerotik.

Dalam ateroma yang sedang berkembang, sel-sel busa mulai

mensekresikan sitokin proinflamasi yang mempertahankan stimulus kemotaktik untuk

perlekatan leukosit, peningkatan ekspresi reseptor scavenger dan memicu replikasi

makrofag. Sitokin dan beberapa growth factor dikeluarkan oleh sel-sel inflamasi dan

sel vascular, membangkitkan lingkungan yang sangat mitogenik. VSMCs bermigrasi,

berproliferasi dan mensintesis komponen matriks ekstrasel pada sisi lumen dinding

pembuluh darah, dan selanjutnya membentuk fibrous cap pada lesi aterosklerotik

Sitokin proinflamasi yang disekresikan oleh sel T Teraktivasi, seperti IFN-

dapat membatasi sintesis kolagen baru yang dibutuhkan untuk memelihara/

mempertahankan fibrous cap. Akumulasi oxLDL mempunyai efek toksik pada

makrofag dan sel otot polos, menyebabkan terbentuknya inti nekrotik. Kematian sel

busa makrofag dapat menyebabkan keluarnya lipid, menunjang inflamasi lebih lanjut,

sementara kematian sel otot polos lebih lanjut akan mengurangi sintesis kolagen dan

menunjang penipisan fibrous cap. Mediator inflamasi selanjutnya menginduksi

penipisan fibrous cap dengan adanya ekspresi beberapa protease, menyebabkan

kelemahan plak, sehingga plak cenderung mudah rupture dan membentuk thrombus.

Penipisan fibrous cap ditingkatkan oleh overekspresi MMP, kolagenase

interstitial dan gelatinase, yang mendegradasi kolagen suportif. Overekspresi MMP

dan aktivasi dalam plak dimediasi oleh oleh IL-1, TNF- ,oxLDL dan CD40L.

Rusaknya plak aterosklerotik, yang diakibatkan oleh tekanan hemodinamik, dapat

memicu trombosis dan akhirnya akan mengakibatkan infark myocard akut.

Disfungsi endotel dapat dipicu oleh factor resiko kardiovaskuler terutama

cholesterol LDL, Diabetes, Hipertensi dan merokok, dimana hal-hal tersebut memicu

kaskade berikutnya termasuk rekruitmen leukosit.. Pada tahap selanjutnya, fibroblast

dan VSMCs bersama dengan kalsifikasi ekstraseluler menyebabkan berkembangnya

lesi fibrokalsifik yang stabil. Perkembangan dan proses patologi aterosklerosis dapat

secara ringkas dilihat pada gambar 2 dan 3.

Gambar 2 Proses terbentuknya lesi aterosklerotik

Gambar 3 Perkembangan lesi aterosklerotik dan proses patologis yang mendasari komplikasi aterosklerosis

III. BIOLOGI MMPs

3.1 Definisi MMPs

MMPs adalah suatu famili dari zinc-dependent protease yang diproduksi oleh

berbagai macam sel, termasuk sel endotel, sel otot polos dan monosit.3 MMPs

disebut juga matrixins. Sedikitnya telah dapat diisolasi 25 jenis MMPs dimana 14

diantaranya didapatkan pada sel-sel vaskular. MMPs termasuk ke dalam subfamili

metallopeptidase yang disebut metzincins karena active site-nya mengandung Zn2+

esensial (Gambar 4).4

3.2 Struktur MMPs

Secara struktural, MMPs terdiri dari signal sequence, suatu predomain,

domain katalitik dan pada umumnya hemopexin-like domain (tidak terdapat pada

MMPs-7 dan MMPs-26) dan digantikan oleh immunoglobulin-like domain pada MMP-

23.

Gambar 4 Struktur MMPs.4

3.3 Biokimia MMPs

Sebagian besar MMPs terdapat dalam bentuk inaktif, latent proforms,

meskipun MMP-11, -21, -23 dan -27 dan MT-MMPs diaktivasi oleh lepasnya

prodomain oleh furin pada jalur endosom. Secara invitro, MMPs dapat diaktivasi

dengan cara modifikasi fisik (pH rendah, penambahan sodium dedosil sulfat)

ataupun secara kimia (4-aminophenylmercuric acid). Reactive Oxygen Species

(ROS) yang secara potensial dilepaskan oleh makrofag, juga dapat mengaktivasi

MMPs.

