Doxorubicin dan Kardiotoksisitas

Oleh : Firster Nugroho

Doxorubicin dan Patogenitas Terhadap Jantung

Doxorubixin merupakan antibiotik antrasiklin digunakan dalam terapi kanker. Aktivitas terapi dari doxorubicin berhubungan dengan proses interkalasi terhadap DNA, dengan menghambat topoisomerase II dan mencegah sintesis DNA dan RNA. Insidensi kardiotoksisitas rata-rata adalah 11%. Dimana doxo dapat menyebabkan kardiomyopati dan gagal jantung dengan  kasus 20% dari angka kejadian. Kardiotoksisitas tersebut berhubungan dengan proses oksidasi besi dan formasi radikal bebas oksigen. Selain memiliki mekanisme antitumor, obat ini dapat mengurangi replikasi dari kardiomiosit. Terdapat mekanisme lain yaitu termasuk didalamnya proses pembentukan protein yang abnormal, aktivitas imune bawaan yang berlebihan, pergantian gen, inhibisi faktor hidup ataupun pertumbuhan (Growth Factor), kerusakan regenerasi sel kardiak, serta berkurangnya pertumbuhan pembuluh darah. Di dalam kardiomiosit, obat tersebut memicu produksi ROS dan akhirnya sel tersebut tidak aktif karena aktivitas ROS tersebut.

Doxo dapat menginduksi cardiomiopati, berkurangnya miofibrillar, pemakanan sitoplasma, apoptosis, edema intertitial dan fibroplasia. Berkurangnya fiber pada kardiak berkontribusi dalam transformasi dilatasi ventricular menjadi geometri globular, disertai dengan stress pada dinding jantung, relaksasi dan kontraksi yang tidak sempurna, yang akhirnya berkembang menjadi CHF.

Hubungan Doxorubicin, Besi dan Kerusakannya.

Gambar

Beberapa studi telah mempelajari doxo bahwa obat ini dapat meningkatkan besi intrasel, dimana mencapai 5% dari jumlah total besi intrasel. Keseimbangan besi diregulasi oleh Transferrin Receptor dan ferritin. Penyimpanan besi dilakukan dengan memasukkan transferin yang bermuatan besi ke intrasel, yang merupakan penyimpanan besi terakhir, ketika jumlahnya melebihi kebutuhan metabolisme sel. Tfr dan Ferritin diregulasi/diatur pada post-transcriptional yang melibatkan interaksi IRP-1(iron regulatory protein) dengan ligan yang spesifik disebut IRE (Iron Responsive element) dalam target gen. Doxo dapat mengganggu gugus Fe-S dalam sitoplasma dan menghambat IRP-1, dimana peran IRP-1 yaitu mengkondisikan jumlah dari besi dalam sel, sesuai dengan kebutuhan metabolisme sel. Diduga bahwa akumulasi besi intrasel oleh doxo menyebabkan peningkatan stress oksidatif yang merupakan penyebab toksik doxo. Dan pengkelat besi sangat efektif dalam mereduksi kardiotoksisitas oleh doxo.

Doxorubicin dan Kematian Sel

Selain mekanisme besi dan ROS, telah muncul bukti bahwa doxo dapat langsung berinteraksi dalam memicu kematian sel. Doxo menginduksi kerusakan pada DNA mitokondria, kekacauan membran mitokondria, disfungsi mitokondria, dan pengurangan ATP, yang berkontribusi terhadap nekrosis. Beberapa studi telah memperlihatkan bahwa doxo menginduksi apoptosis pada cardiomiocyt (sel ottot jantung), melalui aktivasi p53, regulasi GATA-4, dan degradasi dari p300. Faktor transkripsi GATA-4 adalah faktor survival untuk diferensiasi, post-natal cardiomiosit, dan merupakan aktivator antiapoptotic Bcl-X. Doxo menginduksi GATA-4 yang dimediasi oleh penghambatan transkripsi gen GATA-4, termasuk di dalamnya penghambatan p-53. Ko faktor transkripsi p-300 secara umum berhubungan dalam proses yang berbeda, termasuk regulasi siklus sel, diferensiasi, tumorigenesis, dan apoptosis. Doxo mengaktivasi p38 kinase berhubungan dengan fosforilasi p300 serta degradasi p300. Dengan menghambat p38 maka dapat mencegah degradasi p300. Serta dengan pemulihan GATA-4 dan p300 menghambat morbiditas nekrosis kardiomiosit oleh doxo.

