2.10 Toll-like Receptor TLR
Sistem imun mendeteksi dan mengeliminasi mikroorganisme patogen dengan mendiskriminasi antara yang self dan non-self. Pada mamalia,
sistem imun dapat dibagi menjadi dua, yaitu imunitas natural dan imunitas adaptif. Imunitas adaptif mendeteksi non-self melalui pengenalan antigen
peptida menggunakan reseptor antigen yang terekspresi pada permukaan sel T dan sel B. Agar dapat merespon terhadap berbagai antigen
potensial, sel T dan B mengatur ulang imunoglobulin dan reseptor sel T untuk menghasilkan lebih dari 10
11
berbagai spesies reseptor antigen. Ikatan reseptor antigen melalui antigen cognate yang memicu perluasan
klonal limfosit dan selanjutnya menghasilkan antibodi spesifik antigen. Sistem yang sangat canggih ini hanya dapat ditemui pada vertebrata dan
merupakan sistem pertahanan yang poten terhadap infeksi mikroba. Sebaliknya sistem imunitas natural yang pertama kali dijelaskan lebih dari
seabad yang lalu secara filogenetis ada pada semua organ multiseluler. Sistem imunitas adaptif banyak diteliti, namun imunitas natural lebih jarang
diteliti. Oleh karena itu, mekanisme sistem imunitas natural mengenali non-self
tidak diketahui hingga akhir-akhir ini. Namun identifikasi reseptor Toll-like
pada mamalia telah membuat ahli imunologis sadar bahwa imunitas natural berperan penting dalam deteksi patogen yang menginvasi
tubuh. Bukti terbaru menunjukkan bahwa Toll-like receptor mengenali pola spesifik komponen mikroba terutama dari patogen dan meregulasi baik
imunitas natural maupun adaptif Takeda, Kaisho Akira, 2003.
Universitas Sumatera Utara
Toll pertama kali diidentifikasi pada serangga sebagai reseptor yang penting untuk polaritas dorsoventral pada saat embriogenesis. Penelitian
berikutnya juga menunjukkan bahwa Toll berperan pada sistem imunitas natural serangga. Homolog Toll mamalia kemudian dikenali melalui
penelitian data sekuens genomik Akira, 2003. TLR merupakan kelas Pattern Recognition Receptors PRR yang
terbaru dan homolog dengan protein Toll Drosophila dan famili reseptor IL-1 manusia. Pengenalan PAMP oleh TLR baik tunggal maupun
heterodimer dengan TLR yang lain atau dengan reseptor non TLR menginduksi produksi signal yang bertanggung jawab atas aktivasi gen
yang diperlukan untuk memperoleh pertahanan tubuh yang efektif, terutama sitokin pro inflamasi Maat, 2009.
Ikatan antara TLR dengan patogen menghasilkan suatu signal untuk aktivasi dari respon imun natural melalui aktivasi dan transkripsi faktor
NFκB yang merupakan regulator utama dari respon imun dan respon inflamasi Maat, 2009.
Pada spesies mamalia telah teridentifikasi 10 sampai 15 tipe TLR dengan fungsi yang berbeda dalam pengenalan imun alami, 13
diantaranya diberi nama berurutan mulai dari TLR-1 sampai TLR-13 teridentifikasi pada manusia dan mencit, dan bentuk ekuivalen dari TLR
tersebut juga teridentifikasi pada spesies mamalia yang lain Tabel 2.4.
Universitas Sumatera Utara
TLR memiliki spesifitas yang terbatas dibandingkan reseptor antigen lain dari sistem imun adaptif, akan tetapi TLR mampu mengenali banyak
mikroba patogen dan diekspresikan pada banyak tipe sel seperti makrofag, sel dendritik, sel beta dan beberapa sel epitel tertentu yang
mampu mengaktifkan respon antimikroba pada banyak jaringan Murphy, 2012.
