Abstrac
Dinding pembuluh darah adalah
salah satu jalur pasif bagi sirkulasi sistem endokrin. Tetapi, perkembangan
biologi molekuler dan vaskuler dalam penelitian hipertensi telah ditunjukkan
dengan pentingnya peran pembuluh darah sebagai organ vital dalam patogenesis
hipertensi. Saat ini telah dikenal bahwa pembuluh darah dapat mengatur tonusnya
sendiri melalui berbagai mekanisme yang sebelumnya belum diketahui yaitu melalui
mekanisme autokrin dan atau parakrin sistem vasoaktif. Akhir-akhir ini telah terbukti
bahwa proses remodeling vaskuler pada hipertensi dijembatani oleh faktor
lokal yang terdapat dalam pembuluh darah. Sehingga muncul paradigma baru dalam
hipertensi, fokus pada lima topik yang telah berkembang melalui biologi molekuler
vaskuler yaitu: penemuan dan karakterisasi biologi molekul baru yang aktif disintesis
oleh dinding pembuluh darah, mekanisme molekuler dan efek remodeling vaskuler,
perkembangan biologi pembuluh darah dan hubungannya dengan patobiologi,
penggunaan gene transfer in vivo, strategi baru penatalaksanaan
berdasarkan terapi gen dari dinding pembuluh darah.
I. Pendahuluan
Paradigma
biologi molekuler vaskuler fokusnya telah bergeser dari tekanan darah diregulasi
oleh otak dan ginjal ke salah satu organ terluas dalam tubuh yaitu endotelium.
Sel pembuluh darah mempunyai spesial mekanisme dalam kanal ion yang berguna
sebagai baroreceptor yang dapat mengubah fungsi sel sesuai dengan kondisi
hemodinamik. Lebih dari itu, sel pembuluh darah dapat mengintegrasi sinyal ini
dan merespon dengan lokal mediator yang dapat mengubah tonus ataupun struktur
vaskuler. Gangguan pada sistem seluler ini diduga mempunyai peranan penting dalam
terjadinya hipertensi.
Endotel
pembuluh darah dapat memproduksi relaxing factor, yang mempunyai
karakteristik sebagai gas vasoaktif: nitric oxide, yang mengatur tonus basal,
dan mempunyai kemampuan cloning gen yang mengkode sintesa nitric oxide.
Faktor parakrin ini diduga berperan dalam patogenesis hipertensi. Blok farmakologi
jangka panjang pada nitric oxide dapat menyebabkan hipertensi dengan kerusakan
organ tahap akhir. Sebaliknya, pemberian substrat L-arginine yang dapat membawa
kembali nitric oxide atau penggunaan angiotensin converting enzym (ACE)
inhibitor dapat menurunkan tekanan darah.
Saat ini
dikenal sistem parakrin vaskuler yang disebut natriuretic peptide yang diduga
berperan penting dalam regulasi tonus dan struktur pembuluh darah. Sistem
andokrin lain yang sama dengan natriuretic peptide adalah renin angiotensin.
Dibutuhkan sistem enymatic cascade untuk membentuk angiotensin II dalam
jaringan yang bervariasi, termasuk pembuluh darah. Mullins et al, telah
melakukan penelitian tingkat genetik pada tikus, bahwa ekspresi renin yang
berlebihan dapat menginduksi timbulnya hipertensi fulminan. Hal yang sama juga
telah dilakukan melalui transfer gen secara in vivo, gen ACE ditransfer
ke dinding pembuluh darah, dan terbukti dapat meningkatkan ekspresi ACE lokal.
ACE vaskuler cukup untuk menginduksi angiotensin II untuk memicu pertumbuhan
sel vaskuler dan hipertrofi dinding pembuluh darah tanpa mengubah tekanan darah
sistemik atau sistem renin angiotensin sistemik.
Endothelin I adalah salah satu
contoh molekul vasoaktif yang belum banyak diketahui, mempunyai potensi sebagai
vasokonstriktif yang dapat menjadi mediator terjadinya hipertensi. Sistem
parakrin lain dari pembuluh darah melibatkan: sistem kalikrein-kinin, prostanoids,
endothelium-derived hyperpolarizing factors.
