VASOPRESIN Kimia Hormon antidiuretik (Anti diuretic hormone, ADH) disebut juga vasopresin merupakan suatu oktapeptida yang diproduksi oleh sel-sel saraf dalam nukleus supraoptikus dan para ventrikularis di hipotalamus. Melalui serabaut saraf, ADH ditranspor ke sel-sel pituisit hipofisis posterior, vasopresin ini terikat pada suatu protein spesifik yang disebut neurofisin; ikatan ini dapat dilepaskan dengan perangsangan listrik atau pemberian asetilkolin. Di alam terdapat dua macam ADH yaitu 8 arginine vasopresine yang terdapat pada mamalia (kecuali babi) dan 8-lisin vasopresin yang terdapat pada babi. In vivo kedua polipeptida ini mudah mengalami degradasi enzimatik yaitu desmopresin (1-deamino 8-D-arginin vasopresin= dDAVP). Desmopresin ini merupakan obat terpilih untuk pengobatan penyakit diabetes insipidus yang sensitif terhadap ADH. (Nafrialdi. Obat yang Mempengaruhi (Metabolisme Elektrolit dan Konservasi Air in Farmakologi dan Terapi 5th Edition. Balai Penerbit FKUI: Jakarta. 2007; Pp: 404-409) Struktur molekul A. 8-Arginin vasopresin (ADH, AVP)
B. 8-Lisin vasopresin (lipresin, LVP)
C. 1-deamino-8-D-Arginin vasopresin (desmopresin, d DAVP)
Fisiologi Vasopresin AVP berikatan dengan tiga jenis reseptor. Reseptor V1 (dahulu disebut V1a) berlokalisasi di daerah otot polos, platelet, dan hepatosit melalui protein G yang berpasangan karena proses fosforilasi. Kompleks AVP-V1R menyebabkan vasokonstriksi, peningkatan kontraktilitas miokardial, agregasi platelet, glikogenolisis, dan kontraksi uterin. Reseptor V3 ( dulu disebut V1b) juga beraksi melalui protein G terfosforilasi sehingga menyebabkan pelepasan hormon adenokortikotropik (ACTH) dari hipofisis anterior. Pengaturan utama homesostatasis air adalah melalui reseptor V2 (V2R) yang terletak paling banyak di duktus kolektivus, yang mana melalui mekanisme ini dapat terjadi peningkatan permeabilitas air melalui transporter air Aquaporin 2 (AQP 2). Aquaporin merupakan channel utama bagi air untuk terabsorbsi. Ada berbagai jenis aquaporin yang terdistribusi di berbagai bagian tubuh termasuk aquaporin yang terdapat di sepajang tubulus renalis. Aquaporin 1 (AQP 1) terletak di membran sel sisi apikal dan basolateral dari sel-sel epitel tubulus proksimal dan bagian descenden dari ansa henle. AQP1 yang bertanggung jawab terhadap tingginya permeabilitas air di bagian ini. AQP 1 secara alami diekspresikan di bagian-bagian tersebut dan tidak dikendalikan oleh AVP. AQP 2 ditemukan di membran apikal duktus kolektivus korteks dan aksinya dikendalikan oleh AVP. Respon dari pelepasan AVP adalah peningkatan permeabilitas air di daerah duktus kolektivus, dimana teradapat ikatan antara AVP dengan V2R di daerah membran basolateral dan mengaktivasi protein kinase A (PKA) melalui peningkatan cAMP. Pada akhirnya proses tersebut akan menyebabkan insersi AQP 2 terfosforilasi dari vesikel subapikal ke dalam membran luminal dari duktus kolektivus. Peningkatan jumlah channel AQP 2 akan meningkatkan permeabilitas air di epitelium duktus kolektivus. Ion kalsium intraseluler juga berperan dalam mengatur relokasi AQP 2 dari intraseluler ke membran luminal dari sel-sel prinsipal duktus kolektivus. Setelah absorbsi air berakhir , molekul AQP 2 akan kembali ke intraseluler dan tersimpan di dalam sel hingga nantinya dapat terekspresi kembali jika terstimulasi melalui mekanisme vasopresin-PKA-cAMP. Air yang terabsorbsi akan dikeluarkan dari dalam sel melalui jalan aksi Aquaporin tipe lain, seperti AQP 3 dan AQP 4, yang terletak di basolateral membran sel. Selain itu, AQP 3 permeabel untuk molekul urea dan menyebabkan lewatnya urea ke dalam interstisium sel. Aquaporin juga muncul di hipotalamus dan bertanggung jawab terhadap pelepasan AVP.
