PERANAN ANGIOGENESIS PADA STRO ISKEMIK

PENDAHULUAN Strok merupakan ganguan peredarah darah otak yang dapat mengakibatkan kecacatan, bahkan kematian. Di negara-negara maju maupun negara yang sedang berkembang, strok mempunyai angka kecacatan dan kematian yang cukup tinggi. Menurut National Center for Health Statistic (1990) di Amerika Serikat strok merupakan penyebab kematian ketiga yang paling lazim terdapat setelah penyakit kardiovaskular dan menjadi penyebab utama dari kecacatan yang berat. Di seluruh dunia sekitar 4,6 juta orang meninggal karena strok per tahunnya dan tiga perempatnya terjadi di negara berkembang Stroke iskemik merupakan satu penyebab utama kematian dan kecacatan1. Dari data Survei Kesehatan Rumah Tangga (1995) Departemen Kesehatan RI, menunjukkan angka mortalitas nomor satu yang disebabkan oleh penyakit-penyakit sirkulasi, termasuk di dalamnya strok 2. Stroke Stroke menurut definisi World Health Organization adalah suatu tanda klinis yang berkembang cepat akibat gangguan fungsi otak fokal atau global, dengan gejala yang berlangsung selama 24 jam atau lebih dan dapat menyebabkan kematian, tanpa adanya  penyebab lain yang jelas selain vaskuler 1,2. Strok iskemik atau yang biasa disebut non- hemoragik strok disebabkan oleh oklusi arterial secara tiba-tiba yang mengganggu aliran darah ke otak, sehingga terjadi jaringan nekrosis pada pusat area dimana arteri mengalami oklusi yang dikenal sebagai infark core. 80 % angka kejadian strok merupakan strok iskemik sedangkan 20% strok hemoragik . Di negara maju angka prevalensi strok 85-95% dan pada negara sedang berkembang persentasenya lebih tinggi. Penatalaksanaan strok iskemik yaitu dengan mereperfusi kerusakan otak dan strategi perbaikan neuron untuk memperbaiki disfungsi neurologis 1,2. Pada daerah serebral yang mengalami iskemia terdapat kolateral di sekitarnya disertai mekanisme kompensasi fokal berupa vasodilatasi memungkinkan terjadinya pemulihan fungsi neurologik oleh karena terjadinya regenerasi neuron. Jadi pada daerah iskemia tersebut terdapat tiga perbedaan tingkat iskemia (daerah iskemia tidak homogen), terdiri dari tiga lapisan (area) yang berbeda yaitu; 1). lapisan inti (ischemic-core), pada lapisan ini terjadi degenerasi neuron (infark), 2). daerah ischemic penumbra merupakan daerah di sekitar ischemic-core, sel neuron belum mati namun fungsi sel terhenti. Daerah ini masih mungkin diselamatkan dengan resusitasi, 3). Daerah di sekeliling penumbra, pembuluh darah mengalami dilatasi maksimal, kolateral maksimal cerebral blood flow (CBF) sangat tinggi, disebut luxury perfusion 3. Pengaruh sistemik akut yang disebabkan oleh penurunan suplai sirkulasi ke otak akan berakibat pada perubahan tatanan biokimia otak. Hal ini yang merupakan penyebab kematian dari  jaringan otak. Dalam pengamatan neovaskularisasi di daerah infark dan peri/infark berkaitan dengan survival penderita stroke membuktikan bahwa angiogenesis merupakan proses kompensasi atau proteksi yang sekaligus merupakan target terapi stroke. Neovaskularisasi yang akan terjadi bersamaan dengan meningkatnya ekspresi dari neuron, sel mikroglia, astrosit, dan molekul angiogenik, vaskular endothel growth factor merupakan faktor angiogenesis yang berperan lewat reseptor VEGF tirosin kinase, VEGF 1 dan 2, dan lainnya 3. Angiogenesis Angiogenesis merupakan bentuk pembentukan pembuluh darah baru yang luar biasa pada beberapa kondisi patologis termasuk strok. Angiogenesis merupakan proses proliferasi lokal, migrasi dan remodeling dari sel endotelial yang telah ada menjadi bentuk pembuluh darah yang baru. Proses tersebut meliputi aktivitas kemotaktik, proteolitik dan mitogenik dari sel endotelial dan interaksi antara sel endotelial dengan molekul ekstraseluler dan sel supporting periendotelial. Suatu analisis imunihistokimia mengindikasikan angiogenesis aktif pada hari ke 2 sampai 7 Angiogenesis dimulai dengan peningkatan permeabilitas vaskular, diikuti oleh degradasi membaran basal dan matrix ekstraselluler oleh matrix metalloproteinase (MMPs). Sel endothelial kemudian