TLR merupakan protein transmembran tunggal yang terdiri dari 18-25 kopi leucine-rich repeat LRR dan memiliki domain TIR Toll-IL-1
Receptor pada ekor sitoplasmanya yang mampu berinteraksi dengan
domain tipe lainnya di dalam memberikan sinyal intraseluler. Di dalam proses sinyalisasi intraseluler, TLR diaktifasi oleh proses dimerisasi ligan
yang akan menyebabkan domain TIR pada TLR melekat erat, sehingga domain TIR tersebut mampu berinteraksi dengan
molekul adaptor hingga akhirnya sinyalisasi intraseluler dapat terjadi. Terdapat empat molekul adaptor TLR, yaitu: MyD88 Myeloid
Differentiation Factor 88, MAL MyD88 Adaptor-Like, TRIF TIR Domain- Containing Adaptor-Inducing IFN-
β dan TRAM TRIF-Related Adaptor Molecule Murphy, 2012.
Masing-masing TLR berinteraksi dengan kombinasi adaptor yang berbeda di dalam proses sinyalisasi intrasel. TLR-5, TLR-7, TLR-9 hanya
dapat berinteraksi dengan MyD88. TLR-3 hanya berinteraksi dengan TRIF, sedangkan TLR tipe lainnya berinteraksi dengan dua adaptor
secara berpasangan MyD88 berpasangan dengan MAL, TRIF berpasangan dengan TRAM Murphy, 2012.
Universitas Sumatera Utara
Ikatan heterodimer TLR-2 TLR-1 dengan TLR-2, TLR-2 dengan TLR- 6 harus berinteraksi dengan MyD88 dan MAL, sedangkan TLR-4 harus
berinteraksi dengan empat buah adaptor yang ada Murphy, 2012. Terdapat dua domain protein pada MyD88 yang berperan dalam
fungsinya sebagai adaptor, yaitu domain TIR pada rantai terminal karbon dan death domain dinamakan demikian karena peranannya dalam
apoptosis pada rantai terminal amino. Domain TIR pada MyD88 berinteraksi dengan domain TIR dari TLR sedangkan death domain
mengaktifasi dua serine-threonine protein kinase yakni IRAK4 IL1- Receptor Associated Kinase 4 dan IRAK1. Kompleks IRAK ini
memerlukan TRAF6 serta TRICA1 di dalam membentuk bangunan rantai poliubikuitin yang selanjutnya akan mengaktifasi serine-threonine kinase
TAK-1. TAK-1 memiliki aktifitas penting di dalam mengaktifasi MAPK seperti c-Jun terminal kinase JNK dan MAPK14 p38MAPK yang
mampu mengaktifasi faktor transkripsi AP-1. TAK1 juga berperan penting di dalam proses fosforilasi dan aktifasi kompleks
IκB kinase IKK yang mana terdiri dari tiga jenis
protein: IKK α, IKK β dan IKK γ. IKK yang teraktifasi
akan memfosforilasi IκB yang selanjutnya akan melepaskan NFκB dari ikatannya dengan IκB. Kemampuan TLR di dalam mengaktifasi
NFκB ini memiliki peranan penting dalam sistem imun terhadap adanya bakteri patogen Murphy, 2012.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Distribusi TLR pada Berbagai Tipe Sel Toll-like receptor
Murphy, 2012. Ligand
Cellular distribution TLR-1:TLR-2
heterodimer Lipomannans mycobacteria
Lipoproteins diacyl lipopeptides; triacyl lipopeptides
Lipoteichoic acids Gram- positive bacteria
Cell-
wall β-glucans bacteria and fungi
Zymosan fungi Monocytes, dendritic
cells, mast cells, eosinophils, basophils
TLR-2:TLR-6 heterodimer
TLR-3 Double-stranded RNA viruses
NK cells TLR-4 plus MD-
2 and CD-14 LPS Gram-negative bacteria
Lipoteichoic acids Gram- positive bacteria
Macrophages, dendritic cells, mast
cells, eosinophils
TLR 5 Flagellin bacteria
Intestinal epithelium TLR-7
Single-stranded RNA viruses Plasmacytoid dendritic
cells, NK cells, eosinophils, B cells
TLR-8 Single-stranded RNA viruses
NK cells TLR-9
DNA with unmethylated CpG bacteria and herpesviruses
Plasmacytoid dendritic cells, eosinophils, B
cells, basophils
TLR-10 Unknown
Plasmacytoid dendritic cells, eosinophils, B
cells, basophils
TLR-11 mouse only
Profilin and profilin-like proteins Toxoplasma gondii,
uropathogenic bacteria Macrophages,