Tabel 1. Jenis dan pesebaran Aquaporin Aquaporin
Tempat
Distribusi sub seluler
Lokasi ekstrarenal
AQP 1
Tubulus proksimal, tubulus descenden Henle, vasa rekta descenden di luar medual
Membran plasma sisi Apikal dan basolateral
Eritrosit, epitel lensa dan siliaris, pleksus koroideus, endotel vaskular pulmonal
AQP 2
Sel prinsipal duktus kolektivus
Membran plasma apikal dan vesikel subapikal
Epididimis
AQP3
Sel prinsipal duktus kolektivus
Membran plasma basolateral
Konjungtiva, epitel saluran nafas pulmonal, epitel kolon, keratinosit, eritrosit
AQP4
Sel prinsipal duktus kolektivus
Membran plasma basolateral
Astroglia, ependyma, retinal glia, sel-sel serabut otot, keratinosit, epitel saluran nafas pulmonal, sel parietal lambung
AQP 6
Sel-sel interkalasi duktus kolektivus
Vesikel intraseluler
Serebellum, vesikel sinaptik
AQP 7
Segmen S3 tubulus proksimalis
Membran plasma apikal
Jaringan lemak, testis, otot skeletal, jantung, otak, usus halus
AQP 11
Tubulus proksimal
Retikulum endoplasma
Testis, timus, liver, usus halus
(Girish Narayen, Surya Narayan Mandal. Vasopressin receptor antagonists and their role in clinical medicine. Indian Journal of Endocrinology and Metabolism. 2012; 16:183-191)
Pengaturan Sekresi vasopressin diatur oleh beberapa mekanisme yaitu: (1) Konsep osmoreseptor yang diduga terletak di daerah nukleus hipotalamus Perubahan osmolalitas dipicu oleh osmoreseptor yang terletak di regio spesifik dari hipotalamus, yakni di Oranum Vasculosum Lamina Terminalis (OVLT) dan sub fornical organ (SFO). Ketika terjadi keadaan hipernatremia, reseptor-reseptor dalam area tersbut ikut teraktivasi, menghasilkan sensasi rasa haus dan memicu terjadinya intake air yang meningkat. Lebih jauh lagi, neuron-neuron yang terdapat dalam OVLT dan SFO mengirim sinyal ke area nukleus supraoptikus dan paraventrikular, dimana AVP diproduksi. Neuron-neuron ini memicu kelenjar hipofisis posterior dimana nantinya AVP dilepaskan dalam vaskularisasi darah dan mempengaruhi ginjal sebagai pengatur homeostasis air dalam tubuh. (2) Konsep reseptor volume, yang terletak di atrium kiri dan vena pulmonalis. Bila terjadi penurunan volume darah yang beredar, misalnya akibat perdarahan hebat akan terjadi perangsangan sekresi ADH; sebaliknya bila volume darah yang beredar bertambah banyak maka sekresi ADH ditekan. (3) Selain kedua macam mekanisme diatas, sekresi vasopressine meningkat akibat stress emosional atau fisik, atau obat seperti nikotin, klofibrat, siklofosfamid, anti depressan trisiklik, karbamazepin, dan diuretik. Sebaliknya sekresi ADH dihambat oleh alkohol dan fenitoin. Efek Vasopresin Untuk mencegah dehidrasi, hewan tingkat tinggi dan manusia mengembangkan ssuatu sistem yang sensitif dan serbaguna untuk mengatur homeostasis kandungan air dalam tubuh. Dalam keadaan hipernatremia atau hipovolemia, antidiuretic hormon vasopresine (AVP) dilepaskan dari pituitari dan mengikat reseptor vasopresin tipe 2 di sel-sel prinsipal. Hal tersebut selanjutnya memicu kaskade sinyal intraselular cAMP, yang memfosforilasi Aquaporin -2 (AQP2) dan target channel yang ada di membran plasma. Mekanisme ini dikendalikan oleh gradien osmosis, cairan prourin melalui membran, mengaktifkan AQP2 dan meninggalkan sel di sisi basolateral melalui channel air AQP3 dan AQP4. Ketika air disimpan , kadar AVP menurun , selanjutnya AQP2 berada disisi dalam membran plasma , untuk melepaskan ikatan air-membran plasma. Aksi dari AVP di lawan oleh bebrapa hormon lainnya seperti Prostaglandin E2, bradikinin, dopamin, endotelin-1, asetilkolin, epidermal growth factor dan
purin. Lebih jauh lagi, AQP2 secara kuat terlibat dalam proses patofisiologi kelainan ginjal yang ditandai dengan kerusakan konsentrasi karena penurunan fungsi renal, yang mana proses ini berhubungan dengan terjadinya retensi cairan pada penderitanya (Michelle Boone, Peter MT Deen. Physiology and patophysiology of the vasopressin-regulated renal water reabsorption. 2008. Eur J Physiol; 456: 1005-1024).