Autofagi adalah sebuah degradasi intralisosomal dari sel itu sendiri, memainkan peran penting di dalam memperbaharui sel otot jantung. Autofagi dipicu oleh beberapa kondisi patologi, seperti hipertropi jantung, dilatasi jantung, kardiomiopati, dan gagal jantung. Studi mengindikasikan autofagi tersebut mempunyai 2 efek bagi jantung yang berada dalam kondisi stress, yaitu untuk menghapus agregat protein dan organel yang rusak sebagai jalur pro-survival untuk mempertahankan keseimbangan energi. Sementara itu autofagi yang berlebihan juga dapat menyebabkan kematian sel. Autofagi yang berlebihan merupakan respon dari perbaikan sel, kelaparan, ataupun berbagai macam faktor penyebab stress(ROS, radiasi ion, hipoxia, etc.) menghasilkan rupture autofagolisosom dan dibarengi dengan pelepasan dari hidrolase lisosomal dan berakhir dg apoptosis. Mekanisme dibalik rupture tsb, adalah dimungkinkan lisosom terisi oleh besi yang labil dan menjadi target autofagi, dan sebagai hasilnya yaitu degradasi dari mitokondria dan pelepasan cytokrom c. Sedangkan peningkatan kalsium intraseluler yang dimediasi oleh ROS tidak hanya menginduksi apoptosis dan nekrosis, tetapi juga mengaktivasi kalmodulin depenedent kinase aktivasi AMP protein kinase. Produksi ROS juga dapat menyebabkan rupture-nya lisosom yang kaya dengan besi, sementara itu degradasi feritin yang jenuh akan besi di dalam lisosom akan memediasi kerusakan miocardial. Nah, Doxo berefek pada proses pensinyalan untuk meningkatkan autofagi di jantung melalui jalur besi dan mekanisme ROS dalam memediasi degradasi lisosom.

Gambar

Penjelasan di atas adalah 3 type kematian sel  yang secara langsung diinduksi oleh doxo, yang berefek pada miocardium dan akan menyebabkan kardiomiopaty. Terapi yang memungkinkan adalah dengan menghambat jalur apoptosis  dengan caspase inhibitor dan overekspresi Bcl-2 dan Akt.

Doxorubicin, Kardiotoksisitas, Inflamasi dan Sistem Imun.

Sistem imun tubuh merupakan pertahanan terhadap patogen. Doxo menstimulasi produksi sitokin, meningkatkan aktivitas sel NK, menstimulasi respon sel T-limfosit sitotoksik dan menstimulasi peningkatan diferensiasi dari makrofag. Semua itu adalah komponen yang penting dalam respon imun yang mengarah pada kerusakan jantung secara langsung. Toll like receptor (TLRs) merupakan bagian dari sistem imun dan merupakan Germline-encoded receptor yang terlibat dalam proses stress jantung. Semua hal tersebut termasuk dalam proses imun yang akan diaktivasi sebagai respon terhadap pathogen dan komponen non patogen dari jaringan yang rusak. Terdapat hubungan antara TLR(toll like receptor) dengan perkembangan gagal jantung. Diantara TLRs, studi yang banyak dilakukan untuk melihat patogenesis dari kardiomiopati adalah studi terhadap TLR-2 dan TLR-4. TLR-2 terlibat di dalam  stress oksidatip yang diinduksi oleh aktivasi dari NF-kB dari otot jantung itu sendiri, dimana hal tersebut berpengaruh pada apoptosis sel jantung. Pada tikus yang kekurangan TLR-2, aktivasi Nf-Kb di hambat oleh pemberian doxo dan aktivitas caspase-3 menjadi berkurang. Aktivasi dari TLR-4 bukan hanya pencetus respon inflamasi , tetapi juga berpengaruh terhadap degradasi matrix ektraseluler yang menghasilkan kardiomiopati. Defisiensi TLR-4 dapat melemahkan stress oksidatif pada jantung dan menghambat jalur GAPA-4. TLRs bersama reseptor interleukin-1 membentuk reseptor domain TIR (Toll IL-1 receptor). Dimana rekombinan antagonis interleukin reseptor 1 dapat mencegah kardiomiopati yang disebabkan oleh kerusakan mikrostruktural oleh doxo.

