Bentuk Dasar Pensinyalan yang Memodulasi Respon Inflamasi : Target Baru

Pengembangan Obat

I. Pendahuluan

Penyakit autoimun dapat mempengaruhi hampir semua bagian tubuh, termasuk

jantung, otak, saraf, otot, kulit, mata, sendi, paru-paru, ginjal, kelenjar, pembuluh saluran

pencernaan, dan darah. Tanda klasik penyakit autoimun adalah inflamasi, yang dapat

menyebabkan kemerahan, panas, nyeri, dan bengkak. Misalnya autoimun pada sendi,

rheumatoid arthritis akan memberikan gejala seperti nyeri sendi, kekakuan, dan hilangnya

fungsi. Banyak penyakit autoimun tidak membatasi diri pada satu bagian tubuh. Sebagai

contoh, SLE dapat mempengaruhi kulit, sendi, ginjal, jantung, saraf, pembuluh darah, dan

banyak lagi. Makalah ini akan membahas target baru pengembangan obat antiinflamasi

yang berperan dalam manifestasi klinis rheumatoid arthritis, SLE (Systemic Lupus

Erythermatosus), dan IBD (Inflammatory Bowel Disease).

Tujuan dari pembuatan makalah ini antara lain menjelaskan bentuk dasar

pensinyalan yang memodulasi respon inflamasi. Bentuk dasar pensinyalan tersebut

merupakan peluang untuk mengembangkan obat antiinflamasi.

II. Pembahasan

II.1 TNF-α sebagai target antiinflamasi

Inflamasi didefinisikan sebagai reaksi lokal jaringan terhadap infeksi atau cedera

dan melibatkan banyak mediator dibanding respons imun didapat. Inflamasi merupakan

respon fisiologis terhadap berbagai rangsangan seperti infeksi dan cedera jaringan.

Inflamasi dapat lokal, sistemik, akut dan kronis yang menimbulkan kelainan patologis.

Pertanda respons inflamasi lokal pertama digambarkan oleh orang Romawi sekitar 2000

tahun yang lalu berupa kemerahan, bengkak, panas dan sakit (Bratawidjaja dan

Rengganis, 2014).

Proses inflamasi akan berjalan sampai antigen dapat disingkirkan. Hal tersebut

umumnya terjadi cepat berupa inflamasi akut yang berlangsung beberapa jam sampai

hari. Inflamasi akan pulih setelah mediator-mediator diinaktifkan. Bila penyebab

inflamasi tidak dapat disingkirkan atau terjadi pejanan berulang-ulang dengan antigen,

akan terjadi inflamasi kronis yang dapat merusak jaringan dan kehilangan fungsi sama

sekali (Bratawidjaja dan Rengganis, 2014). Inflamasi akut yang berulang dikaitkan

1

dengan banyak kondisi kronis, seperti aterosklerosis, kanker, arthritis, dan penyakit

autoimun (Weiss, 2008).

Sedangkan yang dimaksud dengan penyakit autoimun adalah hasil dari respon

imun spesifik yang diarahkan terhadap struktur self (Burnet dan Fenner, 1949).

Kemampuan yang diperoleh dari sistem kekebalan tubuh untuk menghindari respon

antigen self didefinisikan sebagai 'toleransi', dan itu diperoleh dari upaya kerjasama

mekanisme sentral dan perifer, yang memungkinkan penghapusan cepat dan efisien

patogen (misalnya virus atau bakteri) tanpa adanya self-recognition. Penyakit autoimun,

di sisi lain berasal dari respon imun yang berkelanjutan dan terus-menerus terhadap self-

konstituen, dan terjadi gangguan toleransi (Bellone, 2015).

Inflamasi disebabkan oleh pelepasan berbagai mediator yang berasal dari jaringan

yang rusak, sel mast, leukosit dan komplemen. Salah satu mediator inflamasi adalah

sitokin. Sitokin diperlukan pada awal reaksi inflamasi dan untuk mempertahankan

respons inflamasi kronis. Endotoksin mikroba mengaktifkan makrofag untuk melepas

TNF-α dan IL-1 yang memacu vasodilatasi, melonggarkan hubungan sel-sel endotel,

meningkatkan adhesi neutrofil dan migrasi sel-sel ke jaringan sekitar untuk memakan

mikroba (Bratawidjaja dan Rengganis, 2014).