Peran urea dalam mekanisme konsentrasi urinaria Penelitian untuk menemukan transporter protein didasarkan pada peran kunci urea dalam mekanisme konsentrasi urinaria. Tabel 2. Regulasi dan lokasi transporter urea mamalia yang diklon
Singkatan; AVP: Arginine Vasopressin. Homeostasis aliran urea distimulasi oleh vasopressin; DVR, descending vasa recta; IMCD, intermedullary collecting duct; RBC, Red blood cell; tDL, thin descending limb of the renal tubule; +, juga dikspresikan di beberapa jaringan lainnya dan di sel-sel endotel; (#), bentuk dari RNA manusia dengan tambahan regio 3’ yang tidak tertranslasi; medulla * (lokasinya di tubular tidak diketahui secara pasti); §, diklon hanya dari binatang pengerat; ‡, diklon hanya dari tikus; dan ѱ, hanya diklon dari manusia.
Penemuan-penemuan tersebut diatas akhir-akhir ini dikenali dengan merekombinan transporter urea UT-A1 dan UT A3 untuk mencit yang mengalami defisiensi protein transporter tersebut. Mekanisme yang telah diterima secara luas adalah hipotesis yang diajukan Kokko dan Rector serta Stephenson di tahun 1972. Hipotesis ini menyatakan adanya peranan yang melibatkan kelebihan konsentrasi urea interstisiil medular di lumen tubulus renal ascenden. Jika terjadi insufisiensi jumlah urea yang ditransportasikan ke
medulla, maka gradien kebutuhan zat-zat kimia untuk memfasilitasi reabsorbsi NaCl dari tubulus ascenden tidak tercukupi, sehingga menyebabkan volume urin berkurang. Mekanisme utama transpor urea ke interstisiil medula bagian dalam adalah reabsorbsi urea dari ujung terminal IMCD, dimana proses ini dimediasi oleh protein trasnporter UT-A1 dan UT A3. Gambar berikut menunjukkan lokasi protein transpor utama yang terlibat dalam peningkatan konsentrasi urin.
Gambar 1. Diagram diatas menunjukkan lokasi utama protein transpor urea (UT A1, UT A2, UT A3), Aquaporin 2 sampai 4 (AQP 2-4), dan ko transporter Natrium (NKCC2) yang terlibat dalam meningkatkan konsentrasi urin. Regio utama dari ginjal ditunjukkan di sisi kanan. NaCl secara aktif direabsorbsi melalui tubulus ascenden oleh ko transporter Na-K-2C1 di membran plasma apikal (NKCC2). Air direabsorbsi melalui segmen tubulus descenden oleh channel air AQP1 baik di membran plasma apikal maupun basolateral. Air direabsorbsi melalui membran plasma apikal di sekitar tubulus kolektivus oleh channel air AQP2 ketika Vasopressin disekresi. Air direabsorbsi melalui membran plasma basolateral oleh channel air AQP3 di tubulus kolektivus korteks dan outer medulla oleh AQP 3 dan AQP4 dalam IMCD. Urea dikonsentrasikan di lumen tubulus kolektivus (oleh karena reabsorbsi air) hingga mencapai terminal IMCD, dimana proses reabsorbsi ini dilakukan oleh transporter urea UTA1 dan UT-A3.
