MENURUNNYA STEROIDOGENESIS PADA PROSES
PENUAAN
I NYOMAN GEDE WARDANA
BAGIAN ANATOMI FK UNUD
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa, atas karunia dan rahmat-Nya lah tulisan yang berjudul “Menurunnya Steroidogenesis pada Proses Penuaan” dapat penulis selesaikan dalam rangka melaksanakan Tri Dharma perguruan tinggi di Universitas Udayana
Adapun tulisan ini masih jauh dari sempurna dan perlu kajian yang lebih dalam lagi. Penulis membuka diri jika ada saran dan kritik yang ditujukan pada tulisan ini.
Penulis juga sangat berterima kasih kepada semua pihak yang ikut membantu dalam penelitian ini, semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa senantiasa melimpahkan berkat dan rahmat-Nya kepada mereka semua.
Denpasar, Juli 2016
ii ABSTRAK
MENURUNNYA STEROIDOGENESIS PADA PROSES PENUAAN
Proses penuaan yang terjadi pada laki-laki ditandai dengan kadar hormon testosteron yang menurun, kondisi ini dikenal dengan istilah ADAM (Androgen Deficiency of the Aging Male. Penurunan kadar hormon ini disertai dengan ada perubahan pada komposisi tubuh, menurunnya tenaga, menurunnya kekuatan otot, menurunnya fungsi seksual, depresi, dan menurunnya fungsi kognisi. Penyebab menurunnya testosteron pada laki-laki masih belum jelas. Diduga steroidogenesis yang terjadi di testes mengalami penurunan. Steroidogenesis adalah proses pembentukan hormon steroid baik itu di kelenjar adrenal, testes dan ovarium. Pada laki-laki steroidogenesis terutama berlangsung di testes oleh sel Leydig. Mekanisme yang mempengaruhi turunnya steroidogenesis pada laki-laki meliputi: (1) Menurunnya jumlah sel Leydig (2) Menurunnya produksi cAMP; (3) Menurunnya jumlah protein StAR dan P450scc (4) Pembentukan radikal bebas.
iii DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ………... i ABSTRAK ...……….. ii
DAFTAR ISI ………. iii
DAFTAR SINGKATAN ……….. iv
Proses Penuaan pada Laki-Laki ………. 1
Steroidogenesis ……… 2
Faktor-Faktor yang menyebabkan Menurunnya Steroidogenesis ……… 3
Jumlah Sel Leydig ………. 3
Produksi cAMP ………. 4
Protein StAR dan P450 scc ………. 5
Radikal Bebas ………. 6
iv
DAFTAR SINGKATAN
SHBG : Sex Hormone Binding-Globulin LH : Luteinizing Hormone
cAMP : Cyclic Adenosine Monophospate ATP : Adenosine Triphospate
StAR : Steroidogenic Acute Regulatory PBR : Pheripheral Benzodiazepine Receptor Scc : Side Chain Cleavage
dbcAMP : dibutyril cyclic AMP SOR : Senyawa Oksigen Reaktif SNR : Senyawa Nitrogen Reaktif DNA : Deoxyribunucleic Acid RNA : Ribonucleic Acid
1 Penuaan pada Laki-Laki
Penuaan pada laki-laki ditandai dengan menurunnya kadar serum testosteron secara progresif. Penurunan kadar hormon ini disertai dengan ada perubahan pada komposisi tubuh, menurunnya tenaga, menurunnya kekuatan otot, menurunnya fungsi seksual, depresi, dan menurunnya fungsi kognisi. Tanda-tanda ini juga ditemukan pada pria muda dengan gejala penurunan testosteron, dan bisa diperbaiki dengan pemberian hormon testosteron dari luar. Penurunan kadar serum testosteron pada laki-laki dimulai pada dekade ketiga, dan setiap tahun terjadi penurunan sebesar 1%. Sehingga hasilnya adalah 20% pria berumur di atas 60 tahun dan 50% pria berumur di atas 80 tahun memiliki kadar serum testoteron di bawah normal (Araujo et al, 2004; Matsumoto, 2002).