memulai migrasi dimana terjadi penumpukan sel endotelial pada jalur matrix ekstraceluller untuk pembentukan pembuluh darah akhiirnya lumen berisi pembuluh darah baru yang terbentuk dan bergabung pada sirkulasi 3-5. Nitrit oksida endotelial memodulasi neovaskularisasi post strok. eNOS yang merupakan turunan NO diperlukan untuk menginduksi neovaskularisasi pada iskemia. Terjadi 2 proses neovaskularisasi, Angiogenesis yaitu pertumbuhan pembuluh darah dari pembuluh darah yang telah ada (sprouting) dan vaskulogenesis yaitu pembentukan pembuluh darah baru dari sel prekursor. Pada vaskulogenesis orang dewasa, eNOS yang diekspresikan oleh sel stromal sumsum tulang merupakan bagian penting untuk mobilisasi sel progenitor dan sinyaling eNOS sel endotelial yang akan kemudian berfungsi sebagai adhesi dari sel progenitor ke endotelium vaskular. NO dari sel endotelial akan menyebabkann migrasi langsung dan merekrut sel prekursor mural ke pembuluh darah yang sedang berkembang sehingga terjadi maturasi dan stabilisasi pembuluh darah 3-5. Tahapan angiogenesis tersebut diuraikan seara rinci sebagai berikut: 1). pelepasan faktor stimulus angiogenik dengan proses yaitu kumpulan sel mengalami kerusakan, hipoksia, akan melepaskan faktor angiogenik yang berdifusi ke sel-sel jaringan sekitarnya; proses ini disertai reaksi inflamasi dimana sel endotel akan berinteraksi dengan faktor inflamasi dan angiogenik; faktor angiogenik menarik dan mendorong proliferasi sel endotel dan sel radang. 2). pelepasan enzim protease dari sel endotel yang teraktivasi: faktor angiogenik berupa faktor pertumbuhan yang berikatan dengan reseptor spesifik pada endotel di sekitar lokasi pembuluh darah lama. Sel endotel akan teraktivasi, kemudian organel-organelnya memproduksi molekul baru antara lain adalah enzim protease yang berperan penting dalam degradasi matriks ekstraseluler untuk mengakomodasi percabangan pembuluh darah. 3). disosiasi sel endotel dan degradasi matriks ekstraseluler yang melapisi pembuluh darah lama. 4). migrasi dan proliferasi sel endotel; degradasi proteolitik dari matriks ekstraseluler diikuti migrasi sel endotel ke matriks yang terdegradasi, kemudian diikuti proliferasi sel endotel yang distimulasi oleh faktor angiogenik. 5). pembentukan lumen dan pembentukan matriks ekstraseluler baru. 6). fusi pembuluh darah baru dan inisiasi aliran darah 3. Vaskularisasi sebagai therapeutic CNS telah menarik perhatian sejak manusia menderita penyakit seperti strok, retinopati, kanker, autoimun disease dan lainnya yang berhubungan dengan vaskulopathi. Satu proses yang ditemukan pada angiogenesis adalah percabangan pembuluh darah kapiler baru dari pembuluh darah kapiler yang telah ada. Sebagai hasil dari proses yang sedang berlangsung, terbentuk pembuluh darah baru yang meningkat secara bertahap pada ukuran dan model pembuluh darah tersebut dalam jaringan kerja vaskuler yang pada akhirnya terbentuk sel endotelial (EC) di dekat pembuluh darah disertai perisit dan sel otot polos yang merupakan komposisi seluler tertinggi yang terpenting untuk fungsional pembuluh darah baru yaitu antara lain kekuatan dinding dan regulasi aliran darah. Menariknya setelah terjadinya strok, neuroblas yang selanjutnya berdeferensiasi menjadi neuron yang berfungsi penuh telah diidentifikasi berada di sekeliling pembentukan jaringan pembuluh darah baru yang masih immatur. Hal ini menunjukkan bahwa neurogenesis bergantung pada permulaan angiogenesis 4,5. Dengan penemuan EPCs , telah ditunjukkan neovaskularisasi setelah fokal cerebral iskemik dapat juga melalui vaskulogenesis yang membutuhkan proses de novo untuk pembentukan pembuluh darah oleh differensiasi dan migrasi EPCs respon dari area tersebut. EPCs bermigrasi dari tempat tersebut ke jaringan yang mengalami injuri dan ikut telibat dalam neovaskularisasi dan regenerasi endothelium yang mengalami injuri atau penyembuhan luka 5. Angiogenesis dan vaskulogenesis merupakan proses kunci dari pembentukan pembuluh darah meliputi diferensiasi sel endotelial, migrasi dan pembentukan tubular. Pembentukan