Doxorubicin dan Perubahan Ekspresi Gen dan Respon Jantung.

Studi sekarang menunjukkan doxo mempunyai efek terhadap ekspresi gen jantung yang spesifik, termasuk struktur, metabolik, dan aktivitas enzim. Studi terhadap tikus, menunjukkan bahwa doxo menyebabkan kegagalan regulasi gen yang melibatkan STARS (Hypertrofi responsive gen), SNF-1 kinase (modulator tingkat ATP dan AXUD-1 yang merupakan target pro-apoptotic regulator AX-IN-1). Doxo juga menyebabkan prrubahan protein kontraktil jantung. Natriuretic peptide, troponin (troponin I dan T) dan beta myosin berantai berat. Semua protein tersebut meningkat setelah pemejanan dengan doxo. Sedangkan mRNA dari protein jantung sensitif terhadap doxo. Ekspresi yang berlebih dari protein tersebut menekan troponin C dan faktor transkripsi natriuretic atrial pada jantung.

Pada tikus, toksisitas akut doxo meningkatkan ekspresi beberapa enzim sitokrom p450 dengan perubahan metabolisme asam arakidonat yang menyebabkan kardiotoksisitas. Heart fatty acid protein (H-FABP) dan organic cation  carnitine transporter (OCNTN2) mempunyai peran penting dalam metabolisme lipid dan pembentukan energi. Dan pemejanan  doxo pada tikus menunjukkan pengurangan gen H-FABP dan OCTN2 di jaringan jantung dan meningkatkan gen apoptosis p53 dan CD95.

Doxo secara langsung berefek pada ekspresi gen jantung yang spesifik yang meregulasi energi dan memetabolisme kalsium. Dalam studi pada hewan, doxo mempunyai efek aktivitas berantai transport elektron yang menyebabkan kehilangan ATP, meningkatkan ekspresi AMPK, amplifikasi gen mitokondria, dan aktivasi caspase 3. Mentranskripsi enzime penting dalam produksi energi, seperti translokasi ADP/ATP. Ekspresi gen yang mengkode protein yang mempengaruhi homeostasis ion kalsium, lalu diubah di dalam jantung karena pemaparan doxo secara kronik, termasuk di dalamnya pengurangan ryanodine receptor-2, sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase, phospholamban, dan calsequestrin jantung.

Telah diakui juga Induksi kardiotoksisitas oleh doxo dengan mekanisme penuaan kardiomiosit. Usia mempunyai keterkaitan dengan perubahan dalam miosit jantung, termasuk perubahan struktural-fungsional dalam mitokondria dan lisosom berhubungan dengan stres oksidatif. Hal tersebut mempunyai tanda berupa ekspresi penghambatan siklus sel p16INK4a dan p53. Pada bayi, penggunaan doxo secara signifikan akan meningkatkan ekspresi cdk-1, menurunkan fosforilasi troponin-I jantung dan menurunkan aktivitas telomerase.