Antisitokin merupakan target yang penting untuk manajemen terapi rheumatoid

arthritis dan penyakit Crohn’s. Dalam penyakit Rheumatoid arthritis ada beberapa TNF

inhibitor yang disetujui penggunaan klinisnya yaitu infliximab, etanercept dan

adalimumab. Hal tersebut mengindikasikan bahwa TNF memiliki peran penting dalam

patogenesis penyakit. Meskipun respon klinis umumnya menguntungkan untuk

penghambatan TNF-α dalam banyak kasus rheumatoid arthritis, namun sebagian

besar individu (± 30%) mengalami gagal respon. Oleh karena itu, dilakukan

pengembangan obat yang mampu mengeblok sinyal IL-1.

II.2 Peran Interleukin-1 dalam penyakit inflamasi

Inhibisi IL-1 merupakan strategi terapetik yang efektif untuk beberapa penyakit

autoimun dan kelainan auto-inflamasi. Reseptor IL-1 memiliki TLR yang berperan

penting pada imunita bawaan dan berkontribusi pada induksi imunitas adaptif.

Pengenalan ligan mikroba oleh TLR akan mengaktifkan berbagai jalur sinyal dan

mengaktifkan beberapa faktor transkripsi, hasilnya adalah ekspresi gen-gen penting yang

terlibat dalam respon inflamasi dan antiviral. Penempelan ligan pada TLR baik di

permukaan sel atau permukaan endosomal akan terjadi dimerisasi TLR. Dimerisasi TLR

diikuti dengan perekrutan protein adaptor mengandung domain TIR (Toll/IL-1 receptor),

2

yang memfasilitasi perekrutan dan aktivasi berbagai protein kinase, mendorong aktivasi

faktor transkripsi yang berbeda-beda.

Aktivasi jalur sinyal TLR berasal dari Toll / IL-1 reseptor (TIR) yang berasosiasi

dengan adaptor TIR yang mengandung MyD88 (myeloid differentiation primary

renponse gen (88)). Setelah stimulasi dengan ligan, MyD88 merekrut IL-1 receptor

associated kinase-1 (IRAK-1). IRAK-1 diaktifkan oleh fosforilasi dan terkait dengan

TRAF6 (TNF receptor associated factor-6) sehingga mengaktifkan IKK kompleks dan

menyebabkan aktivasi MAPK (JNK, p38 MAPK) dan NF-kB (dapat dilihat di Gambar 1).

Gambar 1. Sinyal yang dihasilkan IL-1. IL-1R berikatan dengan IL-1 menghasilkan multiple sinyal seperti: fosforilasi beberapa kinase dan reseptor terkait protein, induksi MAPK, fluks Ca2+, sintesis AP-1-dependent protein melalui transkripsi yang termediasi gen c-fos dan c-jun (diadaptasi dari Christopher. A. McCulloch, Gregory P. Downey and Hani El-Gabalawy, 2006, Signalling Platforms that Modulate the Inflammatory Response. Drug Discovery. 5:867).

II.3 Inhibitor IL-1 terbaru

Beberapa pendekatan untuk menghambat aktivitas sinyal IL-1 telah

dikembangkan. Pendekatan ini mencakup pengembangan molekul kecil inhibitor IL-1

yang dapat mempengaruhi produksi, pemrosesan atau pelepasan IL-1β, termasuk blokade

IL-1 converting enzyme (ICE, yang juga dikenal sebagai caspase 1). Ada juga pendekatan

yang mencegah pengolahan precursor IL-1β menjadi sitokin aktif. Penetral antibodi

terhadap IL-1β atau reseptor IL-1, dan antagonis reseptor IL-1 juga sedang dikembangkan

untuk aplikasi klinis.