dendritic cells, liver, kidney and bladder
epithelial cells
Lokasi kromosomal pada setiap gen TLR manusia telah ditentukan. TLR-1 dan TLR-2 terpetakan sangat dekat dengan 4p14, TLR-2 dan
TLR-3 terpetakan pada 4q32, TLR-4 dan TLR-5 terpetakan pada 64q32-33 dan 1q33.3. TLR-7 dan TLR-8 terdapat secara tandem pada
Xp22 dan TLR-9 terpeta pada 3p21.3 Maat, 2009.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.25 Jalur Sinyal Toll-Like Receptor Akira, 2003 Dalam beberapa tahun terakhir teridentifikasi ligan dari TLR, baik yang
telah diketahui pasangannya maupun yang belum. Ligan TLR sangat bervariasi dalam struktur maupun asalnya Tabel 2.5. Beberapa sifat
yang mendasari adanya ligan TLR sebagian besar ligan TLR berupa produk mikrobial yang kompleks PAMP yang memberikan signal akan
adanya infeksi. Banyak atau mungkin semua TLR dapat mengenali beberapa struktur yang tidak ada hubungannya dengan ligan. Beberapa
TLR memerlukan protein asesori untuk mengenali ligannya walaupun mekanisme sesungguhnya pada pengenalan ligan oleh TLR belum
diketahui tuntas tetapi ada beberapa bukti hasil penelitian mengindikasikan bahwa beberapa TLR mamalia mengenali ligannya
dengan berikatan secara langsung sesuai dengan fungsisifat dari PRR Maat, 2009.
Universitas Sumatera Utara
Sel dendritik berperan kunci dalam memperantai antara imunitas natural dan adaptif karena fungsi tersebut sel dendritk dilengkapi dengan
TLR yang komplit dan diperlukan maturasi dendritik guna mencapai aktifitas limfosit T yang efisien Maat, 2009.
Tabel 2.5 Pembagian TLR Maat, 2009.
TLRs Major cell types
Current recognized igand
Exogenous Endogenous
TLR1 Myeloid cells, T and B cells, NK
cells, endothelial cells, epithelial cells, keratinocytes
Forms heterodimers with TLR2 for bacterial tri-acyl
lipopeptide, OSP of Borrelia spp. and other ligands
TLR2 Myeloid cells, T and B cells,
endothelial cells, epithelial cells, keratinocytes
Peptidoglycan from Gram- positive bacteria, Mycoplasma
lipopeptide LAM from Mycobacteria
BCG, LTA, GXM and other fungal elements.
LPS of leptospirosis and other spirochetes
HSP, HSP70, HSP96, HMGB1
TLR3 Myeloid cells, T cells, NK cells,
endothelial cells, epithelial cells, keratinocytes, neurons
Single-stranded viral RNA ssRNA and double-strand-
RNA dsRNA Self dRNA
TLR4 Myeloid cells, NK cells, mast cells, T
cells, endothelial cells, epithelial cells, keratinocytes
BCG, LPS,lipoteichoic acid, respiratory syncytial virus,
fibronectin, heparin sulfate, fusion protein, PTX paclitaxel
HSP22, HSP60, HSP70, HSP96,
HMGB1, β-defensin 2
TLR5 Myeloid cells, T cells, NK cells,
endothelial cells, epithelial cells, keratinocytes
Flagellin from Gram-positive or Gram-negative bacteria
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.26 Komponen Rantai Unik dari TLR-2 dan TLR-4 Ganesh Bharat, 2007.
Adanya suatu infeksi makrofag oleh berbagai patogen menghasilkan up regulation
dari beberapa gen yang diperlukan untuk membangkitkan respon imun yang efisien terhadap patogen. Hal yang sama terjadi seperti
induksi komponen bakteri yang bersifat agonis terhadap TLR-2 atau TLR-4 yang membuktikan bahwa TLR berperan penting dalam memicu
respon imun adaptif Gambar 2.26 Maat, 2009. Setelah mendalami peran TLR dalam imunitas natural serta
lanjutannya terhadap imunitas adaptif terhadap berbagai macam penyakit, dikembangkan produk terapeutik melalui modifikasi dari ligan TLR guna
mengubah dan meningkatkan bahkan menghambat signal yang dihasilkan dari pengenalan TLR untuk tujuan pengobatan penyakit inflamasi
terutama bila terjadi inflamasi berlebihan yang biasa terjadi pada koklea Maat, 2009.
