TINJAUAN PUSTAKA
Antibodi terhadap Advanced Glycation End Product, Cara Mutakhir Pencegahan Komplikasi Diabetes Melitus Makhyan Jibril Al-Farabi Rumah Sakit Syaiful Anwar, Fakultas Kedokteran Universitas Brawijaya, Malang, Jawa Timur, Indonesia
ABSTRAK Penyebab utama kematian pada pasien diabetes adalah komplikasi. Advanced glycation end product (AGE) berperan penting dalam proses dan peningkatan derajat keparahan komplikasi. AGE adalah molekul bioaktif yang terbentuk dari proses glikasi nonenzimatik protein, lipid dan asam nukleat. Sejauh ini, kontrol asupan makanan dan konsumsi obat akan sangat berperan menurunkan kadar AGE dalam sirkulasi. Meskipun demikian, pendekatan ini masih memiliki banyak hambatan. Pendekatan antibodi untuk menghambat berbagai tahap pembentukan AGE merupakan pendekatan baru yang cukup menjanjikan, tetapi belum banyak penelitian tentang hal tersebut. Tinjauan ini akan membahas potensi dan mekanisme berbagai antibodi yang mampu menghambat aktivitas AGE dalam perkembangan komplikasi diabetes melitus. Kata kunci: anti-AGE, anti-KLH, anti-A717, AGE, komplikasi diabetes
ABSTRACT Diabetic complications were the leading cause of death in diabetic patients. Advanced glycation end product (AGE) holds an important role in the development of diabetic complications. AGE formed by nonenzymatic glycation process of protein, lipid and also nucleic acid. Food intake control and drug use are important to control AGE level in diabetic patient. Nevertheless, those methods still have a lot of difficulties. Usage of antibody to inhibit AGE formation is a new approach which is potentially promising in the future. This review will describe the potency and mechanism of some of these antibodies in preventing diabetes complications. Makhyan Jibril Al-Farabi. Antibody to Advanced Glycation End Product Formation as Novel Preventive Measure for Diabetes Complication. Keywords: anti-AGE, anti-KLH, anti-A717, AGE, complications of diabetes
PENDAHULUAN Kadar glukosa darah yang tinggi dalam jangka panjang pada penderita diabetes memicu terjadinya proses glikasi lipid dan protein yang mengakibatkan peningkatan AGE (advanced glycation end-product).1 AGE diproduksi melalui reaksi Maillard yang ditandai dengan adanya asam amino teralkilasi, residu fluoresens, dan ikatan silang (cross linkage) intra- maupun intermolekul.2 Selama ini, terapi untuk menurunkan kadar AGE, seperti aminoguanidin, karnosin, dan piridoksamin harus dikonsumsi terus-menerus dalam jangka panjang. Hal ini memerlukan biaya besar untuk dapat mengontrol komplikasi vaskuler diabetes seumur hidup.3 AGE memegang peran yang cukup signifikan dalam proses terjadinya berbagai komplikasi pada diabetes, baik AGE yang Alamat korespondensi
berada di jaringan (intraseluler) maupun di sirkulasi plasma darah (ekstraseluler).2 Interaksi antara AGE dalam sirkulasi dengan RAGE (receptor for advanced glycation end product) akan meningkatkan produksi ROS (reactive oxygen species) intraseluler dan up-regulation faktor transkripsi NF-κB dan produknya, yakni endothelin-1, vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1), intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), E-selectin, tissue factor, thrombomodulin, vascular endothelial growth factor (VEGF), sitokin proinflamasi IL (interleukin)-1α, IL-6, tumor necrosis factor-α, dan RAGE.1,4-6 ROS juga menginisiasi proses peroksidasi lipid yang ditandai dengan peningkatan MDA (malondialdehyde), penurunan aktivitas NO (nitric oxide) in vitro maupun in vivo, atau meningkatkan regulasi (up-regulation) iNOS (inducible nitric oxide synthase) dan menurunkan regulasi (down-
regulation) eNOS (endothelial nitric oxide synthase).7 Semuanya merupakan faktor yang memicu terjadinya proses komplikasi vaskuler pada diabetes melitus. Pada dasarnya, AGE yang terdiri atas berbagai jenis bahan protein terglikasi memiliki sifat antigenik.8 Antibodi anti-AGE dapat dibentuk dengan induksi berbagai macam jenis protein yang terglikasi oleh AGE.9 AGE dalam tubuh mencit mampu menjadi antigen yang menstimulasi respons imun untuk memproduksi autoantibodi.10 Namun, peran antibodi anti-AGE pada penderita diabetes masih kurang diketahui apakah bersifat protektif atau justru memperparah komplikasi vaskuler. Selain anti-AGE, antibodi lain yakni antibodi A71711 dan anti-KLH (keyhole limpet hemocyanin)12 juga diduga memiliki peran pada proses terjadinya komplikasi diabetes
email:
[email protected]
CDK-210/ vol. 40 no. 11, th. 2013
807
TINJAUAN PUSTAKA melitus. Pada tinjauan pustaka ini, akan dijelaskan potensi antibodi sebagai salah satu pendekatan untuk komplikasi diabetes melitus. PEMBAHASAN Pembentukan AGE Faktor kunci dalam pembentukan AGE ialah kecepatan proses glikosidasi protein, derajat hiperglikemia dan banyaknya pemicu stres oksidatif.13,14 Jika salah satu atau lebih dari kondisi tersebut terpenuhi, protein intraseluler dan ekstraseluler dapat mengalami glikasi dan oksidasi. Proses pembentukan AGE yang disebut sebagai reaksi Maillard, dimulai dari basa Schiff dan produk Amadori. 