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.
Top Related