Testosteron yang beredar dalam darah 98% berikatan dengan protein serum, terutama SHBG (Sex Hormone –Binding Globulin) yang merupakan protein pengikat utama di darah dan albumin. Jadi hanya berkisar 1-2% ada dalam keadaan bebas. Ikatan testosteron dengan SHBG sangat kuat sehingga tidak ditemukan pada jaringan dimana testosteron bekerja, berbeda dengan ikatannya pada albumin. Sehingga kadar testosteron dan yang berikatan dengan albumin banyak ditemukan pada jaringan aktifnya. Oleh karena kadar SHBG yang meningkat pada proses penuaan, menyebabkan kadar testosteron bebas dan berikatan dengan albumin didapatkan menurun dibandingkan pada pria usia muda (Matsumoto, 2002; Araujo, 2007).
Setelah umur 40 tahun kadar serum testosteron menurun secara gradual 0,4-2,6 per tahun. Kadar normal total testosteron berkisar 300 ng/dl dan konsentrasi testosteron bebas adalah 5 ng/dl. Pada proses penuuan kadar hormon testosteron ini ditemukan berkisar 10-25% dari nilai normal (Araujo et al, 2007). Mekanisme menurunnya testosteron pada proses penuuan masih belum jelas. Diduga disebabkan karena menurunnya steroidogenesis terutama pada testes yaitu pada sel Leydig. Penelitian pada beberapa tikus menunjukkan
2
tidak ditemukannya gangguan pada aksis hipotalamus-hifofisis-testes. Pada saat testoteron turun, ditemukan kadar LH tetap dalam konsentrasi normal. Jadi diduga proses steroidogenesis yang berlangsung pada testes yang mengalami gangguan (Haider, 2007. Jadi tulisan ini mencoba mengkaji faktor-faktor yang menyebabkan steroidogenesis pada testes menjadi menurun.
Steroidogenesis
Steroidogenesis adalah proses pembentukan hormon steroid baik itu di kelenjar adrenal, testes dan ovarium. Pada laki-laki steroidogenesis terutama berlangsung di testes oleh sel Leydig. Hipofisis anterior mensekresi LH, yang akan berikatan dengan reseptor pada membran sel Leydig, LH kemudian menginduksi sintesis cAMP dari ATP. cAMP mengkatalisis sintesis protein kinase A, yang diperlukan untuk membawa kolesterol dari sitoplasma ke mitokondria. StAR (Steroidogenic Acute Regulatory Protein) dan PBR (Peripheral Benzodiazepine Receptor) membawa kolesterol dari membran luar mitokondria ke membran dalamnya (Haider, 2007).
Pengangkutan kolesterol di inisiasi awalnya oleh StAR kemudian oleh PBR melewati gerbang membran sel mitokondria. Kemudian enzim P450scc (side-chain cleavage) yang terletak pada matriks membran dalam mitokondria mengkonversi kolesterol menjadi pregnenolon. Pregnenolon kemudian dibawa ke SER (Smooth Endoplasmic Reticulum) dimana testosteron akan terbentuk melalui tahapan-tahapan yang memerlukan enzim-enzim steroidogenik (Haider, 2007; and Chen, Zirkin 2000).