3

Studi klinis tentang sindrom autoimun memperlihatkan peran inflammasome

yang merupakan bagian penting dari respon imun bawaan atau imun adaptif. Protein

adapter ASC (apoptosis-associated speck-like protein) sangat penting untuk fungsi

inflammasome dan mengikat langsung ke caspase 1, namun pemicu reaksi tersebut

kurang jelas. Mengingat peran penting dari inflammasome pada pengaturan produksi IL-

1, komponen kompleks ini menjadi target menarik bagi pengembangan obat. Secara

khusus, ICE atau caspase 1 telah menjadi fokus untuk pengembangan obat molekul kecil.

Pralnacasan (Aventis/Vertex) adalah inhibitor ICE yang telah menjalani uji klinis pada

rheumatoid arthritis dan beberapa gangguan inflamasi lainnya. Sebuah uji klinis Fase IIb

dimulai pada tahun 2003 telah dihentikan sebelum waktunya karena data yang

menunjukkan bahwa obat tersebut menyebabkan toksisitas hati, meskipun ini belum

diamati dalam penelitian terhadap manusia.

Pendekatan sangat menjanjikan yang menargetkan sinyal IL-1 adalah protein fusi

yang menjebak IL-1. Namun tidak ada data lebih lanjut untuk pengobatan rheumatoid

arthritis. Berdasarkan hal tersebut, ada kebutuhan untuk pengembangan terapi baru yang

menargetkan sinyal IL-1. Selain pendekatan yang menargetkan inhibisi produksi IL-1

atau mengganggu interaksi reseptor IL-1, komponen lain dari jalur sinyal IL-1 mungkin

juga menyediakan target terapi yang menjanjikan.

II.4 Pensinyalan IL-1 dan adhesi fokal

Interleukin-1 (IL-1) adalah sitokin pro-inflamasi yang dapat menginduksi

beberapa kaskade sinyal, yang berkontribusi terhadap cedera jaringan inflamasi. IL-1

merangsang ekspresi awal gen respon c-fos dan c-jun serta beberapa sitokin seperti

interleukin-6 (IL-6) dan faktor inflamasi yang mendorong degradasi matriks ekstraseluler

melalui peningkatan regulasi berbagai protease termasuk anggota matriks metalo-

proteinase (MMP) seperti MMP-9 di sel jaringan ikat. Ekspresi Peningkatan IL-6, MMP-

3 dan MMP-9 oleh IL-1 melibatkan aktivasi beberapa kaskade sinyal yang saling terkait,

meliputi famili mitogen-activated protein kinase (MAPK), ekstraseluler sinyal diatur

kinase (ERK), p38-MAPK dan c-Jun.

Adhesi fokal (FAs) adalah keterkaitan mekanis yang menghubungkan

sitoskeleton aktin dengan matriks ekstraselular dan berfungsi sebagai platform sinyal.

Adhesi fokal menggambarkan gagasan bahwa propagasi dan regulasi jalur pensinyalan

IL-1 diatur oleh pembentukan platform sinyal yang terdiri dari protein yang berinteraksi

melalui seluler domain tertentu. Organisasi ini berfungsi sebagai sinyal langsung untuk

jalur tertentu yang menyebabkan respon inflamasi seluler. Pada tingkat makromolekul,

4

kompleks sinyal ini ada di dalam sebuah ruang terbatas dengan protein perancah

termasuk protein tirosin fosfatase dan filamen aktin yang merupakan komponen penting

dari adhesi.

II.5 Adhesi fokal sebagai kompleks pensinyalan

Adhesi Fokal ditemukan pada banyak jenis sel mesenchymal, termasuk fibroblas,

sel endotel, synoviocytes dan chondrocytes. Beberapa di antara molekul adhesi fokal

yang diketahui terlibat langsung dalam sinyal IL-1 karena keterlibatan IL-1R oleh IL-1β

menyebabkan fosforilasi dari protein talin dan focal adhesion kinase (FAK). Potensi

regulasi sinyal dalam molekul adhesi focal menunjukkan lingkup yang lebar untuk

penemuan sasaran farmakologis baik dalam kanker dan, terutama, inflamasi.

