## S riwijaya J ournalof M edicine
Peran Antimicrobial peptide (AMP) Pada Kusta
Fifa Argentina * , Rusmawardiana, Febrina Andarini
Departemen Dermatologi dan Venereologi, Fakultas Kedokteran Universitas Sriwijaya/RSUP Dr. Moh Hoesin, Palembang, Indonesia E-mail: fifaargentina@fk.unsri.ac.id

## Abstrak
Antimicrobial  peptides (AMP)  berfungsi  sebagai  sistem  pertahanan innate tubuh  pada  banyak  organisme. Antimicrobial  peptide ini  memiliki  peran  dalam  respon  sistem  imunitas  dengan  cara  menjadi  garis  depan  sistem pertahanan melawan infeksi. Ditemukan ada beberapa AMP pada manusia dan mamalia. Namun pada pembahasan makalah  ini  akan  difokuskan  pada  cathelicidin  (LL-37)  dan  human  β-defensin-1  (HBD-1),  HBD-2,  HBD-3,  yang merupakan  AMP  paling  banyak  pada  manusia.  Peran  AMP  penting  terutama  terhadap  penyakit  infeksi.  Pada penelitian  terbaru  ditemukan  berbagai  peran  AMP  terhadap  penyakit  kusta. Antimicrobial  peptide s  dapat  juga mengaktifkan  dan  mengerahkan  sel  imun,  sehingga  mengakibatkan  penghancuran  mikroba  dan/atau  mengontrol inflamasi. Antimicrobial  peptide berperan  dalam  membunuh  mikobakteri  pada  lesi  kusta  dan  sehingga  dapat dihubungkan  dengan  bentuk  klinis  penyakit  tersebut,  namun  mekanisme  kerja  AMP  masih  memerlukan  penelitian lebih  lanjut.  Kusta  ditandai  dengan  spektrum  klinis luas  berdasarkan  respon  imunitas  seluler  host.  Manifestasi  klinis dan klasifikasi kusta berhubungan dengan tipe respon imun yang terjadi. Pola ekspresi dan regulasi AMP spesifik pada setiap tipe sel pada masing-masing organ. Telah banyak penelitian mengenai AMP pada berbagai kondisi kulit. Pada keadaaan infeksi, sangat penting untuk mengaktifkan respon imun guna menarik sel imun lain dan juga mengontrol inflamasi.
Kata kunci : Antimicrobial Peptides (AMP), Sistem Imun, Kusta

## Abstract
Antimicrobial peptides (AMP) work as innate defense system in many organism. Antimicrobial peptides have a role in the immune response system by becoming the front line of defense system against infection. There are several AMPs found in humans and mammals. But in the discussion, we will focus on cathelicidin (LL-37) and humans β-defensin-1 (HBD-1),  HBD-2,  HBD-3,  which  is  the most  abundance  AMP  in  humans.  The  role  of  AMP  is  important  for infectious diseases. In a recent study, various roles of AMP were found in leprosy. Antimicrobial peptides can also activate and enforce immune cells, thus preventing microbial destruction and / or controlling inflammation. Antimicrobial peptides have  been  shown  to  be  successful  in  killing  these  mycobacteria  in  leprosy  lesions,  but  still  need  further  research. Leprosy  is  characterized  by  a  broad  clinical  spectrum  based  on  host  cellular  immunity.  Clinical  manifestations  and classifications are related to the immune response that occurs. Specific patterns of expression and regulation of AMP. There have been many studies on AMP on various skin conditions. In conditions of infection, it is very important to activate the immune response to attract other immune cells and also regulate inflammation.