Sekarang
jelas bahwa substrat vasoaktif dapat mengubah pertumbuhan sel, migrasi,
produksi matrix dan degradasi, trombosis, dan adhesi leukosit yang menambah
efek mereka terhadap tonus vaskuler. Terdapat reseptor seluler dan sinyal yang
dapat mengaktifkan agen vasoaktif ini. Terdapat 3 reseptor natriuretic peptide
(A, B dan C), sedikitnya tiga tipe reseptor angiotensin (AT1A, AT1B
dan AT2) dan sedikitnya ada dua reseptor endothelin (ET1A dan ET1B)
II. Remodeling Vaskuler pada Hipertensi
Sebuah
konsep yang telah berkembang dalam patofisiologi hipertensi adalah kontribusi
perubahan struktur vaskuler (remodeling vaskuler). Sekarang telah
diketahui tonus dapat berubah melalui proses akut dan pembuluh darah dapat
merubah strukturnya melalui proses kronik sebagai respon terhadap kondisi
tertentu (tabel 1). Remodeling vaskuler biasanya adalah suatu proses
adaptif sebagai respon terhadap perubahan kronik pada kondisi hemodinamik dan
atau faktor hormonal. Ada kemungkinan bahwa substrat vasoaktif sendiri berperan
langsung dalam remodeling vaskuler. Hipotesis sebelumnya, kebanyakan vasokonstriktif
endogen adalah promoter pertumbuhan dan vasodilator endogen adalah inhibitor
pertumbuhan. Substansi vasoaktif dapat meregulasi homeostasis vaskuler melalui
efek jangka pendek pada tonus vaskuler dan efek jangka panjang pada struktur
vaskuler. Ketidakseimbangan kadua hal inilah yang menimbulkan vasokonstriksi
dan hipertrofi vaskuler sehingga timbul hipertensi.
Tabel 1. Spektrum Remodelling
Vaskuler (Dzau V.J. Hypertension 26(6), 1994.
|
Stimulus
|
Contoh Klinis
|
Respon vaskuler
|
|
↑ Tekanan
|
Hipertensi
kronis
|
a)
↑
Penebalan dinding ↓
diameter lumen
b)
↔ Penebalan dinding ↓ diameter lumen
|
|
↑Aliran
|
Fistul
arteriovenous
|
↑ Diameter
dalam, ↑ diameter luar
|
|
↓Aliran
|
Setelah
stenosis
|
↓ Diameter
dalam, ↓ diameter luar
|
|
Trauma
|
Ballon angiplasty
|
Hiperplasia
otot intima
|
|
|
Faktor
resiko (LDL kolesterol, merokok, diabetes, dll.)
|
Aterosklerosis
|
Dari tabel
1 dapat disimpulkan bahwa terdapat perubahan geometric dan struktural dari
pembuluh darah. Ada peningkatan massa yang akan menjadi penebalan dinding
(contohnya hipertensi). Dalam kasus ini, intima atau lapisan tengah mungkin
meningkat ukurannya dan diameter dalam meningkat. Sehingga rasio diameter
dinding dibanding lumen meningkat. Hipertensi vaskuler hipertrofi menghasilkan
peningkatan massa smooth muscle mengakibatkan respon vasokonstriksi, terjadi
resistensi vaskuler sistemik.
Bentuk
lain remodeling vaskuler yang sesuai dengan hipertensi adalah pelebaran
atau dilatasi pembuluh darah. Ini disebabkan oleh restruktur komponen seluler
dan molekuler dinding pembuluh darah. Total massa pembuluh darah mungkin tidak menigkat,
tetapi diameter dalam ataupun luar sebenarnya meningkat, sehingga terjadi
penurunan rasio dinding dengan diameter lumen.