jaringan arterial juga membutuhkan remodeling vaskular dengan sel mural perivaskular meliputi perisit dan sel otot polos. Vaskulatur diinduksi oleh satu atau kombinasi beberapa faktor. FGF-2 dan PDGF-B secara sinergis menginduksi angiogenesis dan pembentukan vaskulatur baru menjadi stabil bahkan setelah adanya stimuli. Pajanan dua faktor kepada pembuluh darah angiogenik mengakiubatkan maturasi pembuluh darah dan remodeling arteri. Sedangkan satu angiogenik faktor seperti FGF-2, PDGF-B atau VRGF pada jaringan iskemik hanya akan menyebabkan angiogenesis sementara dan pembuluh darah menjadi tidak stabil 5. VEGF Strok (hipoksia) menginduksi pelepasan faktor angiogenik seperti VEGF yang mempunyai efek neuroprotektan . VEGF dijabarkan sebagai faktor permeabilitas vaskular yang merupakan kunci regulasi dari vaskulogenesis dan angiogenesis. VEGF, yang juga dikenal sebagai faktor permeabilitas pembuluh darah, merupakan glikoprotein dimer yang mitogenik untuk sel endotel dan meningkatkan permeabilitas vaskuler. Ada tujuh jenis vascular endothelial growth factor (VEGF) yaitu VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E, VEGF-F dan placental growth factor (PIGF) yang memiliki sifat biologis dan fisik yang berbeda. Pada angiogenesis, sel endotelial yang mengekspresikan VEGF juga memproduksi plasminogen aktivator untuk menginisiasi degradasi matriks ekstraseluler. VEGF memegang peranan penting dalam stimulasi proliferasi dari sel endotelial . VEGF diekspresikan oleh neuroektoderm embriogenik, stem sel epitelium dan daerah progenitor dari otak . VEGF-A merupakan faktor permeabilitas vaskuler yang kuat dengan aktivitas spesifik yang tinggi. VEGF-A merangsang sekresi faktor pertumbuhan/kelangsungan hidup dari ECs. Tiga reseptor VEGF telah diidentifikasi yaitu VEGFR-1, 2 dan 3. Reseptor VEGFR-1 diekspresikan dalam sel-sel endotel, terutama di endotelium pembuluh darah. VEGFR-2 diekspresikan dalam sel endotel darah (EC) dan vena, serta pembuluh limfatik. VEGFR-3 ada pada semua endotel, tetapi pada orang dewasa hanya teramati dalam sel endotel limfatik VEGF A merupakan yang paling aktif, melalui ikatan dengan VEGFR-1 dan VEGFR-2 yang terlibat dalam pertumbuhan pembuluh darah baru, mitogenesis sel endotelial, vasodilatasi (memalui jalur NO dependen) dan permeabilitas vaskular. Aktivasi VEGF dan VEGFR-2 penting untuk meningkatkan pertumbuhan sel saraf, migrasi dan ketahanan dan pertumbuhan dari aksonal serta dendritnya. Pada keadaan hipoksia, peningkatan ekspresi VEGF menstimulasi angiogenesis yang mengakibatkan peningkatan vaskularisasi. Peningkatan ekspresi VEGF dapat menimbulkan edema dan perdarahan. Efek yang menguntungkan dari peningkatan VEGF ini membantu stimulasi neurogenesis, menurunkan apoptosis dan neuroprotektif Ang-1 pada otak penting untuk menstimuasi pertumbuhan pembuluh darah dan percabangan, dan dieksperesikan oleh sel endotelial, astrosit dan perisit 3,5,6. Faktor-faktor angiogenik dapat dikategorikan menjadi tiga kelompok, yaitu : 1). kelompok faktor angiogenik yang memiliki target sel endotel, untuk menstimulasi proses mitosis. Contohnya VEGF dan angiogenin yang menginduksi pembelahan pada kultur sel endotel. 2). kelompok yang merupakan molekul yang mengaktivasi sel target secara luas selain sel endotel. Sitokin, kemokin dan enzim angiogenik, contohnya Fibroblast growth factor (FGF) merupakan sitokin. 3). kelompok yang bekerja tidak langsung yaitu faktor angiogenik yang dihasilkan oleh makrofag, sel endotel atau sel tumor, misalnya tumor necrosis factor alfa (TNF-) dan transforming growth factor beta (TGF-β) yang menghambat proliferasi endotel in vitro. Secara in vivo, menginduksi angiogenesis dan menstimulasi TNF-, FGF-2, platelet derived growth factor (PDGF) dan VEGF yang menarik sel-sel inflamatori 3. Ringkasan mekanisme molekuler dan efek general angiogenesis setelah strok : Kemungkinan mekanisme molekular dan efek general angiogenesis setelah strok. Strok menyebabkan kerusakan iskemik pada otak, mengaktifkan respon mekanisme angiogenesis. Derajat respon dimodulasi oleh perubahan neural dan respon vaskular yang dipengaruhi oleh proses penuaan, tapi secara umum respon hampir sama. Growth factor , remodeling jaringan tissue dan pelepasan protein inflamasi, diikuti pembentukan , perkembangan baru dinding endothelial channel, yang membantu penyembuhan 5.  