II.6 Maturasi adhesi fokal

Pematangan adhesi fokal melalui serangkaian tahapan (kontak fokal, adhesi fokal

dan adhesi fibrillar). Dengan tidak adanya rangsangan eksogen, adhesi fokal berkembang

dan matang perlahan selama beberapa jam. Rangsangan eksogen sangat memodulasi

proses ini; paparan faktor pertumbuhan seperti platelet-derived growth factor (PDGF),

sitokin seperti IL-1β, dan kekuatan mekanik dapat mempercepat pematangan adhesi

fokal. Rangsangan tersebut ini diregulasi oleh tirosin dependent fosforilasi yang sangat

penting untuk pembentukan, pematangan dan renovasi dinamis adhesi fokal serta

modulasi jalur sinyal. Hal tersebut menunjukkan potensi penemuan obat untuk blokade

sinyal IL-1, pencegahan pematangan adhesi focal dengan peptide yang membubarkan 

sinyal IL-1 yang mengarah ke aktivasi signal-regulated kinase (ERK) ekstraseluler.

II.7 Fosforilasi mengatur adhesi fokal

Adhesi fokal mengandung banyak protein tirosin fosfatase termasuk paxillin,

fokal adhesi kinase (FAK) dan keluarga Src kinase. Tirosin fosforilasi yang penting

dalam pembentukan, pematangan dan renovasi dinamis adhesi fokal serta dalam modulasi

jalur transduksi sinyal IL-1. Adhesi fokal mengandung banyak protein tirosin-

terfosforilasi. Selanjutnya, peran multifaset spesifik tirosin spesifik, termasuk FAK dan

keluarga Src kinase Src, Fyn dan Ya, dalam pembentukan dan pematangan adhesi fokal

telah dipublikasikan. Pentingnya peristiwa fosforilasi tirosin dalam adhesi fokal, renovasi

dan signaling menggambarkan peran penting tirosin kinase dan protein tirosin

phosphatase (PTP) dalam mengatur proses signaling.

5

II.8 PTPs dan fokal adhesi

Penelitian terbaru telah menyatakan adanya penting peran PTP dalam mengatur

pematangan adhesi fokal dan adhesi fokal-dependent signalling. Pematangan adhesi

fokal memiliki dampak yang signifikan terhadap pensinyalan IL-1 karena sel-sel dengan

adhesi fokal dewasa tidak menanggapi IL-1. PTP selektif menghapus gugus fosfat dari

residu tirosin dan dapat negatif atau positif mempengaruhi jalur sinyal. Perkiraan terbaru

menunjukkan bahwa genom manusia mengandung setidaknya 107 gen PTP. Bukti yang

lebih definitif untuk peran spesifik PTP dalam regulasi adhesi fokal digunakan dalam

pendekatan molekuler untuk memanipulasi ekspresi gen fosfatase, termasuk ekspresi

dominan-negatif fosfatase mutan dan transgenik.

II.9 Kategori dan struktur PTPs

PTP dapat dibagi menjadi dua kategori besar: klasik phosphotyrosine-spesifik

fosfatase dan dual-spesifik phosphatases. Reseptor PTP terdiri dari membran-spanning

domain, domain ekstraseluler ukuran variabel yang sering mengandung domain

struktural, dan domain sitosol yang mengandung satu atau dua domain katalitik (biasanya

katalis aktif). Kebanyakan PTP sitosol memiliki sebuah struktur multi domain terdiri dari

domain katalitik dan tambahan regulator modul seperti SH2, PDZ, FERM91  (Protein 4.1,

Ezrin, radixin, domain moesin) atau domain kaya prolin. Penargetan subselular PTP

sangat penting dan mengarahkan domain katalitik ke lokasi yang tepat. Anggota dari

masing-masing Kelompok PTP terlibat dalam dinamika adhesi fokal dan adhesi fokal-

dependent signalling.