Spektrum
sinyal berubah dari tekanan mekanikal (shear stress dan regangan) ke substansi
vasoaktif dan mediator inflamasi. Shear stress mungkin berperan dalam
regulasi ukuran dan struktur dinding pembuluh darah. Aliran yang menginduksi remodeling
vaskuler tergantung pada adanya endotel yang intak dan ini sesuai dengan
konsep shear stress autoregulasi. Endotel sensitif terhadap melalui
aktivasi kanal kalium dan hiperpolarisasi. Selain itu, shear stress dapat
mengaktifkan metabolisme fosfonisitol dan mungkin menyebabkan peningkatan calcium intraseluler. Hal ini menyebakan
pelepasan faktor lokal seperti nitric oxide, transforming growth factor-β (TGF-β),
platelet derived growth factor (PDGF),
tissue plasminogen activator, dan endothelin, yang mungkin berperan dalam
remodeling vaskuler.
Dalam
respon terhadap tekanan hemodinamik, trauma fisik, atau faktor sirkulasi, sel
dalam pembuluh darah menjadi teraktivasi untuk melepaskan modulator
pertumbuhan, sitokin, enzim proteolitik, dan komponen matriks, memperburuk
proses remodeling vaskuler. Tabel 2 menunjukkan faktor autokrin dan
parakrin yang meregulasi pertumbuhan sel pembuluh darah. Faktor-faktor ini
dapat dibagi menjadi: promoter pertumbuhan, inhibitor pertumbuhan, atau substansi
vasoaktif dengan properti regulator pertumbuhan.
Sebagai
tambhan perubahan dalam migrasi sel dan proliferasi, perubahan matriks adalah
kunci terjadinya remodeling vaskuler. Proteolisis dan degradasi matriks
melibatkan aktivasi dan aksi dari protease endogen. Sel endotel juga
mengekspresikan molekul adhesi yang meregulasi adhesi pada matriks
ekstraseluler dan organisasi sel-sel saat ini.
Pada hipertensi, perubahan struktur
pembuluh darah adalah yang mungkin bertanggung jawab atas peningkatan tekanan
dan aliran, ketidakseimbangan substansi vasoaktif, dan disfungsi endotel.
III. Perkembangan Paradigma Biologi Molekuler
Vaskuler
Dari
beberapa studi semua area biologi, terjadi peningkatan bahwa respon seluler
terhadap trauma atau penyakit melibatkan rekapitulasi program pengembangan
genetik lebih awal. Studi mengenai pembuluh darah telah menunjukkan bahwa sel
otot polos pembuluh darah pada noenatal secara fenotipe berbeda dengan dewasa.
Selama perkembangan, sel otot polos dilibatkan dalam migrasi sel, proliferasi,
dan sintesa matriks ekstraseluler, suatu proses yang berlangsung rendah pada
pembuluh darah dewasa yang normal. Secara morfologi, karakteristik fenotipe
dari sel otot polos pembuluh darah pada neonatal dan dewasa berbeda. Pada neonatal
mempunyai fenotipe ”sintetik” yang mempunyai karakteristik reticulum endoplasma
kasar yang lebih banyak. Sedangkan pada dewasa fenotipenya ”kontraktil”,
sedikit retikulum endoplasma kasar tetapi mempunyai aparatus kontraktil yang
tinggi.
Tabel 2.
Modulator Pertumbuhan Sel Otot polos
Vaskuler (Dzau V.J. Hypertension, 23(6),
1994)
|
Promotor Pertumbuhan
|
Inhibitor Pertumbuhan
|
|
aFGF, bFGF
|
Heparin sulfat
|
|
PDGF-AA, AB, BB
|
Fibronectin
|
|
TGFβ, 1, * 2
|
TGFβ, 1, * 2
|
|
HB-EGF
|
Interferon gamma
|
|
EGF
|
|
|
IGF-I
|
|
|
IL-1, IL-6
|
|
|
|
|
|
Trombin
|
Nitric oxide
|
|
Serotonin
|
Prostaglandins
|
|
Angiotensin II *
|
Atrial natriuretic peptide
|
|
Endothelin
|
Type C natriuretic peptide
|
|
Norepinephrine
|
|
|
Vasopressin
|
|
|
Substance P, K
|
|
|
Leukotrienes
|
|
|
Tromboxane
|
|
|
|
|
|
Strech-wall tension
|
Shear stress
|
|
LDL
|
|
aFGF,
fibroblast growth factor; bFGF, basic FGF; PDGF, platelet-derived growth
factor, TGF, transforming growth factor; HB-EGF, epidermal growth factor; IGF,
insulin-like growth factor; IL, interleukin; dan LDL, low density lipoprotein.