1-amino-1-deoksiketosa diproduksi dari reaksi antara grup karbonil dari glukosa tereduksi dengan protein, lipid, dan asam nukleat.15 Pada saat proses reorganisasi reaksi Amadori, grup karbonil yang sangat reaktif yakni α-dikarbonil atau oksoaldehid yang juga meliputi 3-deoksiglukoson and metilglioksal terakumulasi; fenomena ini disebut juga stres karbonil.16 α-dikarbonil telah dibuktikan mampu bereaksi dengan amino, sulfhidril dan grup fungsional guanidin pada protein.17 Reaksi ini berakibat terjadinya denaturasi, perubahan warna kecokelatan, dan ikatan silang protein target.18 Selain itu, α-dikarbonil juga mampu bereaksi dengan grup fungsional lisin dan arginin protein yang pada akhirnya menghasilkan komponen AGE yang stabil, seperti Nε-(carboxymethyl)lysine (CML), yang merupakan AGE nonfluoresens.19 Peranan AGE dalam Patogenesis Komplikasi Diabetes Melitus AGE merupakan produk akibat glikasi nonenzimatik protein yang beragam struktur kimiawinya. 2-furoil-4(5)-(2-furanil)1H-imidazol (FFI), AFPG (1-alkil-2-formil3,4-diglukosil-pirol), N-karboksimetil lisin, piralin, dan pentosidin adalah contoh AGE.20 Glukosa adalah suatu aldehid reaktif yang dapat bereaksi secara spontan, walaupun lambat, dengan protein. Melalui proses yang disebut glikosilasi non enzimatik, protein mengalami modifikasi. Gugus aldehid glukosa bereaksi dengan gugus amino yang terdapat pada suatu protein, membentuk produk glikosilasi yang bersifat reversibel21. Produk ini mengalami serangkaian reaksi dengan gugus NH2 dari protein dan mengadakan ikatan silang membentuk AGE.20
808
Glukosa dapat juga menjalankan glikasi secara langsung, molekul glukosa secara kovalen berikatan dengan protein membentuk basa Schiff. Molekul-molekul ini dapat melakukan penataan ulang membentuk Amadori adduct. Amadori adduct kemudian mengalami dekomposisi menjadi deoksiglukon, yang dianggap lebih reaktif dibanding gula turunannya. Pembentukan AGE juga disebut dengan reaksi Maillard, yang merupakan rangkaian reaksi kimia yang sangat rumit. Pembentukan AGE melalui jalur klasik, yaitu lewat reaksi Maillard antara glukosa atau gula tereduksi lainnya dengan residu N-terminal amino acid dan atau gugus amino protein yang dikenal dengan basa Schiff menghasilkan produk Amadori, seperti fruktosa lisin.20
melalui up-regulation transforming growth factor-β intermediate.28 AGE mengganggu ikatan antara noncollagenous domain (NC-1) dengan helix rich domain pada kolagen tipe IV membran basal, yang akhirnya menginhibisi struktur matriks.14 Glikasi laminin, kolagen tipe I dan IV yang merupakan molekul kunci pada membran basalis mengakibatkan inhibisi adhesi pada sel endotel untuk kedua matriks glikoprotein.29 Penelitian menunjukkan bahwa produksi AGE menurunkan kemampuan pembentukan ikatan antara kolagen dan heparin dengan molekul matriks vitronektin.14 Selain protein, AGE mampu mengakibatkan glikasi pada lipid; pada sampel LDL penderita diabetes, ditemukan lipid- terglikasi-LDL.
Secara garis besar, peranan AGE dalam perkembangan diabetes meliputi 1) pembentukan ikatan silang dengan molekul membran basal matriks ekstraseluler, yang mengubah struktur seluler; kebanyakan mekanisme ini diperankan oleh AGE intraseluler; 2) Interaksi antara AGE dengan RAGE pada permukaan sel yang mengaktifkan fungsi seluler patologis, kebanyakan diaktifkan oleh AGE dalam sirkulasi.22
AGE dalam sirkulasi dapat berinteraksi dengan RAGE sehingga meningkatkan produksi ROS intraseluler, menurunkan ekspresi eNOS dan upregulasi faktor transkripsi NF-κB.5,6 ROS mengakibatkan pengurangan atom hidrogen PUFA (poly-unsaturated fatty acid) dan menginisiasi proses peroksidasi lipid.1 Proses lipid ini berperan penting dalam pembentukan oxLDL yang penting pada patogenesis aterosklerosis, ditandai dengan peningkatan MDA,30 sedangkan peningkatan transkripsi NF-κB akibat interaksi AGE dengan RAGE yang meningkatkan signaling NAD(P) H Oksidase, P2, p38, GTPase Cdc42 dan Rac. Aktivasi NF-κB akan meningkatkan ekspresi endotelin-1, vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1), intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), E-selektin, tissue factor, trombomodulin, vascular endothelial growth factor (VEGF), sitokin proinflamasi IL-1α, IL-6, tumor necrosis factor-α, dan RAGE.1,4 Inhibisi RAGE dengan anti-RAGE IgG atau soluble RAGE sebagai ligan ekstraseluler akan menginhibisi aktivasi NF-κB.31
AGE intraseluler merupakan salah satu faktor penting pada hemostasis vaskuler.23 Pembentukan AGE pada protein intraseluler relatif lebih lambat pada glukosa dan lebih cepat dengan fruktosa, gliseraldehid-3fosfat, glukosa-6-fosfat intraseluler, terbentuk secara signifikan pada sel endotel setelah satu minggu pada kondisi hiperglikemik.24 Secara intraseluler, fibroblast growth factor merupakan salah satu protein yang juga terglikasi. Modifikasi AGE terhadap fibroblast growth factor mengakibatkan penurunan aktivitas mitogenik sitosol sel endotel hingga 70%.25 Pembentukan AGE pada matriks ekstraseluler terjadi pada protein secara lambat. Akumulasi AGE pada protein di ECM akan mengakibatkan terjadinya ikatan silang yang juga memerangkap makromolekul lain di sekitarnya.26 AGE mampu mengubah struktur dan sifat kolagen matriks protein, vitronektin, dan laminin melalui kovalen AGE-AGE intermolekul atau ikatan silang.26 Ikatan silang AGE pada kolagen tipe I dan elastin meningkatkan kekakuan vaskulatur.27 Glikasi mengakibatkan peningkatan sintesis kolagen tipe III, IV, V, VI, laminin, dan fibronektin pada ECM yang dipicu