Sebagian besar pro-MMPS dapat diaktivasi secara biologis oleh proteinase

plasma maupun jaringan, termasuk oleh MMPs yanbg lain. Terdapat suatu kaskade

aktivasi MMPs yang melibatkan tissue plasminogen activator (tPA), urokinase type-

plasminogen activator (uPA), ROS dan NO (Gambar 5).4,8

Gambar 5 Hipotesis kaskade aktivasi MMPs.8

Berdasarkan spesifisitas substrat dan homologi strukturnya, MMPs dapat

diklasifikasikan menjadi 5 subgroup: interstitial collagenase, gelatinase, stromelysin/

matrilysin, membran-type MMPs (MT-MMPs) dan lainnya. Pembagian dan klasifikasi

MMPs dapat dilihat pada tabel 1.4

Tabel 1 Klasifikasi MMPs dan substrat yang dihasilkan.4,10

IV. PERAN MMPs PADA ATEROSKLEROSIS

A. Struktur arteri normal

Sebelum mengetahui peran MMPs pada aterosklerosis, perlu dibahas lebih

dahulu tentang struktur arteri normal. Dinding arteri tersusun atas sel-sel dengan

integritas struktural yang tinggi dan matriks ekstrasel. Pada tunika intima, sel

endotel terletak diatas membran basalis yang kaya akan laminin, fibronectin dan

kolagen tipe 4. Pada tunika media, VSMC dikelilingi oleh membran basalis, dan

tertanam secara bergantian fibrilar tipe I,III dan kolagen tipe V, kolagen tipe XVIII,

fibronektin dan proteoglikan. Bagian terluar, yaitu tunika adventitia, kaya akan

fibroblast, kolagen tipe I,III dan elastin.

Gambar 6 Struktur arteri normal, menggambarkan posisi VSMC sebagai organ target kerja MMPs

B. Kolagen, VSMC, aterogenesis dan peran MMPs

Dalam perkembangan aterosklerosis, faktor utama yang berperan selain

MMPs adalah kolagen dan VSMC. Terdapat interaksi yang kuat antara ketiga

komponen pembentuk arteri tersebut. Interaksi tersebut digambarkan pada

gambar 7

Gambar 7 Interaksi antara kolagen, VSMC dan MMPs

MMPs mempunyai peran yang sangat besar terhadap perkembangan

aterosklerosis karena banyak studi yang membuktikan bahwa: 1) MMPs

diekspresikan dan diregulasi pada sel-sel vaskular; 2) Ekspresi dan Aktivasi gen

MMPs secara temporal dan spasial berhubungan dengan ekspansi intima dan

ruptur plak; 3) Pengenalan gen MMP menyerupai proses remodelling matriks; 4)

Hambatan atau knockout gen MMP menekan proses remodeling; dan 5) terdapat

mekanisme yang logis pada aksi MMPs

Suatu hipotesis telah disusun untuk menjelaskan mekanisme kerja MMPs

terhadap beberapa sel yang berhubungan dengan perkembangan aterosklerosis.

MMPs berperan pada sel-sel berikut:5,8,9

A. MMPs menyebabkan migrasi VSMC

MMP menyebabkan migrasi VSMC melalui mekanisme sebagai berikut. MMP

menyebabkan remodeling komponen membrana basalis termasuk kolagen tipe

IV dan sel-sel bebas untuk bermigrasi. Hilangnya membrana basalis memicu

modulasi VSMC secara fenotip. Hal ini memicu sintesis sub unit integrin dan

komponen matriks yang baru termasuk ligan-ligan glikoprotein seperti vitronectin,

osteopontin dan tenascin. MMPs juga memecah komponen- komponen membran

yang masih ada seperti kolagen tipe 1 dan ini menciptakan new integrin-binding

site. Dengan aksinya terhadap integrin dan Focal Adhesion Kinase (FAK),

komponen ECM mempengaruhi jalur intrasel dan mengatur perubahan

sitoskeletal yang diperlukan untuk pergerakan sel. MMPs juga dapat memecah

cadherin dan mendukung migrasi VSMC. Banyak penelitian yang membuktikan

bahwa E-cadherin pada sel epitel, VE cadherin pada sel endotel dan N-cadherin

pada VSMC dapat dipecah oleh MMPs. Hal ini menyebabkan terlepasnya

perlekatan antar sel dan memudahkan sel untuk bermigrasi.4,8,10,11

Gambar 6 MMP mempengaruhi migrasi VSMC4

B. MMPs berpengaruh terhadap proliferasi dan kelangsungan hidup VSMC

MMPs dapat membebaskan Growth Factor (GF) dari perlekatannya dengan

komponen matriks atau permukaan sel, darimana mereka dapat berperan terhadap

reseptor (R). MMPs dapat pula melepaskan IGF-1 aktif dengan cara

mendegradasi/menguraikan binding protein. Bersama dengan sinyal dari focal

adhesion kinase (FAK), hal ini akan mengatur dan/atau menstabilkan banyak

regulator kunci dari siklus sel. Satu jalur proksimal menggunakan ubiquitin ligase