*
bifungsional factor pertumbuhan.
Dalam konteks hipertensi, potensial ekspresi sistem
angiotensin dalam pembuluh darah selama perkembangan dan proliferasi neointimal
adalah sesuatu yang menarik. ACE diekpresikan oleh endotel pembuluh darah
dewasa. Ini terdapat pada tunica media atau adventitia. Tetapi pada neonatal, ACE diekspresikan di tunica
media dari aorta. Sel otot polos diisolasi terhadap ekspresi ACE, pada pembuluh
darah neonatal isolasinya 4-5 kali lipat dibandingkan pada pembuluh darah
dewasa.
Adanya ACE
dalam pembuluh darah yang sedang berkembang mungkin karena peran angiotensin II
pada proses pengembangannya. Dimana telah diketahui bahwa Ang II mempunyai efek
pertumbuhan bagi sel otot polos pembuluh darah baik in vivo ataupun in
vitro melalui induksi autokrin berupa faktor pertumbuhan. Faktor
pertumbuhan ini tidak hanya berpengaruh pada proliferasi dan migrasi sel otot
polos pembuluh darah saja tetapi dapat juga menstimulasi sel vaskuler sekitar
seperti endotelium dan fibroblast.
Komponen lain
dari sistem renin-angiotensin yang ekspresinya unik dalam pembuluh darah yang
sedang berkembang adalah Ang II reseptor tipe 2 (AT2 reseptor).
Ekpresi AT2 reseptor pada neonatal telah menuju kepada spekulasi
bahwa reseptor ini ikut terlibat dalam pertumbuhan sel otot polos
pembuluh darah selama perkembangan dan dalam respon terhadap trauma.
Schwartz et al.
telah menunjukkan bahwa
pembuluh darah yang hipertensi, terdri dari fenotipe "sintetic” yang lebih
banyak dibandingkan pada pembuluh darah nonhipertensi. Perubahan dalam matriks
ekstraseluler, terutama fibronectin, telah ada pada pembuluh darah hipertensi.
Takaski et a.l menunjukkkan bahwa terdapat induksi TGF-β1 pada pembuluh
darah hipertensi. Faktor ini banyak diekspresikan pada pembuluh darah yang
terkena trauma.
IV. Test in vivo dari
Hipotesis in vitro: Sebuah
Pendekatan Transfer Gen
Kultur sel
dan teknologi transfer gen memberikan kesempatan kepada kita untuk melakukan
pembelajaran terhadap respon seluler individual untuk memanipulasi sistem
mediator autokrin-parakrin (dengan over ekspresi dan inhibisi). Seperti contoh,
transfer vektor ekspresi ACE ke dalam kultur sel otot polos pembuluh darah menghasilkan
peningkatan aktivitas ACE dalam sel dan menstimulasi sintesis DNA dan RNA
melalui peningkaIan produksi Ang II.
Kemajuan dalam teknologi gen transfer telah banyak
terbukti dengan beberapa macam vektor seperti retroviral, cationic liposom
(Lipofectin), adenoviral. Lebih jauh lagi, kita telah menggunakan hemagglutination
virus of Japan (HVJ) yang dimediasi oleh liposome
ke dalam dinding pembuluh darah. Dengan menggunakan transfer gen secara in
vivo dapat memlbuktikan hipotesis bahwa peningkatan ekspresi ACE vaskuler
lokal dan produksi Ang II adalah faktor yang penting dalam struktur vaskuler.