Interaksi AGE dengan RAGE pada diabetes melitus juga dapat meningkatkan ROS yang merusak endotel.7 Pada diabetes, terjadi hiperglikemia persisten yang meningkatkan produksi radikal bebas atau reactive oxygen species (ROS) di semua jaringan akibat autooksidasi glukosa, glikosilasi protein, jalur poliol (sorbitol), aktivasi MAPK, dan aktivasi protein kinase C.32 Proses pembentukan ROS dikenal dengan stres oksidatif, meningkat seiring dengan peningakatan peroksidasi lipid dan oksidasi protein, baik pada diabetes tipe 1 maupun 2.33
CDK-210/ vol. 40 no. 11, th. 2013
TINJAUAN PUSTAKA 2. Mata Protein kristalin sebagai penyusun utama lensa pengatur transparensi merupakan protein yang rentan mengalami glikasi untuk menjadi AGE.38 Hal ini dibuktikan bahwa lensa manusia katarak memiliki kadar CML, pentosidin, dan imidazolon lebih tinggi dibandingkan lensa manusia normal.39 CML dan reseptornya, RAGE, meningkat pada lesi patologis degenerasi makula. Selain itu, penderita diabetes dengan katarak terbukti mengalami peningkatan AGE.40
Gambar 1 Peran AGE pada sirkulasi (ekstraseluler) terhadap komplikasi vaskuler pada DM22
ROS mengakibatkan penurunan aktivitas NO in vitro maupun in vivo, atau menyebabkan terjadinya peningkatan regulasi (up-regulation) iNOS dan penurunan regulasi (downregulation) eNOS, hal ini akan mengakibatkan penurunan bioavaibilitas NO, disebut sebagai disfungsi endotel.7 Kerusakan sel endotel inilah yang menyebabkan penurunan kadar eNOS sehingga bioavailabilitas NO pun berkurang. Disfungsi endotel pada diabetes melitus terjadi melalui dua cara, yaitu peningkatan sintesis endotelin dan/atau gangguan jalur L-argininNO. Pada diabetes melitus, juga akan terjadi peningkatan advanced glycation end product yang akan menghilangkan aktivitas NO in vitro maupun in vivo, atau menyebabkan terjadinya peningkatan regulasi (up-regulation) iNOS dan penurunan regulasi (down-regulation) eNOS.7
CDK-210/ vol. 40 no. 11, th. 2013
Manifestasi Klinis Akibat AGE Deposit AGE pada berbagai jaringan dapat mengakibatkan berbagai komplikasi sebagai berikut: 1. Otak Peningkatan AGE pada otak berbanding lurus dengan bertambahnya usia,34 ditemukan pada neurofibrillary tangles dan plak senilis penderita Alzheimer.35 Pada pasien usia lanjut yang mengalami gangguan serebrovaskuler, terjadi peningkatan CML pada neuron korteks dan pembuluh darah otak, hal ini berkorelasi dengan derajat keparahan kelainan kognitif pasien.36 Penderita diabetes telah dibuktikan mengalami peningkatan deposit AGE, ekspresi RAGE yang akhirnya meningkatkan risiko penyakit Alzheimer.37
3. Sistem Kardiovaskuler AGE berperan penting dalam proses aterosklerosis.1 Sebuah penelitian telah membuktikan bahwa lesi aterosklerosis memiliki kandungan AGE tinggi. Reaksi silang antara AGE dengan matriks protein pada endotel akan mengakibatkan turunnya elastisitas, gangguan pada kolagen tipe IV dan laminin.41 Reaksi silang ini akan mengakibatkan LDL dapat masuk ke subendotel untuk dioksidasi oleh monosit.1 Selain itu, interaksi antara AGE dengan RAGE akan mengakibatkan peningkatan permeabilitas vaskuler, migrasi monosit dan limfosit ke dalam intima, serta gangguan relaksasi vaskuler yang dipicu endotelium.1 Aktivasi jalur NFĸB akan meningkatkan ekspresi molekul adhesi.1 Pada pasien diabetes tipe 1, gagal jantung berkorelasi dengan aterosklerosis koroner, kontrol glikemik yang buruk, dan peningkatan AGE.42 Pada penderita diabetes tipe 2, elevasi AGE serum berkorelasi dengan derajat keparahan penyakit jantung koroner dan mikroangiopati.43 4. Eritrosit AGE mampu berakumulasi di eritrosit untuk memicu terjadinya deformitas.44 AGE dibuktikan mampu berikatan dengan RAGE pada endotel vaskuler.20 Deformasi eritosit akan menurunkan fungsi. Penderita DM dengan anemia terbukti mengalami peningkatan AGE.45 Risiko kejadian anemia juga lebih tinggi pada komunitas dengan konsumsi CML tinggi.46 5. Ginjal Ginjal merupakan tempat metabolisme AGE, sekaligus lokasi akumulasi AGE dan kerusakan akibat AGE.47 AGE terbukti berperan dalam patogenesis nefropati diabetes pada pasien gagal ginjal stadium akhir. AGE meningkatkan sintesis fibronektin, laminin dan kolagen tipe
809
TINJAUAN PUSTAKA IV yang mengakibatkan sklerosis glomerulus, fibrosis dan hipertrofi ginjal.48 Deposit AGE ditemukan pada penderita nefropati diabetes namun tidak pada kontrol.49 Selain itu, pada pasien diabetes dengan gagal ginjal stadium akhir terdapat AGE dua kali lipat lebih banyak dibandingkan penderita diabetes tanpa gangguan ginjal.50 dan kadar CML tiga hingga lima kali lebih tinggi dibandingkan manusia normal.47 Ikatan antara AGE dengan RAGE akan meningkatkan TGFβ-1 yang berperan dalam fibrogenesis di tubulus renal48 dan apoptosis podosit yang mengakibatkan disfungsi renal dan albuminuria pada diabetes.50 6. Tulang AGE terbukti mampu berakumulasi di tulang kortikal dan trabekular, dan berkorelasi negatif dengan densitas tulang dan mineralisasi.51 Akumulasi AGE pada matriks kolagen tulang akan mengakibatkan gangguan mekanis yakni peningkatan kekakuan sehingga tulang mudah retak. Penderita osteoporosis terbukti mengalami peningkatan AGE yang signifikan dibandingkan dengan manusia sehat.52 Lanjut usia dengan peningkatan pentosidin sebagai jenis AGE, lebih berisiko patah tulang.53 Sumber AGE eksogen Pada analisis hasil makanan, penanda CML paling sering dipakai.untuk mengukur AGE54 Kadar CML akan bervariasi dan bergantung pada suhu proses pemasakan makanan, makanan yang sama apabila di masak dengan suhu tertentu akan mengalami peningkatan kadar CML hingga 200 kali lipat.55 