Keywords : Antimicrobial Peptides (AMP), Immune System, Leprosy
1. Pendahuluan
Mekanisme  imunitas host untuk  dapat segera  mempertahankan  diri  disebut  imunitas innate ,  antara  lain  termasuk  pertahanan  fisik seperti  kulit  dan  epitel  mukosa;  faktor  larut seperti  komplemen, antimicrobial  peptide (AMP),  kemokin,  dan  sitokin,  dan  berbagai  sel, termasuk  monosit/makrofag,  sel  dendritik,  sel natural killer (NK), juga leukosit polimorfonuklear  (PMN). Antimicrobial  peptide berfungsi  sebagai  mekanisme  pertahanan host pada  banyak  organisme.  Ada  banyak  AMP diidentifikasi  dalam  berbagai  jaringan  dan sekresi manusia. 1 Antimicrobial peptides merupakan  struktur  kaya  sistein,  kation,  dan bersifat amphipathic (memiliki  bagian  yang bersifat  hidrofilik  maupun  hidrofobik).  Karena bersifat memiliki muatan positif dan amphipathic ,  protein  ini  dapat  berinteraksi dengan fosfolipid asam pada rantai ganda lipid, sehingga  merusak  membran  bakteri,  jamur, parasit,  dan  virus.  Protein  dapat  masuk  ke dalam  mikroba,  sehingga  dapat  menimbulkan efek  toksik  lain,  seperti  inhibisi  sintesis deoxyribonucleic  acid (DNA), ribonucleic  acid (RNA), atau protein lain, dan dapat mengaktivasi  enzim  antimikroba,  sehingga menyebabkan kematian sel. 2
Ditemukan  beberapa  AMP  jaringan  dan yang  disekresi  oleh  manusia  dan  mamalia. Antimicrobial  peptides yang  terdapat  pada  sel kulit, termasuk human β-defensin (HBD-1, HBD- 2,  HBD-3,  HBD-4),  cathelicidins  (LL-37), psoriasin,  dan  RNase  7,  yang  telah  terbukti  di produksi  di  keratinosit,  dan  dermcidin  yang disekresi  pada  kelenjar  keringat  manusia. Namun pada makalah ini akan difokuskan pada cathelicidin  (LL-37)  dan human  β-defensin -1 (HBD-1), HBD-2, HBD-3, HBD-4 yang merupakan AMP manusia paling banyak. 1,3
Peran  AMP  penting  terutama  terhadap penyakit  infeksi.  Pada  penelitian  terbaru ditemukan  berbagai  peran  AMP  terhadap penyakit  kusta. Antimicrobial  peptides dapat juga mengaktifkan dan mengerahkan sel imun,
sehingga mengakibatkan penghancuran mikroba  dan/atau  mengontrol inflamasi. Karena AMP diproduksi oleh berbagai sel imun seperti  netrofil  dan  makrofag,  sehingga merupakan  molekul  pertama  menghadapi infeksi  antara  lain  pada  infeksi Mycobacterium leprae ( M.leprae ). 4 Antimicrobial  peptide terbukti berperan dalam membunuh mikobakteri  tersebut  pada  lesi  kusta  dan sehingga  dapat  dihubungkan  dengan  bentuk klinis  penyakit  tersebut,  namun  mekanisme kerja AMP masih banyak memerlukan penelitian lebih lanjut. 5
Kusta  merupakan  penyakit  kronik  yang timbul  akibat  infeksi M.  leprae .  Kusta  ditandai dengan  spektrum  klinis  luas  berdasarkan responimunitas  seluler host .  Manifestasi  klinis dan  klasifikasi  kusta  berhubungan  dengan  tipe respon  imun  yang  terjadi.  Penderita  kusta  tipe tuberkuloid menunjukkan adanyarespon imunitas  seluler  yang  dimediasi  oleh  Th1, berupa IFN-γ, IL-2 dan TNFα yang menunjukkan adanya  respon  hipersensitivitas  tipe  lambat terhadap  antigen M.  leprae .  Sebaliknya  kusta tipe  lepromatosa  dihubungkan  dengan  respon imun yang dimediasi  oleh sel Th2,  berupa IL-4, IL-5,  IL-6  dan  IL-10  yang  tidak  responsif terhadap  antigen M.  leprae ,  predominan  sel  T CD8+  serta  tidak  terbentuk  granuloma. Terdapat  pula  kelompok  kusta  tipe  borderline yang  menunjukkan  pola  sistem  imunitas diantara kedua kutub kusta. 6,7
Tujuan  pembuatan  makalah  ini  adalah untuk  mempelajari  kembali  peran  AMP  pada imunitas  dan  penyakit  infeksi,  terutama perannya dalam penyakit kusta.

## 2. Pembahasan
Pada  kulit,  terdapat  2  jenis antimicrobial peptide (AMP)  utama,  yaitu  cathelicidin  dan defensin  yang  berpengaruh  terhadap  sistem imun manusia.
