BAB I PENDAHULUAN. I.1 Latar Belakang. dunia sangat berkaitan dengan perubahan gaya hidup dan pola makan (Swinburn

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Peningkatan Westernisasi, urbanisasi dan mekanisasi di beberapa negara di dunia sangat berkaitan dengan perubahan gaya hidup dan pola makan (Swinburn et al., 2004). Pola makan ala barat yang didominasi oleh tingginya asupan lemak jenuh dan fruktosa (Hokayem et al., 2013), serta kurangnya aktivitas fisik telah diketahui berkontribusi terhadap terjadinya sindrom metabolik (Tranchida et al., 2012; Mamikutty et al., 2014). Sindrom metabolik merupakan salah satu penyakit gaya hidup modern yang disebabkan oleh nutrisi berlebih (Pang et al.,2014) dan ditandai dengan intoleransi glukosa, dislipidemia serta resistensi insulin (Eckel et al., 2005). Kelebihan asam lemak bebas di dalam sirkulasi akibat nutrisi berlebih telah diketahui menjadi kontributor utama penyebab terjadinya resistensi insulin (Eckel et al., 2005; Ceriello dan Motz, 2004). Resistensi insulin merupakan suatu kondisi dimana respon sel target terhadap paparan insulin berkurang (Shanik et al., 2008) yang ditandai dengan tingginya nilai homeostasis model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) (Bonora et al., 2002). Suatu hasil studi menunjukkan bahwa konsumsi lemak jenuh dapat meningkatkan asam lemak bebas dalam sirkulasi (Winzell dan Ahrѐn, 2004). Peningkatan asam lemak bebas akan mengakibatkan resistensi insulin melalui akumulasi hasil metabolisme asam lemak, yaitu diacylglycerol (DAG) dan longchain Acyl-CoA di intramioseluler. Diacylglycerol merupakan aktivator protein kinase C (PKC). Sementara itu, PKC 1

2 2 telah diketahui dapat menyebabkan resistensi insulin melalui penurunan fosforilasi residu tirosin pada insulin receptor substrate 1(IRS-1) (Boden, 2011). Penurunan fosforilasi tersebut akan berakibat pada penurunan aktivasi phosphatidilinositol 3 kinase (PI3K), sehingga ambilan glukosa di otot skelet yang dimediasi oleh insulin mengalami penurunan (Yu et al., 2002). Asupan tinggi fruktosa diketahui dapat memberikan dampak buruk bagi kesehatan baik pada manusia maupun pada hewan coba, seperti hipertrigliseridemia, intoleransi glukosa, obesitas, dan hiperinsulinemia (Rasineni dan Desireddy, 2011). Konsumsi tinggi fruktosa dapat menginduksi stres oksidatif melalui peningkatan produksi ROS. Fruktosa dan hasil metabolismenya (fructose- 3-phosphate dan 3-deoxyglucosone) merupakan agen glikasi non enzimatis yang sangat berpotensi untuk membentuk advance glycation end products (AGE), mana AGE akan berikatan dengan reseptornya yang berakibat pada peningkatan produksi ROS (Chung et al., 2003). Di samping itu, menurut Delarue dan Magnan (2007) akumulasi hasil metabolisme asam lemak di intramioseluler juga dapat memicu peningkatan produksi reactive oxygen species (ROS). Stres oksidatif yang berlebihan dapat menginduksi sejumlah kinase yang sensitif terhadap stres, seperti c-jun N-terminal kinase/stress-activated protein kinase (JNK/SAPK), p38 mitogen-activated protein kinase (p38 MAPK), dan IκB kinaseβ (IKKβ) (Evans et al., 2005). Teraktivasinya beberapa kinase tersebut akan meningkatkan fosforilasi residu serin pada IRS-1 yang akan menghambat aktivasi PI3K seingga mengurangi aktivitas protein kinase B yang diketahui juga sebagai AKT2 (Morino et al., 2006). Penurunan aktivitas AKT2 akan menyebabkan

3 3 kegagalan translokasi GLUT4 dari sitosol ke membran plasma, sehingga berakibat pada penurunan ambilan glukosa pada sel otot skelet, otot jantung, dan adiposa (Rains dan Jain, 2011). Gangguan ambilan glukosa yang melibatkan IRS-1, PI3K/AKT, dan GLUT4 oleh adiposit dapat menyebabkan efek tambahan yang buruk pada resistensi insulin (Otani, 2011). Jaringan adiposa dilaporkan dapat berperan sebagai sensor glukosa dimana adiposit dapat mendeteksi adanya ambilan glukosa oleh GLUT4 (Tamori et al., 2006). Dalam kondisi resistensi insulin ekpresi dan translokasi GLUT4 pada jaringan adiposa mengalami penurunan, sehingga ambilan glukosa oleh GLUT4 berkurang (Abel et al., 2001). Yang et al. (2005) melaporkan bahwa pada jaringan adiposa yang mengalami penurunan ekspresi GLUT4 ditemukan adanya peningkatan ekspresi dan kadar retinol binding protein 4 (RBP4) pada serum. Retinol binding protein 4 (RBP4) merupakan adipokin yang disekresikan oleh adiposit sebagai respon terhadap ambilan glukosa. Peningkatan sekresi RBP4 akan mengakibatkan restriksi ambilan glukosa pada otot skelet, hal ini disebabkan karena RBP4 memiliki kemampuan untuk mengganggu sinyal insulin di dalam otot skelet melalui gangguan pada fosforilasi IRS-1 serta aktivasi PI3K (Tamori et al., 2006; Yang et al., 2005) ataupun melalui aktivasi janus kinase 2 (JAK2) dan signal transducer and activator of transcription 5 (STAT5) melalui ikatan RBP4 dengan reseptornya yaitu stimulated by retinoic acid 6 (STRA6). Teraktivasinya STAT5 dapat menginduksi gen target lainnya yaitu SOCS3 yang dapat menstimulasi terjadinya resistensi insulin (Fedders et al., 2015; Berry et al.,

