BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Aterosklerosis Aterosklerosis merupakan penyakit akibat respon inflamasi kronis pada endotel, yang dapat menimbulkan pembentukan dan penebalan plak di dinding pembuluh darah (Warboys, 2011). Umumnya arteri yang normal terdiri dari dua lapisan yakni intima dan media. Intima terdiri dari satu lapisan sel endotel yang berada di membran basal dan kemudian lapisan lamina internal yang elastis. Di bagian bawah dari lapisan lamina internal yang elastis terdapat lapisan media yang terdiri dari sel-sel otot polos pembuluh darah yang dikelilingi oleh membran basal dalam matriks interstitial ekstraseluler. Disfungsi endotel dapat disebabkan oleh adanya lemak atau inflamasi pada dinding arteri (George and Johnson, 2010). Aterosklerosis merupakan respon sel endotel yang cedera akibat hiperglikemia, hipertensi, hiperlipidemia, agen infeksi, obesitas, lipoprotein termodifikasi, homosisteine, nikotin, dan radikal bebas, sehingga homeostasis sel endotel basal akan hilang dan menyebabkan disfungsi endotel. Hal ini mengakibatkan meningkatnya permeabilitas sel endotel sehingga memungkinkan terakumulasinya low-density lipoprotein (LDL) pada dinding pembuluh darah, yang akhirnya mengarah pada aktivasi endotel. Sel endotel yang aktif akan menghasilkan susunan dari sitokin proinflamasi sehingga memicu munculnya monosit dan Limfosit T. Endotel yang menghasilkan sitokin selanjutnya akan mendorong diferensiasi monosit menjadi makrofag, sehingga akan mencerna 6
7 LDL, LDL termodifikasi, kolesterol bebas (FC) dan kolesterol ester (Francis and Pierce, 2011). Adapun proses pembentukan plak di pembuluh darah pada aterosklerosis ditampilkan pada gambar 2.1. Gambar 2.1 Skema proses terjadinya aterosklerosis (George and Johnson, 2010) Sitokin dibagi menjadi tiga kelompok yakni kelompok IL-1 (yang terdiri dari IL-1α, IL-1β, IL-1ra, and IL-18), kelompok TNF, dan kelompok TGF-ß. Kelompok IL-1 dan kelompok TNF dapat mengaktifkan jalur nuclear factorκappa Beta (NF-κß) dan mitogen-activated protein kinase (MAPK). Sitokin yang memicu proinflamasi yang berperan dalam patogenesis aterosklerosis terdiri dari TNF, IL-1, IL-12, IL-18, IFN, yang mampu mengaktivasi adhesi molekul VCAM- 1, ICAM-1, dan E-Selectin dan memberikan respon inflamasi. Dengan adanya respon inflamasi akan memicu leukosit untuk menempel pada sel endotel sehingga permeabilitas sel endotel akan meningkat. Meningkatnya permeabilitas
8 sel endotel menyebabkan monosit akan bermigrasi ke daerah intima dan berdiferensiasi menjadi makrofag untuk menfagositosis LDL yang ada pada sel endotel, kemudian membentuk sel busa. Terbentuknya sel busa akan mempengaruhi protein yang berperan dalam faktor pertumbuhan yakni ERK1, ERK2 untuk mengaktivasi sel otot polos halus bermigrasi dari bagian media ke intima dan berproliferasi menjadi jaringan fibrous, sehingga akan terbentuk plak di pembuluh darah (Tedgui and Mallat, 2006). Paparan yang terus menerus dari sitokin proinflamasi akan membentuk plak, mendukung pertumbuhan plak hingga mendukung pecahnya plak yang dapat mengakibatkan terjadinya stroke atau infark miokard (Francis and Pierce, 2011). 2.1.1 Jalur MAPK (mitogen-activated protein kinase) MAPK (mitogen-activated protein kinase) adalah serin-treonin kinase yang memediasi sinyal intraseluler terkait dengan dalam aktivitas seluler termasuk apoptosis, proliferasi, diferensiasi, dan inflamasi (Kim and Choi, 2010). Ada tiga protein yang berperan pada jalur MAPK yakni protein JNK (Jun N-terminal kinase), p38mapk dan ERK (Extracellular signal-regulated kinase). JNK dan p38mapk diaktifkan dengan adanya respon sitokin inflamasi dan stress, sedangkan ERK diaktifkan oleh faktor pertumbuhan. Aktivasi jalur MAPK umumnya dimulai oleh mediator proinflamasi melalui aktivasi sel pada permukaan reseptor. Aktivasi JNK, p38mapk dan ERK membutuhkan aktivitas dari MAPK. Aktivasi JNK dimediasi oleh fosforilasi dua MAPK yakni MKK4 dan MKK7 oleh MKK3 dan p38mapk oleh MKK6. JNK dan p38mapk yang