Data kami menunjukkan bahwa peningkatan ekspresi ACE lokal dalam dinding
pembuluh darah dapat memicu autokrin-parakrin melalui Ang II untuk terjadi
hipertrofi vaskuler secara in vivo. Sehingga gen transfer dapat menjawab
pertanyaan dalam penelitian hipertensi dan vaskuler: 1) dapatkah angiotensin
melalui proses hipertrofi vaskuler secara langsung menimbulkan efek pada
tekanan darah?, 2) apakah ACE jaringan lokal memegang peranan penting dalam
fungsi vaskuler dan mempunyai kontribusi pada patofisiologi terjadinya
hipertensi?
Tabel 3. Terapi Gen untuk
Penyakit Vaskuler (Dzau VJ, Hypertension, 23(6), 1994)
|
|
Contoh Target Gen
|
|
Sistem Terapi Gen
|
|
|
1. Aterosklerosis
|
HDL
|
|
2. Status
hiperkoagulasi
|
Tissue
plasminogen activator
|
|
Lokal Terapi Gen
|
|
|
1. Restenosis
setelah angioplasty
|
Gen pengatur
siklus sel
|
|
2. Transplant
rejection
|
Molekul
adhesi leukosit
|
|
3. Transplant
vasculopathy
|
Sitokin
|
|
4.
Angiogenesis
|
FGF
|
|
5. Trombosis
|
Tissue
plasminogen activator
|
|
6. Aneurisma
aorta
|
Protease
inhibitor
|
V. Terapi Gen pada Biologi Molekuler Vaskuler
Terapi gen
somatik adalah pengenalan gen normal pada sel somatik pasien untuk membenarkan gangguan
karena keturunan atau didapat melalui sintesis gen spesifik secara in vivo. Secara
keseluruhan ada tiga metode: penggantian gen, koreksi gen, dan augmentasi gen.
Meskipun saat ii metode gen terapi masih terbatas untuk penyakit
kardiovaskuler, di masa yang akan datang diharapkan ada kesempatan untuk terapi
penyakit vaskuler seperti hipertensi dengan manipulasi vasodilator dan gen
inhibisi pertumbuhan seperti atrial natriuretic peptide atau sintesa nitric
oxide.
Strategi
lain yang melibatkan antigen, dimana target gen diinaktivasi oleh antisense
oligonucleotides atau plasmid. Muncullah hipotesis bahwa proliferasi otot polos
dan terbentuknya lesi dapat dicegah dengan melakukan blok pada gen regulasi
siklus sel, melalui jalur biasa terakhir. Kita telah menunjukkan bahwa gen
tansfer dengan menggunakan antisense oligonucleoside melawan gen siklus sel
secara in vivo, proliferating cell nuclear antigen dan cdc 2 kinase,
terbukti menghambat proliferasi dan pembentukan lesi setelah trauma pada sel otot
polos pembuluh darah secara in vivo.
VI. Penutup
Lebih dari setengah abad yang lalu,
penelitian hipertensi telah membentuk paradigma yang fokus pada regulasi sistem
neuroendokrin vasoaktif sistemik yang mengatur tonus vaskuler dan homeostasis
cairan dan elektrolit pada ginjal. Hal ini menunjukkan bahwa hipertensi
disebabkan oleh gangguan dalam hemeostasis pengaturan leveI hormon disirkulasi
dan aktivitas sistem saraf simpatis. Dalam hal ini secara konseptualis,
pembuluh darah sebagai sistem penerima pasif aksi sistemik faktor
neuroendokrin. Berdasarkan penelitian terbaru tentang biologi molekuler
vaskuler, bahwa pembuluh darah itu adalah sesuatu yang kompleks, suatu organ
yang terintegrasi yang berkemampuan mengatur perubahan tonus dan struktur
melalui faktor lokal yang dihasilkan oleh dinding pembuluh darah itu sendiri.