4 4 2013). Di samping itu, peningkatan baik ekspresi maupun sekresi RBP4 pada jaringan adiposa maupun sekresi RBP4 di dalam sirkulasi dapat berakibat pada perubahan regulasi homeostasis glukosa di hepar. Beberapa enzim yang berperan pada glukoneogenesis, termasuk phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), diregulasi oleh retinol. Suatu hasil studi menunjukkan adanya peningkatan ekspresi PEPCK pada hepar tikus yang diinjeksi dengan RBP4 (Yang et al., 2005). Peningkatan ekspresi PEPCK akan memicu produksi glukosa di dalam hepar, sehingga mengakibatkan peningkatan kadar glukosa di dalam darah. Kurangnya ambilan glukosa oleh otot skelet dan meningkatnya produksi glukosa dari hepar akan menyebabkan peningkatan kadar glukosa di dalam sirkulasi atau hiperglikemia (Tamori et al., 2006; Yang et al., 2005). Kondisi hiperglikemia tersebut dapat memperparah stress oksidatif melalui peningkatan produksi ROS (Giacco dan Brownlee, 2010). Tingginya produksi ROS tersebut dapat menyebabkan ketidakseimbangan antara ROS dengan antioksidan di dalam tubuh (Rial et al., 2010; Ceriello dan Motz, 2004). Netralisasi senyawa radikal bebas dengan peningkatan ketersediaan antioksidan sangat diperlukan untuk dapat mengurangi efek dari ROS (Akbar et al., 2011). Salah satu pendekatan yang dapat dilakukan untuk dapat mereduksi efek tersebut adalah dengan intervensi nutrisi, yaitu berupa pemberian makanan yang kaya dengan kandungan antioksidan (Pandian, 2013; Rudkowska, 2009). Sayur-sayuran dan buah-buahan merupakan bahan makanan yang kaya kandungan antioksidan, salah satu diantaranya adalah labu kuning. Beberapa jenis labu kuning seperti C. pepo, C. maxima, dan C. moschata memiliki kandungan

5 5 antioksidan golongan karotenoid diantaranya α-carotene, beta carotene, zeaxanthin, serta lutein dalam jumlah yang cukup tinggi (Rodriguez-Amaya et al., 2008). Penelitian Anggrahini et al. (2006) menunjukkan bahwa tepung labu kuning memiliki kandungan beta karoten sebesar 17,92 RE/g. Karotenoid beperan sebagai antioksidan yang dapat meredam keberadaan oxygen singlet sehingga dapat mencegah penyakit yang disebabkan oleh adanya ROS (Fiedor dan Burda, 2014). Selain sebagai antioksidan, karotenoid juga dikenal sebagai provitamin A. Di dalam tubuh, karotenoid yang dikonsumsi akan diubah menjadi retinal. Selanjutnya retinal akan dimetabolisme oleh retinol dehydrogenase menjadi retinol. Sementara itu, sejumlah kecil fraksi retinal akan dioksidasi menjadi asam retinoat oleh retinal dehydrogenase (Tourniaire et al., 2009). Asam retinoat sebagai salah satu produk konversi dari karotenoid telah dilaporkan dapat mereduksi baik sintesis maupun sekresi RBP4 di jaringan adiposa, sehingga RBP4 di dalam sirkulasi mengalami penurunan (Manolescu et al., 2010). Bonet et al. (2015) juga melaporkan bahwa karotenoid dan produk konversinya dapat mempengaruhi ekspresi gen melalui beberapa mekanisme. Hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa labu kuning memiliki efek antidiabetik dan antihiperkolesterolemik (Caili et al., 2006). Sedigheh et al. (2011) melaporkan bahwa pemberian tepung labu kuning selama 4 minggu pada tikus yang diinduksi alloxan dapat menurunkan kadar glukosa, memperbaiki profil lipid serta kadar insulin. Tourniaire et al. (2009) juga menyatakan bahwa konsumsi antioksidan dalam jumlah yang cukup dapat mereduksi stres oksidatif yang ditimbulkan karena kondisi diabetes mellitus tipe