Transpor Protein UT-A1 UT-A1 diekspresikan di membran plasma IMCD pada hewan pengerat dan manusia. Ketika UT-A1 secara stabil diinsersikan ke dalam sel epitelial yang ditumbuhkan dalam media permeable, sel-sel ini juga mengekspresikan dua jenis molekul UT-A1di membran plasma apikal yaitu membentuk sel UT-A1-Madin-Darby canine kidney (MDCK) dan sel UT-A1mouse inner medullary collecting duct (mIMCD3). UT-A1 memiliki dua tempat Nterglikosilasi yang berada di area ekstraselular: Asn 279 dan Asn 742. Seperti yang didiskusikan nanti dinawah, UT-A1 memiliki dua tempat fosforilasi protein kinase A (PKA): Ser 486 dan Ser 499. Regulasi UT-A1 cepat oleh vasopressin Vasopressine meningkatkan permeabilitas urea di perfusi terminal IMCD mencit dalam 5-10 menit. Vasopressin terikat pada reseptor V2 di membran plasma basolateral, mensimulasi Adenil siklase, menghasilkan cAMP, dan meningkatkan transpor urea. Vasopressin meningkatkan aliran urea dalam sel yang telah diinsersikan UT-A1: membentuk sel UT-A1MCDK dan sel UT-A1-mICMD. Vasopressin meningkatkan fosforilasi kedua bentuk glikoprotein UT-A1, yang diketahui dengan berat 117 dan 97 kDa pada metode Western Blot, selain itu juga meningkatkan transpor urea pada perfusi tubulus. Vasopresin meningkatkan fosforialsi UT-A1 dalam sel-sel UT-A1-MDCK dan UT-A1-mIMCD3. Cyclic AMP, forskolin, dan vasopresin 1-deamino-8D-Arginine (Desmopressin, dDAVP) (yang merupakan agonis reseptor V2 selektif) juga meningkatkan fosforilasi UT-A1 pada IMCD mencit dan sel-sel UT-A1 MDCK. Selain menstimulasi PKA, vasopresin/cAMP juga menstimulasi Epac, yakni pertukaran protein yang diaktivasi leh cAMP. Aktivasi Epac ini meningkatkan UT-A1 terfosforilasi dalam suspensi IMCD dan meningkatkan permeabilitas urea dalam perfusi tubulus.
Gambar 2. Menunjukkan struktur UT-A1 membran yang menunjukkan dua tempat Nglikosilasi (segiempat) dan dua tempat yang telah terfosforilasi PKA (lingkaran). Garis lurus menunjukkan tempat perubahan putatif β (elips dengan huruf P di dalamnya).
Vasopresin juga meningkatkan akumulasi UT-A1 plasma membran di IMCD mencit. Namun, vasopresin tidak meningkatkan akumulasi UT-A1 di IMCD mencit Brattleboro, dengan diabetes insipidus, atau karena mencit-mencit yang level vasopresin endogennya telah disupresi oleh vasopresin artifisial, yang dipakai untuk menstimulasi cAMP, akumulasi UTA1 membran plasma meningkat pada IMCD pada diuresis mencit 2 minggu. Pada keadaankeadaan diuresis kronis terjadi penurunan respon cAMP oleh vasopresin, terlepas dari apapun penyebabnya. Penggunaan forskolin untuk menstimulasi cAMP mennyebabkan produksi cAMP yang meningkat, hal ini menjelaskan kenapa terjadi peningkatan akumulasi UT-A1 pada membran plasma dalam diuresis mencit 2 minggu. Aktivasi Epac juga meningkatkan akumulasi UT-A1 membran plasma pada IMCD mencit. Akumulasi UT-A1 di apikal membran plasma ditingkatkan oleh vasopresin atau oleh forskolin pada sel UT-A1-MDCK, atau sel-sel mIMCD3. PKA memfosforilasi UT-A1 di Ser 486 dan Ser 499. Mutasi keduanya, tidak bisa jika hanya satu, akan mengeliminasi kemampuan stimulasi forskolin untuk mengakumulasi UT-A1 di membran plasma apikal dan transpor urea, hal ini mengindikasikan bahwa paling tidak salah satu serine ini harus mengalami fosforilasi. Antibodi fosfospesifik dari Ser 486 UT-A1 menunjukkan bahwa Ser 486 UT-A1 merupakan molekul utama yang diekspresikan di membran plasma apikal, dan menunjukkan bahwa vasopresin meningkatkan akumulasi UT-A1 di membran plasma apikal.