Kadar CML berbagai macam makanan yang tidak dimasak dengan suhu tinggi seperti sayur mentah, buah mentah, yoghurt bervariasi antara 0,35-0,37 mg CML/kg, kadar CML lebih tinggi mencapai 11 mg CML/kg pada makanan yang diproses suhu tinggi seperti susu skim terpasteurisasi dan mentega. kadar CML pada daging steak dan crust roti mencapai 37 mg CML/kg. Susu terpasteurisasi, daging goreng, mentega dan cookies memiliki kadar AGE yang paling tinggi.54 Susu terpasteurisasi dan susu tersterilisasi memiliki kadar CML lebih tinggi dari susu segar tanpa diproses.56 Peningkatan CML ini diduga karena tingginya temperatur yang digunakan dalam pemrosesan susu.54 Hal ini juga dapat dilihat pada susu formula untuk bayi yang juga mengandung kadar AGE tinggi, 70 kali lebih tinggi daripada dalam air susu ibu; akibatnya
810
bayi yang diberi susu formula memiliki kadar CML plasma lebih tinggi dibandingkan bayi yang diberi air susu ibu eksklusif.57 Sumber makanan lain yang juga mengandung AGE tinggi yakni sereal untuk sarapan,58 kacang panggang,59 es krim,60 dan saus barbekyu.61 Konsentrasi tinggi methylglycoxal sebagai produk intermediat proses reaksi Maillard ditemukan pada soft drink yang tinggi fruktosa62; metilglioksal akan memodifikasi lisin atau arginin untuk memproduksi karboksietillisin dan hidroimidazolon.54 Jalur Eliminasi AGE Eliminasi AGE in vivo dilakukan secara endositosis oleh beberapa jenis sel. Sebuah penelitian menunjukkan bahwa protein termodifikasi AGE secara efisien dieliminasi dari sirkulasi melalui endositosis sel sinusoidal hepatosit.63 Selain itu, makromolekul AGE juga dieliminasi melalui makrofag, sel endotel hati dan sel Kuppfer melalui reseptor scavenger.64 Hal serupa dialami oleh oxLDL yang juga diendositosis oleh liver endothelial cell dan sel Kuppfer.65 Jalur eliminasi AGE melalui endositosis oleh makrofag meliputi berbagai reseptor. Diduga dua pertiga endositosis oleh makrofag dan diperantarai oleh reseptor macrophage scavenging receptor, sedangkan sepertiganya difasilitasi oleh FcγRII-B2 CD36, SR-BI, RAGE dan MARCO reseptor.64,66 Strategi Pencegahan Komplikasi Diabetes Selama ini, banyak dikembangkan terapi untuk mengurangi jumlah AGE dalam tubuh melalui penggunaan agen farmakologis seperti aminoguanidin, karnosin, dan piridoksamin yang mampu menghambat spesies reaktif dari basa Schiff dan menurunkan stres karbonil3; pembatasan asupan diet mengandung AGE terbukti mampu menurunkan secara signifikan proses aterosklerosis pada mencit hiperlipidemik dengan defisiensi apolipoprotein E.67 Hambatan AGE untuk berikatan dengan reseptornya, seperti penggunaan RAGE soluble, telah terbukti menurunkan komplikasi vaskuler hewan model diabetes.68 Semua model terapi ini secara ekonomi memerlukan biaya lebih tinggi seumur hidup untuk terus mengkontrol komplikasi vaskuler diabetes, sehingga perlu dikembangkan pendekatan yang lebih terjangkau dan bertahan dalam jangka panjang. Salah satu yang berpotensi ialah
pendekatan imunologis dengan vaksinasi. Antibodi terhadap Advanced Glycation End-Products (AGE) AGE yang terdiri atas berbagai jenis bahan protein yang terglikasi memiliki sifat antigenik.8 Penelitian menunjukkan bahwa AGE dalam tubuh mencit mampu menjadi antigen yang menstimulasi respons imun untuk memproduksi autoantibodi. Autoantibodi terhadap albumin yang termodifikasi oleh AGE ditemukan pada manusia sehat maupun penderita diabetes melitus.69 Antibodi antiAGE dapat dibentuk dengan induksi berbagai macam jenis protein yang terglikasi oleh AGE9 meski belum dijelaskan lebih lanjut struktur yang menjadi epitop terbanyak dari berbagai jenis bahan AGE. Pembuktian kualitatif imunohistokimiawi menunjukkan bahwa anti-AGE satu bahan tertentu mampu bereaksi dengan AGE yang terbentuk dari AGE bahan lain.9 Selama ini, peran antibodi anti-AGE pada penderita diabetes masih kurang diketahui. Antibodi anti-AGE mampu berikatan dengan antigen yang termodifikasi oleh AGE untuk membentuk kompleks imun soluble dalam tubuh. Selain itu, disebutkan terdapat korelasi negatif yang sangat erat antara kadar AGE serum dengan kadar AGE-IC darah penderita DM (r=-0,8). Padahal kompleks antibodi-antigen antara IgG dengan antigen akan dikenali oleh Fcγ reseptor makrofag sehingga akan meningkatkan kemampuan fagositosisnya.70 Fenomena penurunan kadar AGE pada peningkatan antibodi anti-AGE telah dibuktikan pada sebuah penelitian pada mencit diabetes yang sebelumnya divaksinasi dengan AGE-BSA akan mengalami penurunan kadar AGE dalam sirkulasi dan penurunan MDA, yakni hasil aktivasi AGE, di hepar.71 Pankreas mencit model diabetes akan mengalami penurunan berat dan jumlah sel di dalam islet Langerhans.72 Pankreas akan rusak akibat aktivasi ROS intraseluler yang juga dapat diaktivasi oleh AGE7. Mencit diabetes divaksinasi AGE-BSA terbukti massa pancreasnya turun lebih sedikit daripada mencit diabetes tanpa divaksinasi.71 Mungkin peran antibody anti-AGE yakni menurunkan kadar AGE dalam sirkulasi melalui terbentuknya imun kompleks AGE-IC yang nantinya di eliminasi oleh makrofag melalui FcγRII-B2.66
CDK-210/ vol. 40 no. 11, th. 2013