Pada proses penuan, kadar serum hormon testosteron menurun yang ditandai dengan adanya perubahan pada komposisi tubuh, tenaga, kekuatan otot, fisik, fungsi seksual, kognitif dan mood. Menurunnya kadar serum testosteron terutama disebabkan oleh menurunnya kemampuan sel Leydig untuk memproduksi hormon testosteron disertai juga dengan meningkatnya atau tidak berubahnya konsentrasi LH. Faktor-faktor yang
3
mempengaruhi turunnya steroidogenesis pada laki-laki meliputi: (1) Menurunnya jumlah sel Leydig, (2) Menurunnya produksi cAMP, (3) Menurunnya produksi proteim StAR dan P450scc, (4) Terbentuknya radikal bebas
Gambar 1. Mekanisme Steroidogenesis pada Sel Leydig (Zirkin and Chen, 2000) Faktor-Faktor yang Menyebabkan Menurunnya Steroidogenesis
1. Jumlah Sel Leydig
Sel Leydig atau juga dikenal dengan nama sel interstisial Leydig ditemukan dekat dengan tubulus seminiferous testes. Sel ini menghasilkan hormon testosteron setelah dirangsang oleh LH. Sel-sel Leydig berbentuk polyhedral, dengan sitoplasma eosinofilik dan banyak vesikel yang berisi lemak. Sel Leydig dewasa akan berdifferensiasi pada post natal testis dan tetap tidak aktif sampai pubertas. Pada waktu umur kehamilan 8-20 minggu
4
sel Leydig fetus akan memproduksi testosteron untuk maskulinisasi fetus laki-laki (Svechnikov et al, 2010).
Menurunnya produksi hormon testosteron diduga disebabkan oleh menurunnya jumlah dan juga fungsi sel Leydig pada proses penuaan. Chen et al, 1994 melakukan eksperimen dengan mengisolasi sel Leydig dari testes tikus muda dan tua, kemudian diberikan rangsangan yang maksimal dengan LH dan dbcAMP (dibutyril cyclic AMP). Jumlah sel Leydig dan volumenya diperiksa dengan menggunakan metode stereologikal. Hasil peneltiannya mendapatkan penurunan pada jumlah dan volume sel Leydig, kemampuan sel Leydig yang diisolasi pada testes tikus tua menunjukkan penurunan dalam produksi hormon testosteron dibandingkan dengan sel Leydig yang diisolasi pada tikus muda.
Penelitian yang dilakukan oleh William et al, 1984 juga menunjukkan hal yang sama. Jumlah sel Leydig dihitung pada 15 laki-laki yang berumur antara 20-48 tahun dibandingkan dengan 15 laki-laki yang berumur 50-76 tahun. Semua laki-laki ini sudah meninggal dalam waktu kurang dari 15 jam karena trauma dan serangan jantung. Hasilnya didapatkan bahwa jumlah sel Leydig pada laki-laki yang berumur 50-76 tahun menurun sebanyak 44%.
2. Produksi cAMP
Testosteron pada proses penuaan menurun disebabkan karena terjadi defisit primer di testes bukan karena gangguan pada aksis hipotalamus-hipofisis-testikular. Pada waktu testosteron menurun pada tikus tua, kadar FSH didapatkan meningkat disertai peningkatan atau tidak berubahnya kadar LH. Untuk membuktikan adanya penurunan kapasitas testes memproduksi testosteron, Zirkin dan Chen, 2000 mengisolasi sel Leydi dari testes tikus muda dan tua. Sel Leydig diinkubasi dengan sentrifugal elutriasion dan gradien sentrifugasi densitas Percoll kemudian secara in vitro dirangsang dengan pemberian LH.
5
Hasilnya kapasitas sel Leydig tua memproduksi testosteron secara signifikan menurun dibandingkan dengan sel Leydig yang masih muda. Selain itu produksi cAMP pada sel Leydig tikus tua ditemukan menurun secara signifikan pada waktu 0-20 menit setelah diberikan rangsangan LH secara maksimal. Tetapi setelah 3 jam kemudian produksi cAMP pada kedua tikus tidak ditemukan berbeda (Zirkin dan Chen, 2000).