9 teraktivasi akan menuju inti sel dan meningkatkan aktivitas transkripsi (Tedgui and Mallat, 2006). Aktivasi dari JNK dan p38mapk akan mengaktifkan faktor transkripsi protein AP-1 yang mendorong transkripsi gen proinflamasi seperti VCAM-1 (Warboys, 2011). Aktivasi extracellular signal-regulated kinases (ERK) disebabkan adanya rangsangan sitokin proinflamasi dari kelompok TNF (tumor necrosis factor) yang dimediasi oleh MAPK Kinase1/2 yang dapat memfosforilasi ERK sehingga aktif pada situs fosfoaseptornya. Hal ini dikarenakan adanya invasi mikroba patogen yang menghasilkan lipopolisakarida, dan LDL (low density lipoprotein) teroksidasi pada aterosklerosis (Kyriakis and Avruch, 2012). Aktivasi MAPK proinflamasi terkait dengan perkembangan lesi aterosklerotik, seperti peningkatan kadar ATF-2 nuclear phosphorylated yang diamati pada plak aterosklerotik manusia. Sinyal proinflamasi juga menginduksi MAPK phosphatase-1 (MKP-1) yang merupakan regulator negatif dari jalur MAPK, bertujuan untuk menonaktifkan p38mapk dan JNK dengan menghapus gugus fosfat, sehingga dapat membatasi respon inflamasi (Warboys, 2011). 2.1.2 Jalur NF-κß (nuclear factor-kappa-beta) Jalur NF-κß (nuclear factor-kappa-beta) merupakan salah satu sinyal dalam respon sitokin proinflamasi meliputi TNF-α, IL-1, dan IL-18. Aktivasi jalur ini memainkan peran penting dalam inflamasi melalui regulasi gen yang mengkode sitokin proinflamasi. NF-κß yang berada dalam bentuk tidak aktif akan berikatan dengan Iκß dalam sitoplasma. Teraktivasinya IκK akibat adanya sitokin
10 proinflamasi dan patogen mengakibatkan terfosforilasinya Iκß, sehingga akan melepaskan NF-κß. NF-κß yang lepas akan menuju inti sel dan berikatan dengan gen κb sehingga mendukung proses transkripsi (Tedgui and Mallat, 2006). Teraktivasi jalur NF-κß dan migrasi leukosit di sel endotel akan meningkatkan ekspresi gen proinflamasi seperti VCAM-1 (Vascular cell adhesion molecule-1), ICAM-1 (Intercellular Adhesion Molecule-1) dan E-selektin (Endotelial Selektin) yang akan menimbulkan inflamasi (Warboys, 2011). Adapun skema jalur pembentukan plak ditampilkan pada gambar 2.2. Jalur MAPK Sitokin LDL-Oksidasi Jalur Nf- κß ASK-1 TAK-1 IκK P MEK/MKK Iκß Iκß Uq NF- κß Uq ERK JNK P38 AP-1 Co-activators NF- κß AP-1 Transkripsi sinyal Proinflamasi VCAM-1, ICAM-1, E- Selectin Otos polos Sel busa Migrasi monosit- Adhesi INFLAMASI halus makrofag leukosit PLAK Gambar 2.2 Skema Jalur Pembentukan Plak (Warboys, 2011; George and Johnson, 2010)
11 2.2 Sambiloto Sambiloto (Andrographis paniculata (Burm.f) Ness) umumnya banyak digunakan sebagai obat tradisional di negara-negara di Asia. Sambiloto memiliki batang berkayu berbentuk bulat dan segi empat serta memiliki banyak cabang (monopodial). Daunnya tunggal saling berhadapan, berbentuk pedang (lanset) dengan tepi rata (integer) dan permukaannya halus, berwarna hijau. Bunganya berwarna putih keunguan, berbentuk jorong (bulan panjang) dengan pangkal dan ujungnya yang lancip (Widyawati, 2007). Tanaman dengan famili Acanthaceae memiliki kandungan kimia yang terdiri dari flavonoid, diterpenoid dan polifenol merupakan golongan metabolit sekunder yang paling banyak dijumpai di dalam tanaman ini (Rao, 2007). Identifikasi kandungan kimia ekstrak air sambiloto menunjukkan kandungan beberapa komponen yaitu andrografolid, flavonoid dan lakton. Andrografolid merupakan senyawa kimia yang paling banyak terkandung dalam tanaman sambiloto dan juga memiliki aktivitas farmakologi (Widyawati, 2007). 2.3 Andrografolid Andrografolid merupakan kandungan terbesar yang ada dalam tanaman sambiloto dengan rumus kimia (C 20 H 30 O 5 ) (Chen, 1980). Penyebaran kandungan andrografolid dalam tanaman sambiloto menyebar merata. Daun kering sambiloto mengandung 1,7% andrografolid dan pada batang keringnya mengandung 0,8% andrografolid (Chen, 2013). Ekstrak batang sambiloto mengandung andrografolid sebesar 0,8-1,2 %, 0,5-6 % dalam ekstrak daun sambiloto, dan 4% dalam ekstrak