TINJAUAN PUSTAKA Selain itu, sel kuppfer hepar yang merupakan jalur eliminasi AGE memiliki FcγRII-B264 yang diduga akan berperan dalam proses eliminasi AGE. Eliminasi AGE serum akan menurunkan terjadinya aktivasi signaling ligan pada RAGE yang pada akhirnya mencegah terjadinya ekspresi faktor-faktor yang mengakibatkan komplikasi pada diabetes melitus. Anti-KLH Derajat glikasi, kondisi oksidasi dan berat molekul merupakan determinan paling penting dalam proses ikatan silang, ikatan reseptor dan toksisitas AGE dalam serum. Kadar LMW-AGE (low molecular weight advanced glycation end product) akan meningkat pada sirkulasi dan berpotensi sitotoksik, fenomena ini juga berkorelasi erat dengan akumulasinya pada nefron dan gangguan ginjal.73 Difusi AGE yang banyak pada mikrovaskuler dan sekat intersisial, rasio tinggi glikasi, kekebalan terhadap degradasi proteolitik akan meningkatkan peran AGE dalam patologi vaskuler. Karena itu, LMW menjadi kandidat potensial sebagai biomarker maupun target terapi.74 Inkorporasi spesies karbonil reaktif pada protein merupakan mekanisme penting dalam jalur Maillard yang menjadi target terapi penyakit yang berkorelasi dengan AGE, selama ini aminoguanidin, carnosin dan piridoksamine menjadi alternatif untuk menurunkan komplikasi diabetes.3 KLH merupakan glikoprotein konjugat yang diketahui memiliki kesamaan struktur dengan konjugat karbonil reaktif.75 Antibodi konvesional yang memiliki rantai L reaktif terbukti mampu bereaksi dengan struktur mirip karbohidrat pada AGE, anti-KLH telah dibuktikan mampu bereaksi silang dengan berbagai macam struktur karbohidrat.76 Hal ini merupakan salah satu bukti potensi aplikasi KLH untuk terapi penyakit yang berhubungan dengan hiperglikemi maupun karsinoma.77 Inhibisi rantai L dengan KLH menunjukkan adanya afinitas moderat antara antibodi dengan KLH. KLH telah dibuktikan imunogenik dan mampu mengakibatkan produksi antibodi reaktif terhadap karbonil pada mencit.12 Sebuah penelitian menunjukkan bahwa imunisasi aktif menggunakan KLH mampu menurunkan kejadian komplikasi nefropati-diinduksi-STZ ginjal mencit dengan menurunkan albuminuria dan derajat kerusakan histologis ginjal; efek ini serupa
CDK-210/ vol. 40 no. 11, th. 2013
dengan pemberian inhibitor pembentukan AGE.77 Selain itu, juga terjadi penurunan kadar AGE dalam sirkulasi maupun AGE matriks ekstraseluler. Penelitian lain menunjukkan bahwa terdapat penurunan AGE signifikan pada mencit diabetes yang divaksinasi KLH, namun tanpa diikuti peningkatan anti-AGE.71 Hal ini menunjukkan bahwa KLH bekerja pada tahap yang lebih tinggi dalam reaksi Amadori. Anti-KLH diduga bereaksi dengan karbonil reaktif dan menurunkan produksi AGE, khususnya yang berasal dari IgG terglikasi yang mengekspresikan rantai L.79
Anti-Glycated Albumin Penelitian menunjukkan bahwa serum pasien diabetes yang mengandung albumin terglikasi menginhibisi replikasi sel mesangial dan menstimulasi ekspresi gen kolagen tipe IV.80 Kemampuan tersebut akan dihambat dengan adanya antibodi monoklonal A717 pada kondisi in vitro. Antibodi monoklonal A717 akan bereaksi secara spesifik dengan albumin termodifikasi pada proses Amadori dan akan menghambat patogenesis nefropati; kemampuan ini tidak didapatkan pada IgG non reaktif terhadap albumin terglikasi.
Skema Peran Antibodi Terhadap Komplikasi Diabetes
Gambar 2 Mekanisme berbagai macam antibodi yang berpotensi untuk menghambat pembentukan AGE dan timbulnya komplikasi pada kondisi diabetes
811
TINJAUAN PUSTAKA Pada diabetes akan terjadi gangguan ginjal akibat overproduksi matriks ekstraseluler81. Antibodi monoklonal dapat diberikan untuk terapi mencit diabetes.80 Terapi antibodi monoklonal A717 pada mencit diabetes db/ db11 akan mencegah terjadinya abnormalitas glomerulus, histopatologi dan lesi nefropatik pada diabetes yang ditunjukkan dengan penurunan ekskresi albumin urin, pencegahan akumulasi matriks mesangial, pencegahan kenaikan mRNA dari kolagen tipe IV dan fibronektin; proteksi tersebut tidak didapatkan pada mencit yang diterapi IgG yang tidak reaktif dengan albumin terglikasi. Penurunan mRNA dari kolagen dan fibronektin akan dihambat ekspresinya oleh antibodi monoclonal A717 pada tubulointestinum.81 Meskipun hiperglikemia merupakan faktor
utama terjadinya glikasi nonenzimatik, pemberian antibodi A717 terbukti mampu memperbaiki efek nefropatogenesis akibat peningkatan albumin terglikasi in vivo independen dari terapi antihiperglikemi.11 Kadar albumin plasma terglikasi menurun signifikan pada 48 jam setelah pemberian A717.82 Hal ini menunjukkan bahwa antibodi A717 mampu mengurangi secara langsung epitope aktif albumin terglikasi, antibodi A717 akan mengakselerasi bersihan melalui sistem retikuloendotel11. Selain itu, antibodi A717 diduga mampu menghambat ikatannya dengan reseptor polipeptida di sel sehingga menurunkan aktivasi seluler.83 Ikatan antibodi A717 dengan albumin terglikasi akan terjadi di sirkulasi dan bagian kompartemen distal seluler, seperti pada mesangium glomerulus yang dilewati serum.11
SIMPULAN AGE merupakan faktor penting untuk terjadinya berbagai komplikasi diabetes melalui jalur aktivasi RAGE. Terapinya akan membutuhkan konsumsi jangka panjang obat crosslink breaker. Vaksinasi dengan pendekatan antibodi A717, anti-AGE maupun anti KLH berpotensi menjadi modalitas manajemen komplikasi diabetes berbasis respons imun dan hambatan pembentukan AGE dengan efek jangka panjang dan biaya lebih murah. SARAN Perlu dievaluasi lebih lanjut efektivitas masingmasing antibodi tersebut terhadap berbagai tipe komplikasi diabetes dan perlu evaluasi efek yang dapat terjadi akibat peningkatan kompleks imun akibat vaksinasi tersebut.