Cathelicidin. Cathelicidin merupakan peptida  kation  dengan  variabel  struktur antimikroba  terletak  di  bagan  C-terminal.
Manusia hanya memiliki satu gen cathelicidin. 1
Pada  manusia  satu  gen  cathelicidin  ini  terletak di kromosom 3 ( cyclic AMP/ CAMP). Cyclic AMP mengkode  prekursor  protein  yang  tidak  aktif, yang  dikenal  dengan  prekursor  cathelicidin, atau human  cationic  antimicrobial  peptide -18 (hCAP18)  dengan  total  panjang  asam  amino 170. 3 Prekursor  protein  hCAP18  manusia diproduksi  oleh  sel  kulit,  termasuk  keratinosit, sel  mast,  neutrofil,  dan  sel  kelenjar  ekrin. Protease  protein  (contoh  protease  3)  akan memproses  hCAP18  menjadi  molekul  efektor LL-37 (nama LL-37 diambil dari asam  amino 37 AMP aktif yang dilepaskan protein C-terminal), yang memiliki peran penting dalam mekanisme pertahanan host karena  memiliki  aktivitas antibakteri, antijamur, dan antivirus. 1,3 Molekul LL-37  memiliki  peran  antibakteri  luas  terhadap Gram-negatif maupun Gram-positif. Molekul ini mampu  menetralkan  lipopolisakarida,  dan memiliki  efek  antibakteri  sinergis  dengan defensin,  dan  merupakan  agen  kemotaktik netrofil,  monosit,  dan  sel  T  menggunakan formyl peptide receptor-like 1 (FPRL-1). 8
Defensin. Defensin  mengandung  enam residu  sistein  sangat  kuat  yang  membentuk rantai disulfida. Molekul ini berdasarkan ikatan gugusan  rantai  tersebut  dibedakan  menjadi  α- defensin, β-defensin, dan e-defensin. Gen yang mengkode  α-  dan  β-defensin  dapat  ditemukan pada  kromosom  8,  lokus  p23. Sifat  α-defensin sama  seperti  cathelicidin  terhadap  mikroba maupun  perlindungan host .  Seperti  contoh, karena adanya bakteri maka defensin 1-3 dapat meningkatkan  ekspresi tumour  necrosis  factor (TNF)-α  dan  IL-1  dalam  monosit  manusia. 9 Terdapat empat β-defensin pada manusia yang paling  diketahui,  yaitu human  β-defensin -1 sampai -4 (HBD-1, HBD-2, HBD-3, HBD-4), yang
ditemukan pada berbagai tipe sel, termasuk sel epitel  dan  sel  mononuklear  dalam  darah perifer. 10 Molekul  β-defensin  merupakan  AMP dengan  kation  kaya  sistein  dengan  berat molekul  rendah.  β-defensin  pertama  manusia (HBD-1),  diekspresikan  di  epidermis  dan  tidak diatur  secara  transkripsional  oleh  agen inflamatori. 1
Peran  AMP  pada  kulit  dan  sistem  imun. Antimicrobial  peptide dapat  ditemukan  pada berbagai  jaringan  kulit  (Tabel  1).  Pola  ekspresi dan  regulasi  AMP  spesifik  pada  setiap  tipe  sel pada  masing-masing  organ.  Telah  banyak penelitian  mengenai  AMP  pada  berbagai kondisi  kulit.  Pada  penelitian  mengenai cathelicidin,  diketahui  LL-37  diinduksi  pada keratinosit  manusia  pada  penyakit  psoriasis, lupus  eritematosus,  dan  dermatitis  kontak. Produksi  cathelicidin  berkurang  pada  keadaan dermatitis  atopik.  Pada  penyakit  kulit  eritema toxicum neonatorum, produksi LL-37 meningkat,  juga  pada  verruca  vulgaris  dan condyloma  accuminata  sebagai  respon  imun terhadap  infeksi  virus  papilloma.  Pada  acne vulgaris  produksi  hBD  1  atau  2  meningkat, menunjukkan  adanya  keterlibatan  AMP  pada pathogenesis  dan/atau  resolusi  penyakit  acne. Pada  kulit  normal  hBD  tidak  ada,  namun produksinya  meningkat  pada  keratinosit  lesi pasien psoriasis, menunjukkan peran AMP pada kondisi kulit yang sedang inflamasi kronik. 9