subunit Skp-2. Penguraian cadherin yang diinduksi MMP menyebabkan pelarutan

dari sambungan perlekatan dan menyebabkan translokasi β-catenin ke nukleus di

mana dia akan berperan sebagai suatu faktor transkripsi untuk selanjutnya

menyebabkan proliferasi. Banyak growth factor (GF) juga bereperan sebagai fkator

survival untuk VSMC. GF dan sinyal matriks yang sebagian berassal dari FAK

sama-sama memiliki kemampuan untuk meng-upregulasi PI3 kinase yang

mengaktifkan satu jalur survival melalui protein kinase Akt. Data mutakhir

menunjukkan bahwa survival dari VSMC juga dikendalikan oleh kontak cadherin

yang dapat dipengaruhi penguraian yang dimediasi MMP (Gambar 7).

Gambar 7 Mekanisme MMP pada proliferasi VSMC.4

C. MMPs memodulasi apoptosis VSMC

Apoptosis VSMC mungkin memainkan peranan penting dalam membatasi

penebalan intima dan dapat juga mempresipitasi ruptur plak dan infark miokard

dengan cara mendesytabilisasi plak aterosklerosis. Apoptosis adalah suatu

bentuk kematian sel yang melibatkan pengaktifan protease sistein intraseluler,

kaspase. Sinyal kematian berasal dari luar sel dan berproses ke dalam sel,

seperti kerusakan DNA. Status dan tingkatan siklus sel dari supressor tumor p53

menyebabkan apoptosis. Bagaimanapun, beberapa sinyal survival dapat

mempertahankan kehidupan VSMC walaupun berhadapan dengan lingkungan

yang pro-apoptosis. Jalur survival berkaitan erat dengan jalur yang memicu

proliferasi dan olehkarena itu dapat dipengaruhi oleh MM P dengan cara yang

sama.

Kontak matriks sel juga meningkatkan survival VSMC karena kerusakannya

menyebabkan apoptosis dalam suatu proses yang asalnya disebut anoikis.

Aktivasi FAK yang dipicu interaksi ECM-integrin dapat merangsang beberapa

jalur sinyal survival, contohnya,dengan cara induksi p53. sebagaimana dibahas

diatas produksi MMP yang terkendali kelihatannya membantu aktivasi FAK dan

oleh karena men-signal survival. Sebaliknya, produksi yang berlebihan dapat

menguraikan protein ECM atau integrin danm menyebabkan anoikis yang mana

ada peristiwa langsung dalam sel endotel.

MMP juga dapat memodulasi apoptosis dengan cara membelah ligand

kematian. (seperti TNF α dan Fas ligan) dan reseptornya, yang memicu

apoptosis dengan bekerja dalam cara autokrin atau parakrin.

Secara ringkas dapat dikatakan bahwa VSMC memproduksi beberapa

spektrum MMPs, beberapa secara spontan, dan bisa juga akibat adanya respon

terhadap regangan, injury, growth factor dan mediator inflamasi. Baik MMPs

yang berasal dari endotel maupun sel inflkamasi, mereka mempunyai

kemampuan untuk melakukan remodel ECM dan substrat non matriks secara

luas. MMPs dengan jelas memediasi migrasi VSMC melalui penurunan

pembatasan komponen-komponen membran basalis dan dengan cara

mendukung ekspresi komponen ECM yang baru dan melalui integrin yang

penting dalam jalur intrasel, substrat non matriks yang relevan termasuk reseptor

hyaluronan CD44 dan cadherins.

Peran MMPs pada proliferasi VSMC masih kurang jelas, kemungkinan

karena MMPs menyebabkan mobilisasi Growth Factor dan pelepasan N-

cadherin. Sedangkan peran MMPs pada apoptosis, dapat berupa stimulasi

maupun inhibisi apoptosis, tergantung jenis MMPs tersebut. Inhibisi apoptosis

terjadi karena Mediasi remodelling ECM oleh MMP dan pelepasan growth factor,

sedangkan modulasi apoptosis terjadi karena pelepasan ligan-ligan kematian dan

cadherins.