Sehingga muncul paradigma baru dalam hipertensi, fokus pada lima topik yang
telah berkembang melalui biologi molekuler vaskuler yaitu: penemuan dan
karakterisasi biologi molekul baru yang aktif disintesis oleh dinding pembuluh
darah, mekanisme molekuler dan efek remodeling vaskuler, perkembangan
biologi pembuluh darah dan hubungannya dengan patobiologi, penggunaan gene
transfer in vivo, strategi baru penatalaksanaan berdasarkan terapi gen dari
dinding pembuluh darah.
VII. Daftar Pustaka
Cozel M, Breu V, Burri K,
CassaI JM, Fischli W, Gray GA, Hirth G, Loffer BM, Muller M, Neldhaart W, Ramuz
H. Pathophysiological role of endothelin revealed by the first orally active
endothe!in receptor antagonist. Nature. 1993;365:759-761.
Dzau VJ, G;bbons GH. Vascular remodeling mechanisms
and implications. J Cardiovasc Pharmacol. 1993;21(suppl l):51-55.
Dzau VJ, Pratt RE. Molecular and cellular biology of
angiotensin mediated growth of the cardiovascular system. In: Raizaida MK, Phillips
MI, Sumners C, eds. Cellular and Molecular Biology of the Renin
Angiotensin System. London,
England: Gower Medical Publishing; 1993:471-434.
Dzau VJ, Sasamura H, Hein L.
Heterogeneity of angiotensin synthetic pathways and receptor subtypes:
physiological and pharmacoIogical implications. J Hypertens. 1993;11I:S13-S18.
Furchgott RF. Zawadzki JV. The obligatory role of endothelial
cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine. Nature 1980;288,373-376
Green AS. Tonellato PJ, Lai J. Lozbard
JH, Cowley AW. Microvascular rarefaction and tissue vascular resistance In
hypertension. Am J Physiol. 1989;256:H126-H131.
Janiak P, Pillon A, Prost JF, Vilaine JP. Role of angiotensin ,
subtype2 receptor in neointima formation after vascular injury. Hypertension. 1992;20:731-145.
Linder L. Kiowski W, Buhler FR. lndirect evidence for
release of eodothelium-derived
relaxing factor in human forearm circulation in vivo: blunted response in
essential hypertension. Circulation.
1990;81:1762-1767.
Luscher TF, Vanhoutte PM. Endothelium-dlependent
actions to acetylcholine in the aorta of the spontaneously hypertensive rat. Hypertension.
1986;8:344-348.
Morishita R, Gibbons GH, EIlison KE. Zhang L.. Kaneda
Y,Ogihara T, Dzau VJ. Autocrine/paracrine renin angiotensin as a determinant of
vascular structure: a gene transfer approach experimental. Hypertension 1993;
22:423. Abstract.
Morishita R, Higaki J, Miyazaki M, Ogihara T.
Possible role of the vascular renin angiotensin system in hypertension and
vascular hypertrophy. Hypertension.
1992;19(suppl ll):II-62-II-67.
Mullins JJ, Peters J, Ganten D.
Fulminant hypertension in transgenic rats harbouring the mouse Ren-2 gene. Nature. 1990;344:541-544.
Mulvany MJ. The structure of the resistance
vasculature in essential hypertension. J Hypertens. 1587;5:129-136.
Nakao K, Suga S, Ogawa Y. Imura H. Molecular biology
and biochemistry of the
natriuretic peptide system I: natriuretic peptides. J Hypertens. 1992;10:907-912.
Palmer RMJ. Ferrige AG. Moncada S. Nitric oxide release
accountsa for the biological activity of endothelium derived relaxing factor. Nature.
1987,327:524-526.
Panza JA,
Quyyumi AA, Brush JE, Epstein SE. Abnormal endothelium-dependent vascular
relaxation in patients with essential hypertension. N Engl J Med. 1990; 323:22-27.
Pratt RE,
Wang D, Hein l, Dzau VJ. The AT2 isoform of the angiotensin receptor
mediates myointimal hyperplasia following vascular injury. Hypertension. 1992:20:432. Abstract.
Vallance P, Collier J, Moncada S. Effects of endothelium-derived nitric
oxide on peripheral artenolar tone in man. Lancet. 1989; 28:997-1000.