3. Protein Steroidogenic Acute Regulatory (StAR) dan P450scc
Titik penting dari proses steroidogenesis adalah saat memasukkan kolesterol yang ada dalam sitoplasma sel ke dalam mitokondria. Mekanisme pasti bagaimana StAR mengangkut kolesterol ke dalam mitokondria masih belum jelas. Beberapa hipotesis mucul seperti StAR mengangkut kolesterol ke dalam mitokondria secara langsung. Ada yang mengatakan StAR berikatan terlebih dahulu dengan kolesterol sebelum berperan seperti sebuah saluran untuk mengangkut kolesterol yang ukurannya terlalu besar. StAR juga dapat mempromosikan pembentukan situs kontak antara membran mitokondria luar dan dalam untuk memungkinkan masuknya kolesterol. Pendapat lain menunjukkan bahwa
StAR bertindak dalam hubungannya dengan PBR, menyebabkan pergerakan Cl- keluar dari
mitokondria untuk memfasilitasi pembentukan situs kontak . Namun, bukti untuk interaksi antara StAR dan PBR tetap sulit dipahami (Roostaee, 2008).
Cholesterol side-chain cleavage yang sering disebut sebagai P450scc , di mana "
scc" adalah singkatan dari side shain cleavage. P450scc adalah enzim mitokondria yang mengkatalisis konversi kolesterol menjadi pregnenolon . Ini adalah reaksi pertama dalam proses steroidogenesis di semua jaringan mamalia yang mengkhususkan diri dalam produksi berbagai hormon steroid. P450scc adalah anggota dari superfamili sitokrom P450 enzim (keluarga 11 , subfamili A , polipeptida 1). Nama gen CYP11A1(Hanukoglu, 1992).
Luo et al, 2001 melakukan penelitian pada tikus muda (berusia 4 bulan), usia pertengahan (14 bulan) dan tua (24 bulan). Sel leydig pada masing-masing grup kemudian
6
diisolasi dan diukur kadar hormon testosteronnya sebelum dan sesudah diberikan LH.
Kemudian protein StAR dan P450scc dianalisis dengan menggunakan Western Blot
Analisis. Hasil yang didapat adalah terjadi penurunan signifikan produksi testosteron pada tikus usia pertengan dan tua dibandingkan dengan usia muda. setelah diberikan LH terjadi peningkatan produksi hormon testosteron pada tikus muda sebanyak 30 kali, tikus usia pertengahan 40 kali, dan tikus usia tua sebanyak 33 kali. Jumlah StAR mRNA (1,7 kb) pada sel Leydig tikus usia pertengahan dan tua menurun secara signifikan sebanyak 29% dan 50% dibandingkan dengan tikus muda. Begitu juga dengan protein P450scc sebanyak
38% dan 54%. 4. Radikal Bebas
Radikal bebas didefinisikan sebagai senyawa kimia yang memiliki satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan pada bagian terluar dari orbitnya. Konsekuensi berupa kecenderungannya memperoleh elektron dari substansi lain membuat radikal bebas bersifat sangat reaktif. Jika produksi radikal bebas dan oksidan berlebih maka akan dihasilkan fenomena yang disebut stres oksidatif, suatu proses yang dapat merusak membran sel dan struktur-struktur yang lain seperti protein, lemak, lipoprotein, dan DNA. Stres oksidatif dapat terjadi oleh karena sel tidak secara adekuat mampu mengatasi kelebihan produksi radikal bebas yang telah terbentuk, dengan kata lain terjadi ketidakseimbangan antara pembentukan dan netralisasi dari senyawa oksigen reaktif (SOR)/senyawa nitrogen reaktif (SNR) (Pham-Huy, 2008; Mayes & Botham, 2003).
Mekanisme penuaan pada sel diklasikasi menjadi dua yaitu: proses penuuan yang terprogram yang diatur oleh gen dan proses penuaan tidak terprogram sebagai akibat kerusakan seluler. Yang terakhir meliputi reaktif oksigen yang emnyebabkan kerusakan pada lipid, protein, dan atau DNA. Adanya akumulasi radikal bebas yang menyebabkan defisit pada fungsi sel Leydig merupakan penjelasan yang dapat diterima karena dua
7
alasan. Pertama oksigen reaktif merusak komponen penting pada jalur steoridogenesis, dan kedua senyawa oksigen reaktif sendiri dihasilkan selama proses steroidegenesis itu sendiri (Chen & Zirkin, 1999).