II.10 SHP2, adhesi fokal dan Pensinyalan IL-1

SHP2 (Src homologi fosfatase 2) terlibat dalam beberapa aspek dinamika adhesi

fokal dan pensinyalan IL-1. SHP2 direkrut untuk adhesi focal karena keterlibatan

integrin. Ekspresi katalitik SHP2 aktif menghasilkan pembentukan meningkatnya

penekanan serat aktin dan adhesi fokal, dan pemblokiran respon seluler terhadap faktor

pertumbuhan hepatosit. Dalam konteks dari lingkungan inflamasi, SHP2 direkrut ke fokal

adhesi untuk menanggapi rangsangan IL-1β dalam fibroblast dan mengatur pematangan

adhesi fokal. SHP2 mengatur kinetika dan besarnya aktivasi ERK dan pematangan adhesi

fokal dalam menanggapi IL-1, proses yang bergantung pada fungsi adaptor yang

melibatkan fosforilasi Y542. SHP2 juga penting untuk fosforilasi IL-1 diinduksi PLCγ

dan meningkatkan IL-1 yang menginduksi pelepasan Ca2+ dari reticulum endoplasma

(dapat dilihat pada Gambar. 2).

6

PTPα adalah anggota dari famili receptor-like PTP. IL-1β menginduksi

fosforilasi PTPα pada Y789 yang berkorelasi temporal dengan pematangan adhesi fokal,

pengayaan dengan paxillin, α-actinin dan α-aktin otot halus, dan perekrutan PTPα ke

adhesi fokal. Singkatnya, SHP2 dan PTPα memiliki peran penting dalam dinamika adhesi

fokal dan pensinyalan. Karena kedua struktur dan fungsi SHP2 (N terminal domain berisi

dua SH2 domain) dan PTPα (yang bagian ekstraseluler dan sitosol memiliki ikatan yang

unik dengan domain), yang berarti kelompok unik yang berinteraksi dengan protein,

diperkirakan bahwa kedua PTP ini mengatur IL - 1 sinyal khas.

II.11 Interleukin-1 dan sinyal kalsium

Di fibroblast, sinyal IL-1 sinyal dipengaruhi oleh sifat adhesi sel-matriks

termasuk adhesi fokal. Mekanisme adhesi fokal memodulasi IL-1 menginduksi sinyal

Ca2+ dan aktivasi ERK di fibroblast. Ca2+ yang dirilis dari retikulum endoplasma

diperlukan untuk aktivasi ERK (dapat dilihat pada gambar 2).

Gambar 2.Interleukin-1- mempengaruhi sinyal kalsium. Perekrutan protein tirosin fosfatase (PTP) seperti Src homologi fosfatase 2 (SHP2) dan PTPα ke adhesi fokal, bersama dengan sinyal reseptor IL-1 (IL-1R), memungkinkan sinyal melalui Src kinase keluarga (SFK) dan pelepasan kalsium dari retikulum endoplasma. Pelepasan kalsium dari reticulum endoplasma sangat penting untuk sinyal ke extracellular-regulated kinase (ERK) dan jalur hilir (diadaptasi dari Christopher. A. McCulloch, Gregory P. Downey and Hani El-Gabalawy, 2006, Signalling Platforms that Modulate the Inflammatory Response. Drug Discovery. 5:871).

7

II.12 Peluang untuk pengembangan obat

Menargetkan PTP menimbulkan beberapa tantangan. Pertama, domain katalitik

dari semua P-tyr diarahkan PTP klasik sangat dilestarikan. Oleh karena itu inhibitor non-

selektif ditujukan terhadap domain fosfatase dapat mempengaruhi banyak (atau semua)

dari 100 + PTP berbeda yang dikodekan oleh genom manusia. Banyak dari PTP ini

mengatur jalur sinyal kunci terlibat dalam berbagai proses seluler penting, sehingga

meningkatkan kemungkinan yang tidak diinginkan. Anehnya, meskipun ini potensi

kekurangan, dengan rentang yang luas inhibitor PTP, vanadat dan turunannya telah

menjanjikan di pengobatan diabetes mellitus di kedua model hewan dan manusia. Kedua,

PTP bertindak sebagai regulator negatif di banyak (tetapi tidak semua) jalur sinyal,

termasuk yang dipicu oleh reseptor faktor pertumbuhan. Ketiga, PTPs individu, seperti

tirosin kinase, berfungsi di beberapa jalur, meningkatkan probabilitas off-target efek.