Regulasi vasopresin pada transpor urea dan air Ginjal secara independen mengatur ekskresi urea dan air supaya osmolalitas urine terjaga dan mengatur (megembalikan) osmolalitas plasma. Walaupun permeabilitas urea dan air sering berubah bersamaan , ada suatu keadaan dimana mereka mengalami perubahan sendiri-sendiri. Karena vasopresin merupakan hormon utama yang meregulasi eksresi urea dan air melalui reseptor V2 di IMCD, tetap ada perbedaan dalam alur sinyal yang dimediasi oleh vasopresin. Terdapt sinyal tambahan atau jalur sinyal yang meregulasi urea yang berbeda dibanding permeabilitas air. Mekanisme regulasi vasopresin terhadap permeabilitas air cukup jelas: dimana vasopresin berikatan dengan reseptor V2, meningkatkan produksi cAMP, mengaktivasi PKA, memfosforilasi AQP 2 pada serine 256, 261, 264, dan 269, serta meningkatkan akumulasi AQP2 di apikal membran plasma. Mekanisme transpor urea oleh vasopresin hanya terpecahkan sebagian: vasopresin berikatan dengan reseptor V2, meningkatkan produksi cAMP, mengkativasi PKA (yang memfosforilasi UT-A1 pada serine 486 dan 499)dan Epac, serta meningkatkan akumulasi UT-A1 di membran plasma. Selain itu, aktivasi protein kinase C(disebabkan oleh jipertonisitas atau oleh angiotensin II) juga meningkatkan permeabilitas urea pada IMCD mencit.
Gambar 3. Reabsorbsi air dan urea pada sel prinsipal inner medullary collecting duct. Dalam sistem regulasi air, vasopresin (AVP) berikatan dengan reseptor V2 (V2R) di membran plasma basolateral, mengaktivasi adenil siklase (AC), meningkatkan cyclic AMP intraselular (cAMP), dan menstimulasi aktivitas protein kinase A (PKA). Vesikel sitoplasma membawa channel air AQP2 yang terfosforilasi, masuk kedalam luminal sebagai respon terhadap vasopresin, itulah mengapa terjadi peningkatan permeabilitas air pada membran ini. Ketika stimulasi vasopresin telah berakhir, channel air ini disimpan kembali melalui proses endositik, selanjutnya permeabilitas air kembali ke nilai basal. Proses tersebut mirip dengan regulasi urea, hanya saja cAMP menstimulasi PKA dan Epac, pertukaran protein diaktivasi oleh cAMP. UT-A1 diubah dan didegradasi oleh proteasome. Walau tidak ditampilkan, membran plasma basolateralmengandung channel air AQP3 dan AQP4 dan transporter urea UT-A3, itulah jalur transelular lengkap dari reabsorbsi air dan urea. (Jeff M Sand, Mitsi A Blount, Janet D Klein. Regulation of Renal Urea Transport by Vsopressin. Transactions of The American Cinical and Climatological Association. 2010; 122: 82-92) Efek Vasopressin pada ARF Patogenesis ARF dalam sepsis masih belum sepenuhnya dimengerti. Sebagian besar peneliti memfokuskan diri pada renalvasokonstriksi yang memiliki efek lebih lanjut berupa gangguan GFR. Endotoksemia menyebabkan perubahan dalam aliran darah intrarenal yang mempengaruhi kerusakan awal di tingkat medular. Redistribusi mikrovaskular dari medulla hingga korteks penting artinya dalam mengetahui RBF (Renal Blood Flow), dan berkaitan dengan reaktivitas agen vasokonstriktor yang normal maupun yang meningkat. Beberapa jam setelah serangan, endotoksemia dalam hewan percobaan seringkali menyebabkan poliuria. Selama 20 tahun Nor epinefrin (NE), sering dianggap sebagai zat yang menginduksi disproporsionasi/ pengurangan berlebih