Perisit dan Neurogenesis Perisit merupakan sel yang menyelimuti sel endotelial dan memberikan support terhadap struktur, stabilitas dan integritas dari dinding pembuluh darah. Perisit juga terlibat dalam autoregulasi serebral dengan Mengekspresikan reseptor dan modulasi dari katekolamin, endotelin-1, dan vasopresin. Perisit dan sel endotelial berkomunikasi melalui gap junction dan interaksi mereka penting untuk induksi fungsi kontraktilitas yang mengatur aliran darah otak 5. Neurogenesis meliputi proses proliferasi, migrasi, diferensiasi, dan integrasi sel. Terdapat dua area neurogenik utama otak mamalia dewasa (neural stem cell) yaitu :subgranular zone dentate (SGZ) di hipokampus yang akan bermigrasi ke lapisan granular kemudian berdiferensiasi sel neuron matur mengeluarkan akson ke arah area Ammon CA3 dan sub ventricular zone (SVZ) : anterior SVZ yang bermigrasi ke bulbus olfaktorius kemudian berdiferensiasi ke dalam interneuron bulbus olfaktorius. Neurogenesis membutuhkan pembuluh darah baru untuk bertahan hidup dalam waktu yang lama sehingga memerlukanm proses angiogenesis Stem cell, khususnya EPCs menunjukkan potensial yang besar sebagai terapi neurorestoratif yang mana targetnya merupakan komponen dasar dari unit neovaskularisasi (sel endothelial, astrosit, perisit, sel otot polos, stem cell neural, oligidendrosit, dan neuron ) serta elemen seluler dasar dari membran basal. EPCs sangat berguna untuk terapeutik angiogenesis. VEGF, MMP-9 & EPO berperan dalam memindahkan EPCs dari bone marrow ke dalam sirkulasi & EPCs menjadi bagian dalam vaskularisasi. Disekitar pembuluh darah yang mengalami injuri, EPCs bergabung dengan lapisan endothelial yang mengalami kerusakan dan bergabung dengan endothelial sel aktif. Jadi adhesi molekul sebelumnya yang dikenali sebagai bagian dari respon inflamasi terutama sekali adhesi molekul leukosit (p- selectin, E- selectin, β 2-integrins) sekarang diidentifikasi sebagai kunci regulator penempatan EPC. Pada percobaan, darah tali pusat (umbilical cord blood) yang mengandung EPCs dimasukan pada tikus dewasa menghasilkan proteksi yang signifikan terhadap injuri otak iskemik, dengan mengurangi volume infark, mengurangi infiltrasi neutrofil, meningkatkan aliran darah lokal 48 jam setelah iskemik. Menariknya, pada penelitian ini juga dilaporkan bahwa level sirkulasi EPC berhubungan positif dengan aliran darah regional pada area hipoperfusi pada otak setelah iskemi menunjukkan bahwa EPCs sebagai prediktor fungsional untuk keutuhan dari vaskularisasi cerebral. Tingkat sirkulasi EPCs dan aktivitas migrasinya mereka menjadi marker penanda risiko penyakit kardivaskular, dan menjadi prediktor fungsi vaskular pada beberapa penyakit 3,5,6. DAFTAR PUSTAKA Hansen TM, Moss AJ, Brindle NPJ. 2008. Vascular endothelial growth factor and angiopoietins in neurovascular regeneration and protection following stroke. Current Neurovascular Research. 5:236-245. Purba JS, Misbach J. 2011. Biomolekuler stroke. Dalam : Misbach J. Stroke aspek diagnosis, patofisiologi, manajemen. Badan Penerbit FKUI. Jakarta. hal: 41-52. Folkman J, D’Amore PA. 2011. Blood vessel formation: what is its molecular basis? Angiogenesis Foundation. Hakim A, Thompson C. 2009. Gene induction, protein synthesis, and related issues. In Fisher M, ed. Handbook of Clinical Neurology. Vol 92 (3rd series). p. 137-44. Martin A. et.all. Imaging of perfusion, angiogenesis and tissue elasticity after stroke. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2012. p.1296-1507. Plate, Karl H. Mechanisms of angiogenesis in the brain. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 1999. p. 313. M. Giacca and S. Zacchigna. VEGF gene therapy : therapeutic angiogenesis in the clinic and beyond. Gene Therapy. 2012. p. 622-29. 12