Universitas Sumatera Utara
TLR-2 merupakan reseptor dari ligan-ligan endogen dan eksogen untuk berpartisipasi dalam respon imun.TLR-4 juga merupakan reseptor
membran sel yang teraktivasi oleh stresor pajanan bising. NFkB merupakan protein yang terlibat dalam proses transkripsi gen yang
menjadi sitokin pro inflamasi TNF- α, IL, kemokin, molekul adhesi dan
interferon. TLR-2 dan TLR-4 berperan sebagai reseptor eHSP-72 yang mengaktifkan sinyal inflamasi ke sel imun innate. Setelah terjadi ikatan
eHSP-72 dengan makrofag maka terjadilah peningkatan Ca
2+
Paparan bising dan trauma akustik dinyatakan dapat mengaktivasi beberapa jalur di dalam koklea yang secara umum dihubungkan dengan
sistem imunitas natural Miyao, Firestein Keithley, 2008. intraseluler.
Jaringan nekrotik memicu TLR-2 sebagai ligan endogen. Hubungan antara peningkatan respon TLR setelah trauma berat dan supresi imunitas
melawan patogen dapat dimengerti dengan adanya ikatan kofaktor CD-14 dan LPS mengaktifkan reseptor TLR Maat, 2009.
2.10.1 Peran TLR akibat pengaruh bising pada koklea Akhir-akhir ini diketahui bahwa Toll-like Receptor memegang peranan
penting pada respon imun natural Hirano, et al., 2002. Imunitas natural didefinisikan sebagai respon awal dan segera terhadap patogen. Imunitas
ini juga dapat diaktivasi oleh sinyal stres termasuk kerusakan jaringan Miyao, Firestein Keithley, 2008.
Fredelius Rask-Anderson 1990 menemukan bukti adanya sel fagosit pada organ
Corti hanya 5 hari setelah paparan bising. Dendrit makrofag ditemukan
Universitas Sumatera Utara
memfagositosis sel yang berdegenerasi dan debris pada saluran Corti dan pada sel rambut luar. Monosit yang bertransformasi pada daerah ini dan
akumulasi leukosit pada pembuluh darah lamina spiral menunjukkan bahwa sel-sel ini berasal dari monosit darah.
Monosit dapat menginfiltrasi koklea setelah akustik trauma atau inflamasi telinga bagian tengah. SLF pada koklea menunjukkan adanya
induksi Monocyte Chemotactic Protein-1 MCP-1. MCP-1 adalah suatu kemokin yang dihasilkan oleh berbagai sel termasuk sel endotel, sel otot
polos, fibroblas dan makrofag. MCP-1 di up-regulasi oleh berbagai rangsangan seperti LPS bakteri, interleukin-1, TNF-
α, gamma interferon dan lipoprotein. MCP-1 terlibat pada berbagai kelainan inflamasi. Telah
diteliti sebelumnya bahwa sel sulkus luar koklea mengekspresikan TLR-4, yang menyebabkan regulasi IL-
1β yang dirangsang oleh LPS pada telinga dalam. Namun tidak diketahui secara pasti jalur sinyal mana yang terlibat
pada regulasi MCP-1 dependen TLR pada SLF koklea Moon, et al., 2007.
Toll-like receptor diketahui mentransmisikan sinyalnya dari permukaan sel sehingga mengaktivasi NFκB, MAPK p38 dan Jun-amino
terminal kinase. TLR-2 dilaporkan sebagai regulator patogenesis pada otitis media. TLR-2 mendeteksi komponen Non Typeable Haemophylus
Influenza NTHI
dan mengaktifkan NFκB pada sel epitel manusia Hirano, et al., 2002.
Universitas Sumatera Utara
Moon, et al 2007 menyatakan bahwa TLR-2 berperan pada regulasi monocyte chemotactic protein
-1 di SLF koklea yang dirangsang oleh Non Typeable Haemophylus Influenzae
, bakteri yang berperan pada otitis media. Aktivasi TLR oleh ligan spesifik ke telinga dalam dapat
menyebabkan penarikan sel efektor sehingga mengakibatkan disfungsi telinga dalam Moon, et al., 2007.