DAFTAR PUSTAKA 1.
Basta G, Schmidt AM, De Caterina R. Advanced glycation end products and vascular inflammation: implications for accelerated atherosclerosis in diabetes. Cardiovasc Res. 2004; 63: 582–92.
2.
Vlassara H, Cai W, Crandall J, Goldberg T, Oberstein R, Dardaine V, Peppa M, Rayfield EJ. Inflammatory mediators are induced by dietary glycotoxins, a major risk factor for diabetic angiopathy. Proc Natl Acad Sci USA 2002; 99:15596 –601.
3.
Cho SJ, Roman G, Yeboah F, Konishi Y: The road to advanced glycation end products: A mechanistic perspective. Curr Med Chem 2007; 14: 1653–71.
4.
Neumann A, Schinzel R, Palm D, Riederer P, Munch G. High molecular weight hyaluronic acid inhibits advanced glycation end product-induced NF-κB activation and cytokine expres-
5.
Yan SD, Schmidt AM, Anderson GM.. Enhanced cellular oxidant stress by the interaction of advanced glycation end products with their receptors/binding proteins. J Biol Chem 1994;
sion. . 1999; 453: 283–7.
269:9889–97. 6.
Wautier MP, Chappey O, Corda S. Activation of NADPH oxidase by AGE links oxidant stress to altered gene expression via RAGE. Am J Physiol Endocrinol Metab 2001;280:E685–94.
7.
Rosdiana N, Soewoto H. Peranan Nitrogen Oksida dalam Patosiologi Penyakit Vaskular. Jakarta: Bagian Biokimia Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia, 2008.
8.
Horiuchi S, Araki N, Morino Y. Immunochemical approach to characterize advanced glycationendproducts of the Maillard reaction.. J Biol Chem 1991; 266: 7329-32.
9.
Turk Z, Ljubic S, Turk N, Benko B. Detection of Autoantibodies Against Advanced Glycation End Products and AGE- immune complexes in serum of patients with diabetes mellitus. Clin. Chim.Acta 2001;303: 105–115.
10. Baydanoff S, Konova E, Ivanova N. Determination of anti-AGE antibodies in human serum. Glycoconj J. 1996; 13: 335-9. 11. Margo P. Cohen, Kumar Sharma, Yulin Jin, Elizabeth Hud, Van-Yu Wu,John Tomaszewski, and Fuad N. Ziyadehtt. Prevention of Diabetic Nephropathy in dbldb Mice with Glycated Albumin Antagonist. J. Clin. Invest. 1995; 95:,2338-45. 12. Armentano F, Knight T, Makker S, Tramontano A: Induction of covalent binding antibodies. Immunol Lett 2006;103: 51–7. 13. Schmidt AM, Hori O, Brett J, Yan SD, Wautier JL, Stern D. Cellular receptors for advanced glycation end products: implications for induction of oxidant stress and cellular dysfunction in the pathogenesis of vascular lesions.. 1994; 14: 1521–8. 14. Brownlee M. Advanced protein glycosylation in diabetes and aging.. 1995; 46: 223–34. 15. Takata, K., Horiuchi, S., Araki, N., Shiga, M., Saitoh, M. and Morino, Y. J. Biol. Chem1988;263: 14819–25. 16. Baynes JW, Thorpe SR. Role of oxidative stress in diabetes complications, a new perspective on an old paradigm.Diabetes. 1999;48:1–9. 17. Lo et al., 1994. 18. Frye EB, Degenhardt TP, Thorpe SR, Baynes JW. Role of the Maillard reaction in aging of tissue proteins. . 1998; 273: 18714–9. 19. Ahmed MU, Thorpe SR, Baynes JW. Identification of -ε-carboxymethyllysine as a degradation product of fructoselysine in glycated protein. . 1986; 261: 4889–94. 20. Wautier JL, Wautier MP, Schmidt AM, et al. Advanced glycation end products (AGEs) on the surface of diabetic erythrocytes bind to the vessel wall via a specific receptor inducing oxidant stress in the vasculature: a link between surface-associated AGEs and diabetic complications. Proc Natl Acad Sci USA 1994;91:7742-6. 21. Halliwell B, Gutteridge J MC. Oxygen-Toxicity, Oxygen Radicals, Transition-Metals and Disease. Biochem. J 1999; 219 (1 ): 1-14. 22. Goldin JA, Beckman AM, Schmidt, M. Creager A. Circulation 2006;114:597– 605. 23. Hudson BI, Hofman MA, Bucciarelli L. Glycation and diabetes: The RAGE connection. Current Sci. 2002:83 (12): 1515–21. 24. McPherson JD, Shilton BH, Walton DJ. Role of fructose in glycation and cross-linking of proteins. . 1988; 27: 1901–7. 25. Giardino I, Edelstein D, Brownlee M. Nonenzymatic glycosylation in vitro and in bovine endothelial cells alters basic fibroblast growth factor activity: a model for intracellular glycosylation in diabetes. . 1994; 94: 110–7.