Keempat, beberapa inhibitor PTP mengandung fungsi yang meniru kelompok fosfat, yang

mengurangi kemampuan mereka untuk melewati membran dan menciptakan masalah

efisiensi absorbsi.

Di sisi lain, PTP memiliki beberapa khas fitur yang memberikan target potensial

untuk terapi manipulasi. Modulasi selektif signaling jalur dipicu oleh IL-1, terutama yang

adhesi fokal-dependent, adalah strategi terapi yang potensial untuk perbaikan dari cedera

jaringan inflamasi. Inhibitor molekul kecil dari SHP2, NCS-87877, baru-baru ini

menggambarkan kemampuan untuk mengikat celah katalitik SHP2, sehingga

menghambat aktivitas fosfatase. Senyawa ini secara selektif menghambat EGF

menginduksi aktivasi ERK tanpa mempengaruhi aktivasi ERK, meningkatkan

kemungkinan penggunaannya dalam modulasi tergantung jalur sinyal SHP2 yang

memediasi cedera jaringan inflamasi. Jelas, pendekatan seperti harus dilakukan secara

bijaksana karena PTP seperti SHP2 dan PTPα berpartisipasi dalam signalling jalur yang

mengatur proses fisiologis proses dalam kekebalan tubuh (dapat dilihat pada gambar 3).

8

Gambar 3.Target aksi dari obat yang sudah ada dan obat baru antiinflamasi. Terapi

yang ada termasuk inhibitor TNF-α inhibitor infliximab, etanercept dan adalimumab, dan antagonis IL-IR, anakinra. Studi mengenai penggunaan perangkap IL - 1 masih dalam pengembangan klinis, sementara molekul yang mengatur interleukin melalui adhesi fokal kompleks, seperti SHP2, merupakan target terapi baru. PTP, tirosin protein fosfatase ; SHP2, Src homologi fosfatase 2 (diadaptasi dari Christopher. A. McCulloch, Gregory P. Downey and Hani El-Gabalawy, 2006, Signalling Platforms that Modulate the Inflammatory Response. Drug Discovery. 5:870).

III. Kesimpulan

Kontrol terapi inflamasi sangat penting untuk manajemen klinis berbagai

penyakit prevalensi tinggi termasuk asma, fibrosis paru, rheumatoid arthritis,

osteoarthritis, periodontitis, Penyakit Crohn, pembentukan ateroma, multiple sclerosis

dan kelompok kelainan auto-inflamasi. Penghambatan TNF-α efektif pada sebagian besar

pasien dengan rheumatoid arthritis. Penghambatan IL-1 tampaknya lebih efektif dalam

mengontrol manifestasi beberapa sindrom auto-inflamasi. Perakitan kompleks adhesi dan

koneksi fungsional untuk sinyal dari retikulum endoplasma tampaknya sangat tergantung

pada protein tirosin fosfatase yang berlimpah di kompleks adhesi. Protein tirosin

fosfatase, khususnya SHP2, dapat memberikan banyak target untuk pengembangan

peptida dari molekul massa rendah untuk pengembangan obat anti-inflamasi.

IV. Daftar Pustaka

Bellone, Matteo., 2015, Autoimmun Disease: Pathogenesis, Istituto Scientifico H. San

Raffaele, Milan.

Bratawidjaja dan Rengganis, 2014, Imunologi Dasar, FK UI, Jakarta.

9

Burnet, F.M., and Fenner, F., 1949, The Production of Antibodies, Macmillan,

Melbourne.

Christopher. A. McCulloch, Gregory P. Downey and Hani El-Gabalawy, 2006,

Signalling Platforms that Modulate the Inflammatory Response. Drug Discovery.

5:867.

Weiss, Ursula., 2008, Inflammation, Natural Insight, 454:7203.

10