aliran arteriol aferen dengan adanya konsekuensi reduksi GFR dan Urine Output (UO). Namun fakta sebenarnya, NE dengan dosis klinis yang relevan dapat meningkatkan RBF dan aliran medular, serta dapat meningkatkan UO. AVP, disisi lain, telah dikenal meningkatkan atau bahkan menjaga RBF pada model hewan percobaan. Umumnya efek AVP di korteks, memiliki efek potensial bermanfaat terhadap UO. Namun sebenarnya pada hewan uji coba, NE berkebalikan dengan AVP per infus dimana NE tidak berpengaruh terhadap RBF namun meningkatkan filtration fraction (FF) renal. Faktanya terdapat sedikit peningkatan UO pada hewan uji coba dengan AKI yang diinduksi dengan LPS, dan tidak berubah dengan pemberian AVP per infus, walaupun tidak terdapat cairan resusitasi spesifik yang diberikan. Namun dengan pemberian AVP parenteral didapatkan sedikit penurunan Clearance Creatinine (CCr). Namun, terdapat laporan terhadap uji coba
manusia dimana pemberian AVP atau terlipressin, sebuah analog sintetik dengan waktu paruh lebih panjang dan lebih selektif terhadap V1R, dapat meningkatkan UO dalam 4-8 jam pemberian terapi, namun efek pemberian jangka panjang masih belum jelas berdampak pada peningkatan CCr. Selain itu, AVP, dDAVP, dan Agonis V2R memiliki efek terhadap peningkatan kejadian proteinuria. Vasopresor selektif memiliki efek utama tehadap regulasi reseptor AVP (V2R) dan ekspresi AQP-2 pada AKI. AVP memiliki efek yang lebih besar daripada NE dalam hal menjaga homeostasis air, garam, begitu juga dengan menurunkan protein uri dan menjaga pompa ekskresi. Hal ini menunjukkan efek AVP pada vaskulatory dan atau gangguan eksositosis serta mungkin aktivitas disfungsional AQP-2 berkontribusi terhadap efek-efeknya yang terlihat dalam sepsis. (Frederic Chagnon, et al. Modulation of aquaporin-2/vasopressin2 receptor kidney expression and tubular injury after endotoxin (lipopolysccharide) challenge. Crit Care Med. 2008; 36 (11):3054-3061) Efek Vasopressin pada CKD Efek AVP terhadap tekanan darah sangatlah kompleks. V1a berdampak pada otot polos vaskuler dan aliran darah renal. V2 berdampak pada peningkatan ekspresi sodium channel (EnaC) beta dan gamma epitelial serta fungsinya dalam meningkatkan tekanan darah di daerah duktus kolektivus korteks renal. Di sisi lain, tingginya level sirkulasi AVP, dimana terjadi aktivasi reseptor V1a, mungkin dapat menimbulkan efek antihipertensif dengan jalan menginduksi sintesis prostaglandin di duktus kolektivus yang dapat meningkatkan aliran darah medular. AVP sepertinya memainkan peranan dalam bentuk sensitif-garam pada manusia dan hipertensi eksperimental dimana level sirkulasi dari dan sensitivitas (upregulasi reseptor V1A di pembuluh darah preglomerular atau reseptor V2 di duktus kolektivus atau downregulasi Sintase Nitirit Oksida) terhadap AVP meningkat. Hal ini sesuai dengan progresifitas penyakit hipertensi dan CKD. Efek non hemodiamik AVP pada proliferasi dan hipertrofi sel mesangial, produksi kolagen tipe I dan II serta fibronektin, dan inhibisi sintesis matriks metalloproteinase (MMP)-2, juga berkontribusi terhadap perkembangan kejadian gromelurosklerosis dan progresifitas CKD. (Vincente E Torres. Vassopressin inchronic kidney disease, an elephant in the room? Kidney Int. 2009; 76(9): 925-928)