12 herbanya. Andrografolid paling banyak terkandung dalam daun sambiloto dan dapat dengan mudah diisolasi dengan cara menghasilkan kristal andrografolid (Cheung, 2001; Pholphana, 2004). Struktur kimia dari andrografolid ditampilkan pada gambar 2.3. Gambar 2.3 Struktur Andrografolid (Tung, 2013) Andrografolid memiliki beberapa aktivitas farmakologi diantaranya sebagai anti kanker, antidiabetes, dan antiinflamasi. Andrografolid memiliki aktivitas sebagai anti kanker dengan mekanisme kerja menghambat siklus sel pada fase G0/G1 melalui penghambatan protein yang bertanggung jawab pada siklus sel tersebut dan menurunkan ekspresi enzim cyclin dependent kinase (Rajagopal, 2003; Satyanarayana, 2004; Jada, 2007; Shi, 2008; Cheung, 2005). Andrografolid juga memiliki aktivitas sebagai antidiabetes yaitu dengan mekanisme kerja meningkatkan penyerapan glukosa, m-rna dan glukosa transporter subtype-4 (GLUT-4) ke dalam jaringan pada otot soleus pada tikus yang diinduksi diabetes dengan menggunakan STZ (streptosotozin) (Chao, 2010). Andrografolid sebagai anti inflamasi yaitu dengan cara meningkatkan INFγ secara spontan dan merangsang sekresi TNF-α (Panossian, 2002). Ekstrak air dari
13 Andrographis paniculata secara in vitro mampu mereduksi agregasi platelet. Andrografolid dan 14-deoksi-11,12-didehidro andrografolid signifikan menghambat agregasi platelet yang menginduksi trombin, dengan menghambat jalur ERK1 dan ERK2 (Chao, 2010). Pemberian ekstrak metanol Andrographis paniculata secara intraperitoneal selama lima hari berturut-turut (50 mg/hari) menghambat 65% produksi NO (nitrat oksida) dari makrofag peritoneal dan signifikan menghambat edema pada kaki tikus yang diinduksi karagenan. Andrografolid terbukti menghambat produksi radikal oksigen dalam neutrofil, menghambat migrasi makrofag, aktivitas NF-κß serta TNF-α dan produksi IL-12. Aktivitas anti inflamasi andrografolid disebabkan hambatan terhadap jalur aktivasi MAPK dan NF-κß (Chao, 2010). 2.4 Docking Molecular Docking molecular adalah suatu metode yang digunakan dalam kimia komputasi dan desain obat dengan bantuan komputer. Tujuannya untuk memprediksi orientasi ikatan ligan dan afinitas ikatan di dalam interaksi liganprotein pada struktur 3 dimensinya (Morris, 2007). Fokus dari docking molecular untuk mensimulasikan proses penautan molekul secara komputasi, untuk mencapai konformasi yang optimal dari protein dan ligan dengan orientasi relatif antara protein dan ligan sehingga diperoleh energi bebas yang rendah (Mukesh and Rakesh, 2011, 2011). Dengan mengetahui struktur kristalografi dari protein, maka dapat diketahui sisi aktif dari protein, sehingga ligan dapat di-docking-kan untuk memprediksi afinitas ligan terhadap protein dan kestabilan ikatan ligan-
14 protein tersebut (Jensen, 2007). Keuntungan penelitian desain obat dengan menggunakan metode docking molecular secara in silico adalah bahwa proses ini secara fisik lebih dekat dengan apa yang terjadi pada kenyataan (farmakodinamik), ketika protein dan ligan mendekati satu sama lain setelah pengikatan molekul. Teknik ini membutuhkan waktu lebih lama dalam mengevaluasi posisi optimal ikatan karena harus mengeksplorasi koordinat. Adanya grid mode docking dapat mempersingkat eksplorasi koordinat saat validasi dan optimasi antara protein dengan ligan. Docking molecular dapat dilakukan antara protein dengan small ligand, protein dengan peptida, protein dengan protein hingga protein dengan nukleutida (Mukesh and Rakesh, 2011). Terdapat dua komponen penting di dalam docking, yaitu algoritma docking dan scoring function. Algoritma docking berfungsi untuk mengeksplorasi konformasi ruang pada ligan atau target protein, sedangkan scoring function berfungsi untuk mengevaluasi bentuk dengan memperhitungkan kekuatan ikatan atau afinitas antara ligan dengan protein dan kemudian mengarahkan eksplorasi bentuk ligan dengan afinitas lebih kuat. Metode docking molecular dapat digunakan untuk melakukan skrining secara in silico terhadap senyawa-senyawa yang diperkirakan memiliki afinitas tinggi terhadap suatu protein target atau mengidentifikasi struktur-struktur yang paling mungkin untuk mengikat target obat sebelum senyawa tersebut diisolasi atau disintesis dan diuji secara eksperimental di laboratorium, sehingga dapat meningkatkan efisiensi biaya, waktu, dan tenaga yang digunakan (Mukesh and Rakesh, 2011, 2011).