Antimicrobial peptides dapat juga mengaktifkan  dan  mengerahkan  sel  imun, sehingga mengakibatkan penghancuran mikroba  dan/atau  mengontrol inflamasi. Karena AMP diproduksi oleh berbagai sel imun seperti  netrofil  dan  makrofag,  sehingga merupakan  molekul  pertama  menghadapi serangan  mikroba.  Pada  keadaaan  infeksi,
sangat  penting  untuk  mengaktifkan  respon imun  guna  menarik  sel  imun  lain  dan  juga mengontrol  inflamasi.  Beberapa  AMP  dapat menghasilkan respon imun, contohnya: aktivasi,  penarikan,  dan  diferensiasi  sel  darah putih; stimulasi proses angiogenesis; penurunan  inflamasi  dengan  menurunkan ekspresi kemokin proinflamasi; dan mengontrol ekspresi  kemokin  dan  oksigen  reaktif/spesies nitrogen. Pada manusia, AMP seperti LL-37 dan HBD  memiliki  kemampuan  untuk  menarik ( chemoattract )  sel  imun  seperti  sel  mast, leukosit, dan sel dendritic (Gambar 1) . 4
Tabel 1. Distribusi jaringan dan fungsi AMP pada manusia. 9 Peptida Distribusi jaringan Fungsi Cathelicidin LL-37/hCAP18 Netrofil Sel mast Sel epitel (kulit, paru- paru, gastrointestinal, mukosa oral, urogenital) keringat Cairan mani Antimikrobial
Chemoattractant α-Defensin Neutrofil Sel epitel (intestinal, genital, oral) Antimikrobial Kemotaktik β-Defensin hBD 1-4 Sel mononuklear darah perifer, monosit, makrofag alveolar, sel dendritik
Sel epitel (kulit, oral, mammary , paru-paru,
urinary , ekrin, okuli)
Jantung dewasa, otot skeletal, plasenta, timus fetal
Testis, antrum gaster, netrofil dalam kadar rendah, uterus, tiroid, paru-paru, ginjal. Antimikrobial Kemotaktik
Induksi pelepasan histamin
Antimicrobial  peptides dapat  berperan sebagai    antimikrobial  tunggal,  atau  kombinasi dengan antibiotik lain untuk mendapatkan efek sinergis, atau sebagai imunomodulator. Walaupun  kemampuan  AMP  untuk  melawan patogen lebih rentan mungkin tidak terlalu kuat jika dibandingkan dengan antibiotik
konvensional,  namun  salah  satu  keunggulan AMP  adalah  dapat  membunuh  bakteri  yang resisten terhadap berbagai macam obat dengan konsentrasi  yang  sama.  Jika  dibandingkan dengan  antibiotik  konvensional,  kemampuan membunuh  bakteri  oleh  peptida  sangat  cepat dan  dapat  melibatkan  beberapa  target  sel bakteri. 11
Gambar 1. Berbagai mekanisme aksi AMP. PMN: polymorphonuclear neutrophils ; ADP: adenosine diphosphat e; ATP: adenosine triphosphate . 4
Peran AMP pada penyakit kusta. Sebagian besar  target  membran  AMP  pada  vertebrata tidak  memiliki  interaksi  spesifik  terhadap reseptor. Bagian luar permukaan bakteri Gram- positif  dan  Gram-negatif  mengandung teichoic dan  lipopolisakarida  (LPS),  masing-masing memberi  muatan  negatif  pada  permukaan sehingga menyebabkan hubungan elektrostatik dengan kationik AMP. 4
Sebagian  besar  membran  aktif  AMP bersifat  amphipathic,  yang  artinya  memiliki permukaan  kationik  dan  hidrofobik.  Sifat tersebut  menyebabkan  terbentuknya  interaksi elektrostatik  dengan  sel  membran  bermuatan negatif  dan  menyebabkan  masuknya  materi AMP  ke  dalam  membran  interior.  Aksi  AMP tidak berhenti sampai interaksi awal ini. Setelah interaksi  elektrostatik  dan  hidrofobik  awal,
AMP  terakumulasi  pada  permukaan  dan setelah  mencapai  konsentrasi  tertentu  AMP menyusun