6 6 2. Berdasarkan uraian di atas peneliti mengasumsikan bahwa labu kuning memiliki karotenoid yang berperan sebagai antioksidan dan sumber provitamin A. Antioksidan tersebut dapat mengurangi stres oksidatif yang disebabkan oleh konsumsi diet tinggi lemak dan fruktosa, sementara itu hasil konversi karotenoid menjadi asam retinoat dapat menurunkan ekpresi RBP4 dan PEPCK, sehingga kedua mekanisme tersebut diharapkan dapat memperbaiki kondisi resistensi insulin. Oleh karena itu, perlu dilakukan analisis pengaruh pemberian tepung labu kuning yang kaya akan karotenoid terhadap HOMA-IR, ekspresi gen RBP4 dan PEPCK pada tikus yang diberi diet tinggi lemak dan fruktosa. I.2. Perumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang permasalahan di atas, dapat dirumuskan permasalahan penelitian sebagai berikut : a. Bagaimana pengaruh pemberian tepung labu kuning (C. moschata) terhadap HOMA-IR pada tikus galur Sprague Dawley yang diinduksi diet tinggi lemak dan fruktosa? b. Bagaimana pengaruh pemberian tepung labu kuning (C. moschata) terhadap ekspresi gen RBP4 di jaringan adiposa putih tikus galur Sprague Dawley yang diinduksi diet tinggi lemak dan fruktosa? c. Bagaimana pengaruh pemberian tepung labu kuning (C. moschata) terhadap ekspresi gen PEPCK di jaringan hepar tikus galur Sprague Dawley yang diinduksi diet tinggi lemak dan fruktosa?

7 7 I.3. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : a. Mengetahui pengaruh pemberian tepung labu kuning (C. moschata) terhadap HOMA-IR pada tikus galur Sprague Dawley yang diinduksi diet tinggi lemak dan fruktosa. b. Mengetahui pengaruh pemberian tepung labu kuning (C. moschata) terhadap ekspresi gen RBP4 di jaringan adiposa putih tikus galur Sprague Dawley yang diinduksi diet tinggi lemak dan fruktosa. c. Mengetahui pengaruh pemberian tepung labu kuning (C. moschata) terhadap ekspresi gen PEPCK di jaringan hepar tikus galur Sprague Dawley yang diinduksi diet tinggi lemak dan fruktosa.

8 8 I.4 Keaslian Penelitian Penelitian sejenis yang pernah dilakukan disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Keaslian penelitian No Judul Persamaan Perbedaan 1 Dietary anthocyanin-rich bilberry extract Menganalisa ekspresi Jenis hewan coba yang digunakan ameliorates hyperglycemia and insulin gen RBP4 di jaringan yaitu model diabetes secara genetik. sensitivity via activation of amp-activated adiposa putih dan Intervensi yang diberikan, pada protein kinase in diabetic mice ekspresi gen PEPCK di penelitian tersebut menggunakan (Takikawa et al., 2009) jaringan hepar. ekstrak bluberry, sedangkan pada penelitian ini menggunakan tepung labu kuning. 2 Cyanidin 3-glucoside ameliorates hyperglycemia and insulin sensitivity due to downregulation of retinol binding protein 4 expression in diabetic mice (Sasaki et al., 2007) 3 Hypoglycaemic and hypolipidemic effect of pumpkin (Cucurbita pepo L.) on alloxan-induced diabetic rats (Sedigheh et al., 2011) Menganalisa ekspresi gen RBP4 di jaringan adiposa putih Menggunakan labu kuning sebagai bahan intervensi Jenis hewan coba yang digunakan yaitu model diabetes secara genetik. Intervensi yang diberikan, pada penelitian tersebut menggunakan anthocyanin (cyanidin 3-glucoside), sedangkan pada penelitian ini menggunaan tepung abu kuning. Pada penelitian tersebut tidak menganalisa ekspresi gen PEPCK sebagai enzim glukoneogenik, namun mengukur ekspresi gen G6Pase. Hewan coba yang digunakan di dalam penelitian tersebut diinduksi dengan alloxan Pada penelitian ini hewan coba yang digunakan diinduksi dengan diet tinggi lemak dan fruktosa 4 Pumpkin (Cucurbita moschata) fruit extract improves physical fatigue and exercise performance in mice (Wang et al., 2012) Menggunakan labu kuning sebagai bahan intervensi Pada penelitian tersebut jenis hewan coba yang digunakan adalah galur specific pathogen-free (SPF) yang diberi aktivitas fisik. Pada penelitian ini hewan coba yang digunakan adalah galur Spargue Dawley yang diberi diet tinggi lemak dan fruktosa

9 9 I.5. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat, diantaranya Manfaat teoritis Memberikan tambahan informasi mengenai pengaruh tepung labu kuning (C. moschata) terhadap HOMA-IR, ekspresi gen RBP4, dan PEPCK sehingga dapat memperbaiki kondisi resistensi insulin. Manfaat klinis Memberikan masukan sebagai bahan makanan alternatif yang dapat dikonsumsi untuk memperbaiki kondisi resistensi insulin. Manfaat praktis Membantu mempromosikan bahan pangan lokal, sehingga dapat meningkatkan kepedulian masyarakat terhadap kekayaan sumber pangan lokal yang bermanfaat bagi kesehatan.