812
CDK-210/ vol. 40 no. 11, th. 2013
TINJAUAN PUSTAKA 26. Schmidt AM, Hori O, Brett J, Yan SD, Wautier JL, Stern D. Cellular receptors for advanced glycation end products: implications for induction of oxidant stress and cellular dysfunction in the pathogenesis of vascular lesions. ArteriosclerThromb. 1994; 14: 1521–28. 27. Haitoglou et al., 1992. 28. Kushiro M, Shikata K, Sugimoto H, Ikeda K, Horiuchi S, Makino H. Accumulation of -Σ-(carboxy-methyl)lysine and changes in glomerular extracellular matrix components in Otsuka LongEvans Tokushima fatty rat: a model of spontaneous NIDDM. . 1998; 79: 458–68. 29. Paul RG, Bailey AJ. The effect of advanced glycation end-product formation upon cell-matrix interactions. . 1999; 31: 653–60. 30. Nakhjavanin et al, 2010. 31. Schmidt AM, Yan SD, Wautier JL, Stern D. Activation of receptor for advanced glycation end products: a mechanism for chronic vascular dysfunction in diabetic vasculopathy and atherosclerosis. . 1999; 84:489–97. 32. Lawrence A. Loeb, Douglas C. Wallace and George M. Martin. The mitochondrial theory of aging and its relationship to reactive oxygen species damage and somatic mtDNA mutations. PNAS December 27, 2005 vol. 102no. 52 18769-70. 33. Cederberg J, Simán Cm, Eriksson Uj: Combined treatment with vitamin E and vitamin C decreases oxidative stress and improves foetal outcome in experimental diabetic pregnancy. Pediatr Res 49: 755-762, 2001. 34. Kimura T, Takamatsu J, Ikeda K, Kondo A, Miyakawa T, Horiuchi S. Accumulation of advanced glycation end products of the Maillard reaction with age in human hippocampal neurons. Neurosci Lett 1996;208:53-6. 35. Castellani RJ, Harris PLR, Sayre LM, et al. Active glycation in neurofibrillary pathology of Alzheimer disease: Nε-(carboxymethyl) lysine and hexitol-lysine. Free Radic Biol Med 2001;31:17580. 36. Southern L, Williams J, Esiri MM. Immunohistochemical study of N-epsilon-carboxymethyl lysine (CML) in human brain: relation to vascular dementia. BMC Neurol 2007;7:35. 37. Valente T, Gella A, Fernàndez-Busquets X, Unzeta M, Durany N. Immunohistochemical analysis of human brain suggests a pathological synergism of Alzheimer’s disease and diabetes mellitus. Neurobiol Dis 2010;37:67-76. 38. Kumar PA, Kumar MS, Reddy GB.Effect of glycation on α-crystallin structure and chaperone-like function. Biochem J 2007;408:251-8. 39. Franke S, Dawczynski J, Strobel J, Niwa T, Stahl P, Stein G. Increased levels of advanced glycation end products in human cataractous lenses. J Cataract Refract Surg 2003;29:998-1004. 40. Gul A, Rahman MA, Salim A, Simjee SU.Advanced glycation end products in senile diabetic and nondiabetic patients with cataract. J Diabetes Complications 2009;23:343-8. 41. Nerlich AG, Schleicher ED. Nε-(carboxymethyl)lysine in atherosclerotic vascular lesions as a marker for local oxidative stress. Atherosclerosis 1999;144:41-7. 42. Steine K, Larsen JR, Stugaard M, Berg TJ, Brekke M, Dahl-Jørgensen K. LV systolic impairment in patients with asymptomatic coronary heart disease and type 1 diabetes is related to coronary atherosclerosis, glycaemic control and advanced glycation endproducts. Eur J Heart Fail 2007;9:1044-50. 43. Kiuchi K, Nejima J, Takano T, Ohta M, Hashimoto H. Increased serum concentrations of advanced glycation end products: a marker of coronary artery disease activity in type 2 diabetic patients. Heart 2001;85:87-91. 44. Ando K, Beppu M, Kikugawa K, Nagai R, Horiuchi S. Membrane proteins of human erythrocytes are modified by advanced glycation end products during aging in the circulation. Biochem Biophys Res Commun 1999;258:123-7. 45. Thomas MC, Tsalamandris C, MacIsaac R, Low-molecular-weight AGEs are associated with GFR and anemia in patients with type 2 diabetes. Kidney Int 2004;66:1167-72. 46. Semba RD, Patel KV, Sun K. Association of serum carboxymethyl-lysine, a dominant advanced glycation end product, with anemia in adults: the Baltimore Longitudinal Study of Aging. J Am Geriatr Soc 2008;56:2145-7. 47. Schinzel R, Münch G, Heidland A, Sebekova K. Advanced glycation end products in end-stage renal disease and their removal. Nephron 2001;87:295-303. 48. Oldfield MD, Bach LA, Forbes JM. Advanced glycation end products cause epithelial-myofibroblast transdifferentiation via the receptor for advanced glycation end products (RAGE). J Clin Invest 2001;108:1853-63. 49. Makita Z, Radoff S, Rayfield EJ, et al. Advanced glycosylation end-products in patients with diabetic nephropathy. N Engl J Med 1991;325:836-42. 50. Chuang PY, Yu Q, Uribarri J, He JC. Advanced glycation endproducts induce podocyte apoptosis by activation of the FOXO4 transcription factor. Kidney Int 2007;72:965-876. 51. Odetti P, Rossi S, Monacelli F, et al. Advanced glycation end-products and bone loss during aging. Ann N Y Acad Sci 2005;1043:710-7. 52. Hein G, Wiegand R, Lehmann G, Stein G, Franke S. Advanced glycation end-products pentosidine and Nε-carboxymethyllysine are elevated in serum of patients with osteoporosis. Rheumatology 2003;42:1242-6. 53. Schwartz AV, Garnero P, Hillier TA, et al. Pentosidine and increased fracture risk in older adults with type 2 diabetes. J Clin Endocrinol Metab 2009;94:2380-6. 54. Assar SH, Moloney C, Lima M, Magee R, Ames JM. Determination of Nε-(carboxymethyl)lysine in food systems by ultra performance liquid chromatography-mass spectrometry. Amino Acids 2009;36:317-26. 55. Richard D. Semba1, Emily J. Nicklett and Luigi Ferrucci. Does Accumulation of Advanced Glycation End Products Contribute to the Aging Phenotype?. J Gerontol A Biol Sci Med Sci (2010) 65A (9): 963-75. 56. Ahmed MU, Thorpe SR, Baynes JW. Identification of N-ε-carboxymethyllysine as a degradation product of fructoselysine in glycated protein. J Biol Chem. 1986; 261: 4889–94. 57. Šebeková K, Saavedra G, Zumpe C, Somoza V, Klenovicsová K, Birlouez-Aragon I. Plasma concentration and urinary excretion of Nε-(carboxymethyl)lysine in breast milk- and formula-fed infants. Ann N Y Acad Sci 2008;1126:177-80. 58. Delgado-Andrade C, Rufián-Henares JA, Morales FJ. Study on fluorescence of Maillard reaction compounds in breakfast cereals. Mol Nutr Food Res 2006;50:799-804. 59. Yaacoub R, Saliba R, Nsouli B, Khalaf G, Birlouez-Aragon I. Formation of lipid oxidation and isomerization products during processing of nuts and sesame seeds. J Agric Food Chem 2008;56:7082-90. 60. Drusch S, Faist V, Erbersdobler HF. Determination of Nε-carboxymethyllysine in milk products by a modified reversed-phase HPLC method. Food Chem 1999;65:547-53. 61. Chao PC, Hsu CC, Yin MC. Analysis of glycative products in sauces and sauce-treated foods. Food Chem 2009;113:262-6. 62. Tan D, Yang Y, Lo CY, Sang S, Ho CT. Methylglyoxal: its presence in beverages and potential scavengers. Ann N Y Acad Sci 2008;1126:72-5. 63. Tanaka S, Avigad G, Brodsky B, Eikenberry EF. Glycation induces expansion of the molecular packing of collagen. J Mol Biol. 1988; 203: 495–505.