Doxorubicin, Kardiotoksisitas dan aktivitas UPS (ubiquitin proteasome system)

UPS adalah proteolitic yang memediasi degradasi dan modifikasi post translational dari protein dalam sel. UPS system terdiri dari 2 proses penting, ubiquinasi dan degradasi proteosome,  yang berperan mempertahankan fungsi protein. Ubiquinasi merupakan proses penambahan molekul ubiquitin pada protein melalui reaksi enzimatik ATP-dependent yang melibatkan pengaktifan enzym ubiquitin (E1), pengikatan enzym oleh ubiquitin (E2), ubiquitin ligase (E3), dan pemanjangan rantai faktor ubiquitin. Ubiquinasi dari protein dapat mengubah aktivitas atau mendegradasi protein tsb. Protein polyubiquinasi biasanya terdegradasi oleh proteasome 26s. Proteasome dapat mengaktivasi jalur pensinyalan protein dengan memotong protein menjadi bentuk aktif. Degradasi dan pemotongan protein juga dapat dilakukan oleh proteasome oleh perilaku ubiquitin.

Gambar

Dengan pemberian dosis terapi doxo, akan mengaktivasi proteolisis yang dimediasi oleh reaksi ubiquinasi apparatus dan proteasom. Beberapa studi menjelaskan bahwa komplek doxo-proteosom efektif menghambat aktivitas proteosom, dan banyak studi mengindikasikan bahwa doxo menginduksi degradasi protein pada sel otot jantung yang dimediasi oleh proteosome dengan meningkatkan ekspresi ubiquitin E3 ligase dan protease yang lain. Dengan meningkatnya ekspresi ubiquitin E3 ligase, doxo meningkatkan degradasi protein esensial yang dimediasi oleh UPS, termasuk protein struktural (myofibrillar protein, B-catenin), survival faktor (ARC, apoptosis caspase domain dan Bcl-2), dan faktor transkripsi (p300). Degradasi tersebut secara langsung menyebabkan apoptosis kardiomyocite dan kerusakan fungsi sel otot jantung. Doxo juga dapat menginduksi degradasi dari IkB yang dimediasi oleh UPS. Ikkb adalah sebuah inhibitor dari nuclear transcriptional faktor kappa B (NFkB merupakan faktor pro apoptosis pada sel otot jantung).

Gambar

Doxo juga mengaktivasi mitogen yang diaktivasi protein kinases (MAPKs), p38 dan JNK, dan meningkatkan  apoptosis kardiomiosit dengan mengurangi level dari ekspresi protein anti apoptosis seperti Bcl-2 dan meningkatkan level ekspresi dari protein pro apoptosis seperti Bax, memotong caspase 9 dan caspase 3. Lalu, sebuah atrogin-1 yang merupakan E3 ligase spesifik yang terdapat pada otot lurik, yang dapat mempromosikan degradasi dari protein otot. Doxo menginduksi atrogin-1 dan MurFs (Muscle spesific RING finger protein), dimana berhubungan dengan perubahan miopati. Atrogin-1 yang diinduksi ini akan mengaktivasi MAPK p38 dan menginduksi atrofi sel otot jantung, pengecilan otot, dan dilatasi ventricular. Doxo dapat menginduksi peningkatan ROS dan pelepasan kalsium yang dimediasi mitokondria, dapat meningkatkan aktivitas nuclear faktor of aktivated T-cell (NFAT4) dengan cara kalsium/kalsineurin dan menyebabkan apoptosis sel otot jantung.

Doxo menyebabkan degradasi dari NFAT-5 yang dimediasi oleh proteasom, yang berdampak pada kerusakan sel dan kematian sel dan pengurangan gen transporter taurin, yang dapat mengurangi kemampuan sel jantung dalam menyerap taurin (asam amino yang berpotensi sebagai kardiooprotektif dan antioksidan). DOXO menginduksi peningkatan ubiquitin E3 ligase dan protease yang lain dapat menyebabkan rusaknya miofibrillar, mengurangi kardioprotektif ataupun faktor hidup cardiomiocyt, meningkatkan faktor pro apoptosis, dan kerusakan struktur sarkomer.

Sumber: Shi et al., 2011, Mechanisms and management of doxorubicin cardiotoxicity, Herz: USA.

One thought on “Doxorubicin dan Kardiotoksisitas

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s