diri di membran bakteri. 4,12 Antimicrobial  peptides berinteraksi dengan  membran  sitoplasmik  terlebih  dahulu dan  terakumulasi  di  interselular,  lalu  dapat terjadi  hambatan  proses  selular.  Banyak mekanisme baru melibatkan target intraselular, seperti  inhibisi  protein/sintesis  asam  nukleat dan kerusakan enzimatik/aktivitas protein. 4 Mikobakterium  menghasilkan  lipopeptida triasilasi  sehingga  dapat  menginduksi  respon imun  melalui  kompleks toll-like  receptor 2/1 (TLR  2/1).  Aktivasi  TLR2/1  menghasilkan pembersihan  patogen,  seperti  patogen M. leprae ,  atau M.  tuberculosis oleh  makrofag, netrofil,  dan  sel  epitel.  Beberapa  akibat  dari aktivasi  TLR  2/1  adalah  produksi  sitokin proinflamasi  dan  AMP.  Khususnya,  stimulasi TLR  2  mengarah  pada  induksi  cathelicidin,  dan human β-defensin 2  dan 3 (hBD 2 dan  3) pada epitel  dan  makrofag.  Dan  sebagai  tambahan peran  hBD  2  juga  dapat  menginduksi  sitokin seperti  IL-6,  IL-8,  dan  IL-10  pada  sel  monosit. Berbagai penelitian menunjukkan peran penting keratinosit pada kusta dan juga infeksi kulit lain. Namun mekanisme pasti masih harus dipahami  lebih  dalam  lagi  melalui  berbagai penelitian.  Pada  satu  penelitian  diketahui bahwa  polimorfisme  hBD  1  berhubungan dengan kusta tie lepromatosa. 13
Peran  AMP  lain,  contohnya  cathelicidin, yang  merupakan  bentuk  proteolitik  aktif  dari human  cationic  peptide  (hCAP)-18,  sejauh  ini belum diteliti dalam penyakit kusta, tetapi telah ditemukan  sebagai  molekul  efektor  utama antimikroba  pada  infeksi M.  tuberculosis dan M.  ulcerans .  Saat  terjadi  infeksi,  cathelicidin sangat terinduksi dalam keratinosit. 13,14
Sangat  jelas  hubungan  antara  cathelicidin dengan  penyakit  kusta  dan  telah  diamati  dari berbagai  penelitian  bahwa  terdapat  korelasi kuat  antara  kadar  cathelicidin  di  kulit  dan kejadian  infeksi  kulit.  Sehingga  hubungan kurangnya produksi cathelicidin secara
keseluruhan    berhubungan  dengan  kerentanan penyakit  infeksi  tidak  hanya  tuberkulosis  tapi juga  penyakit  kusta.  Walaupun  fungsi  masih belum jelas pada pasien kusta, namun hasil dari berbagai  penelitian  menunjukkan  hubungan antara  cathelicidin  LL-37  dengan  infeksi mikobakterium,  sehingga  diperlukan  penelitian lebih lanjut untuk investigasi peran tersebut. 14 Pada  penelitian  lain,  didapatkan  hipotesis bahwa  epidermis  memainkan  peran  penting dalam  pertahan  kulit  terhadap M.leprae .  Pada penelitian  tersebut  ditemukan  bahwa  up- regulasi  hBD  pada  keratinosit  menyebabkan berkurangnya M.  leprae .  Beberapa  alasan diantaranya, bahwa hBD merupakan antimikroba  langsung  yang  dapat  membunuh langsung  bakteri M.  leprae yang  terdapat  di keratinosit,  sedangkan  alasan  lain  yaitu  jika keratinosit  basal  melepaskan  hBD  ke  dermis, maka  dapat  mengaktifkan  makrofag  dermis, sehingga  menghasilkan  produksi  sitokin  dan respon  antimikrobial.  Peningkatan  sitokin  Th1 dapat  mengaktikan  makrofag,  sehingga  dapat mengurangi bakteri M. leprae. 13,14

## 3. Kesimpulan
Antimicrobial peptide
memiliki kemampuan membunuh mikroba patogen, dan juga secara tidak langsung memperkuat sistem imun host .AMP  merupakan  bagian  dari  sistem imun  innate.  Peptida  ini  memiliki  efek antimikrobial,  dan  efek  imunomodulator  pada manusia.  Namun  peran  AMP  pada  infeksi, terutama  infeksi  kusta  masih  memerlukan penelitian lanjut. Diharapkan selanjutnya dapat diaplikasikan  peran  terapeutik  AMP  pada berbagai penyakit kulit.