CDK-210/ vol. 40 no. 11, th. 2013
813
TINJAUAN PUSTAKA 64. Bård J, Norie H, Seiko H. Advanced glycation end products are eliminatedby scavenger-receptor-mediated endocytosis in hepatic sinusoidal Kupffer and endothelialcells. Biochem. J. 1997;322:567–73. 65. VanBerkel TJC, de RijkeYB, Kruijt, J K..J. Biol. Chem. 1991;226: 2282–9. 66. Stanton LW, White RT, Bryant CM, Protter AA, Endelmann G. A macrophage Fe receptor for IgG is also a receptor for oxidized low density lipoprotein. J Biol Chem 1992; 267: 22446-51. 67. Lin RY, Reis ED, Dore AT,. Lowing of dietary advanced glycation endproducts (AGE) reduces neointimal formation after arterial injury in genetically hypercholesterolemic mice. Atherosclerosis. 2002;163: 303–11. 68. Park L, Raman KG, Lee KJ, Lu Y, Ferran LJ Jr, Chow WS, Stern D, Schmidt AM: Suppression of accelerated diabetic atherosclerosis by the soluble receptor for advanced glycation end products. Nat Med 1998; 4 : 1025–31. 69. Vay D, Vidali M, Allochis G, Cusaro C, Rolla R, Mottaram E, Bellomo G, Albano E. Antibodies against advanced glycation end product Nepsilon-(carboxymethyl)lysine in healthy controls and diabetic patients. Diabetologia 2000; 43:1385-8. 70. Skogh T, Blomhoff R, Eskild W, Berg T.Immunology 1985;55:585–94. 71. Al-Farabi MJ, Laili F, Lidia M, Sri W, Fetreo N. Induksi Vaksinasi AGE-BSA-KLH dalam Menghambat Komplikasi Mencit Model Diabetes.Dipresentasikan pada PKM Dikti 2012. 72. Al-Farabi. M J, Aditya SN, Durrotul I, Annisa A, Dicky SZ. Ekstrak Jamur Tiram (Pleurotus ostreatus) Meregenerasi Sel Islet Langerhans Pankreas Mencit Model DM. Dipresentasikan pada PIMNAS Makassar 2011. 73. Verbeke P, Perichon M, Borot-Laloi C, Schaeverbeke J, Bakala H. Accumulation of advanced glycation endproducts in the rat nephron: Link with circulating AGEs during aging. J Histochem Cytochem 1997; 45: 1059–68, 74. Monnier VM, Sell DR, Genuth S: Glycation products as markers and predictors of the progression of diabetic complications. Ann N Y Acad Sci 2005; 1043: 567–81. 75. Wagner J, Lerner RA, Barbas CF 3rd. Efficient aldolase catalytic anti- bodies that use the enamine mechanism of natural enzymes. Science 1995; 270:1797–800. 76. May RJ, Beenhouwer DO, Scharff MD. Antibodies to keyhole limpet hemocyanin cross-react with an epitope on the polysaccharide cap sule of Cryptococcus neoformans and other carbohydrates: Implications for vaccine development. J Immunol 2003; 171: 4905–12. 77. Harris JR, Markl J. Keyhole limpet hemocyanin (KLH): A biomedical review. Micron 1999:30: 597–623. 78. Shcheglova T, Makker S, Tramontano A. Reactive Immunization Suppresses Advanced Glycation and Mitigates Diabetic Nephropathy. J Am Soc Nephrol 2009; 20: 1012–9. 79. Gugliucci A, Menini T. Circulating advanced glycation peptides in streptozotocin-induced diabetic rats: Evidence for preferential modification of IgG light chains. Life Sci 1998; 62: 2141– 50. 80. Cohen MP, Ziyadeh FN. Amadori glucose adducts modulate mesangial cell growth and collagen gene expression. Kidney Int. 1994; 45:475-84. 81. Lane PH, Steffes MW, Fioretto P, Mauer SM. Renal interstitial expansion in insulin-dependent diabetes mellitus. Kidney Int. 1993;43:661-7. 82. Cohen MP, Hud E, Wu VY. Amelioration of diabetic nephropathy by treatment with monoclonal antibodies against glycated albumin. Kidney Int. 1994;45:1673-9. 83. Wu VY, Cohen MP. Receptors specific for Amadori- modified glycated albumin on murine endothelial cells. Biochem Biophys Res Commun. 1994; 198:734-9. 84. Ziyadeh FN, Cohen MP. Effects of glycated albumin on mesangial cells: evidence for a role in diabetic nephropathy. Mol Cell.Biochem 1993; 125:19-25.
814
CDK-210/ vol. 40 no. 11, th. 2013