2.10.2 Efek curcumin terhadap TLR Curcumin memberikan efek anti inflamasi dengan menginhibisi kerja
NFkB sehingga inflamasi yang disebabkan oleh TLR-4 dan MyD88 terhambat juga Hyung, 2006.
Curcumin yang merupakan suatu polifenol dapat mensupresi aktivasi NFkB yang diinduksi oleh pro inflamatori dengan menginhibisi aktivasi
IKKp kinase dalam jalur dependen MyD88. Maka aktivasi TLR dan respon imun yang diinduksi molekul-molekul endogen atau infeksi kronis dapat
dimodulasi oleh pemberian curcumin. Curcumin dapat meregulasi jalur sinyal inflamatori dari limfosit T sehingga menjadi target terapi dalam
pengobatan autoimun yang diperantarai sel T Lubbad, 2008. Non partikel curcumin menghambat jalur pro inflamasi Tip-DC dan ATM dalam
hati dan mengurangi resistensi insulin Wang, Hsieh Yang, 2010.
Universitas Sumatera Utara
Curcumin juga menghambat aktivitas IRF-3 yang diinduksi oleh LPS yang menunjukkan bahwa curcumin menghambat kedua jalur dependen
MyD88 dan TRIF di LPS yang diinduksi sinyal TLR-4 Hyung, 2006. Curcumin
dapat mengatur metabolisme lemak yang memainkan peranan sentral Alappat Atif, 2010.
TLR adalah protein transmembran tipe I yang merupakan regulator kunci dari kekebalan natural dan adaptif tanggapan pada mamalia yang
dapat mengenali patogen berbeda terkait tanda molekul Chearwae, Mo Bright, 2007.
Curcumin mampu menghambat sinyal aktivasi IRF-3 dan TLR-4 yang diinduksi oleh LPS dengan cara menangkap kedua faktor diferensiasi
Myeloid 88 MyD88 serta domain TIR yang mengandung adaptor yang mampu menginduksi jalur IFN-B TRIF. Akan tetapi, curcumin tidak
mampu menghambat sinyal aktivasi IRF-3 pada sel 293T yang disebabkan oleh peningkatan ekspresi TRIF Ganesh Bharat, 2007.
Dalam beberapa studi yang menggunakan sel mesotel peritoneum dari tikus strain C3HHeN, curcumin terbukti mampu menekan kadar NFkB
yang diinduksi oleh lipid A, MCP-1 dan MIP-2 mRNA, menyiratkan peranannya dalam proses sinyalisasi TLR-4. Dalam percobaan pada tikus
strain C3HHeN lainnya, makrofag limfa yang diterapi dengan curcumin diketahui mampu menghambat ekspresi mRNA TLR-2 yang diinduksi oleh
LPS dan aktivasi NFkB Ganesh Bharat, 2007.
Universitas Sumatera Utara
Curcumin bertindak sebagai pengikat radikal bebas dan antioksidan, menghambat peroksidasi lipid dan kerusakan DNA oksidatif. Curcumin
mampu menginduksi sintesis glutathione S-transferase dan merupakan inhibitor yang poten di dalam menghambat enzim Sitokrom p450. Sebuah
studi pada tikus yang dilakukan UCLA pada tahun 2004 menunjukkan curcumin
dapat menghambat akumulasi beta amiloid yang mampu merusak otak penderita Alzheimer dan juga berperan sebagai anti
depresan, memiliki efek positif terhadap proses neurogenesis di hipokampus dan faktor neurotropik, yang mana keduanya dapat
mengurangi stres, depresi dan kecemasan News-Medical, 2010. Kemampuan sel imunosensori untuk membedakan antara bakteri
patogen dengan bakteri komensal dilakukan oleh sistem PRR Pattern Recognition Receptor yang meliputi TLR Toll-like Receptor. PRR
berperan dalam mengaktivasi sel imun dalam memberi respon terhadap pola molekuler mikroba spesifik Maat, 2009.
2.11 Matrix Metalloproteinase-9 MMP-9
Kategori