## Daftar Pustaka
1. Robert  L.  Modlin,  Lloyd  S.  Miller  Christine Bangert  &  GS.  Innate  and  Adaptive Immunity  in  the  Skin.  In:  Goldsmith  SA, Katz  SI,  Gilchrest  BA,  Paller  SA,  Leffell  DJ WK,  editor.  Fitzpatrick’s  Dermatology  in
General  Medicine.  8th  ed.  New  York: McGraw-Hill; 2012. p. 106–8.
2. Owen  JA,  Punt  J,  Stranford  SA  JP,  editor. Innate Immunity. In: Kuby Immunology. 7th ed.  New  York:  W.  H.  Freeman  and Company; 2009. p. 141–85.
3. Guaní-Guerra  E,  Santos-Mendoza  T,  Lugo- Reyes  SO,  Terán  LM.  Antimicrobial peptides:  General  overview  and  clinical implications  in  human  health  and  disease. Clin Immunol. Elsevier Inc.; 2010;135(1):1–
11.
4. Kumar  P,  Kizhakkedathu  JN,  Straus  SK. Antimicrobial peptides:
Diversity,
mechanism  of  action  and  strategies  to improve the activity and biocompatibility in vivo. Biomolecules. 2018;8(1): 1-8.
5. Guerra  EG,  Mendoza  TS,  Reyes  SOL,  Teran LM. Antimicrobial peptides: General
overview  and  clinical  imlications  in  human health  and  disease.  Cin.  Immunol.  2010; 135: 1-11.
6. Rani  R.  Immunogenetics  of  Leprosy.  In: Kumar  B,  Kar  H,  editors.  IAL  Textbook  of
LEPROSY.  2nd  ed.  New  Delhi:  Jaypee
Brothers Medical Publishers (P) Ltd.; 2017.
p. 73–89.
7. Silva M, Ribeiro de Castro M.
Mycobacterial  Infections.  In:  Bolognia  J, Schaffer J, Cerroni L, editors. Dermatology. 4th  ed.  New  York:  Elsevier  Inc;  2018.  p. 1296–303.
8. Seil M, Nagant
C, Dehaye JP,
Vandenbranden  M,  Lensink  MF.  Spotlight on  human  LL-37,  an  immunomodulatory peptide  with  promising  cell-penetrating properties.
Pharmaceuticals.
2010;3(11):3435–60.
9. Bardan  A,  Nizet  V,  Gallo  RL.  Antimicrobial peptides  and  the  skin.  Expert  Opin  Biol Ther  [Internet].  2004;4(4):543–9.  Available from: http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1 517/14712598.4.4.543
10. Braff  MH,  Bardan  A,  Nizet  V,  Gallo  RL.
Cutaneous defense mechanisms by antimicrobial  peptides.  J  Invest  Dermatol. 2005;125(1):9–13.
11. Marr  AK,  Gooderham  WJ,  Hancock  RE. Antibacterial  peptides  for  therapeutic  use: obstacles  and  realistic  outlook.  Curr  Opin Pharmacol. 2006;6(5):468–72.
12. Bahar  AA,  Ren  D.  Antimicrobial  peptides. Pharmaceuticals. 2013;6(12):1543–75.
13. Cogen  Al,  Walker  SL,  Roberts  CH,  Hagge DA,  Neupane  KD,  et  al.  Human  Beta- Defensin  3  Is  Up-Regulated  in  Cutaneous Leprosy  Type  1  Reaction.  Trop.  Diseases. 2012; 6(11): 1-6 14. Matzner  M,  Samie  ARA,  Winkler  HM, Nemeth  J,  Grasnek  A,  et  al.  Low  Serum Levels of Cathelicidin LL-37 in Leprosy. Acta Tropica. 2011; 117: 56-59.