Chen & Zirkin, 1999 melakukan penelitian pada tikus yang diberi implant testosteron. Ada dua kelompok tikus, kelompok berumur 3 bulan dan 13 bulan. Kedua kelompok ini dipasang implan testosteron selama 8 bulan. Dan pada waktu kedua kelompok beumur 11 dan 21 bulan implan testosteron dicabut. Dua bulan kemudian diperiksa kadar hormon testosteronnya. Hasil penelitiannya menunjukkan, tikus yang diberikan implantasi testosteron dikondisikan mengalami steroidogenik hibernasi. Sel Leydig selama diberi implan testosteron berhenti memproduksi testosteron sementara waktu. Jadi radikal bebas selama proses steroidogenesis tidak terbentuk. Hasilnya adalah konsentrasi hormon testosteron pada kedua kelompok umur 13 dan 23 bulan tidak berbeda signikan pada kelompok yang berumur 3 bulan. Penelitian ini membuktikan bahwa peran radikal bebas dalam menurunya steroidogenesis pada usia tua memang ada.
Simpulan
Akibat proses penuaan pada laki-laki yang ditandai dengan menurunnya kadar testosteron, pria tua mengalami keluhan berupa melamahnya tenaga, berkurangnya massa otot, menurunnya fungsi seksual, depresi, dan menurunnya fungsi kognisi. Mekanisme pasti bagaimana kadar serum testosteron pada proses penuuan masih belum jelas. Salah satu mekanisme yang diduga menyebabkan menurunnya kadar serum testosteron adalah menurunnnya steroidogenesis di testes. Faktor-faktor yang diduga sebagai penyebab adalah menurunnya jumlah sel Leydig, produksi cAMP, protein StAR dan P450scc dan adanya
8
DAFTAR PUSTAKA
Araujo AB, Esche GR, Kupelian V, O’Donnell AB, Travison TG, William RE, Clark RV, and McKinlay JB. 2007. Prevalence of Symptomatic Androgen Deficiency in Men. The Journal of Clinical Endcrinology & Metabolism. 92 (11): 4241-4247.
Araujo AB, O’ Donnell AB, Donald J, Brambillia J, Simpson WB, Longcope C, Matsumoto AM, and McKinley JB. 2004. Prealence and Incidence of Androgen Deficiency in Middle-Aged and Older Men: Estimates from the Massachusetts Male Aging Study. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 89 (12): 5920-5926.
Chen H and Zirkin BR. 1999. Long-Term Suppresion of Leydig Cell Steroidogenesis Prevents Leydig Cell Aging. PNAS. 96 (26): 14877-14881.
Chen H, Hardy MP, Huhtaniemi I, Zirkin BR. 1994. Age-Realted Decreased Leydig Cell Testosterone Production in The Brown Norway rat. J Androl. 15 (60): 551-557 Haider SG. June 2007. Leydig Cell Steroidogenesis: Unsmasking the Functional
importance of Mitochondria. Endocrinology. 148 (6): 2581-2582.
Hanukoglu I. December 1992. Steroidogenic enzymes: structure, function, and role in regulation of steroid hormone biosynthesis. The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology 43 (8): 779–80
Luo L, Chen H, and Zirkin BR. 2001. Leydig Cell Aging: Steroidogenesis Acute regulatory Protein (StAR) and Cholesterol Side-Chain Cleavage Enzym. J Androl. Jan-Feb. 22 (1): 149-156.
Matsumoto, AM. 2002. Andropause: Clinical Implications od the Decline in Serum Testosteron Levels with Aging in Men. Journal of Gerontology: MEDICAL SCIENCES. 57A (2): M76-M99.
Mayes, P.A., and Botham, K.M. 2003. Lipids of Physiologic Significance. In: Murray, R.K., Granner, D.K., Mayes, P.A., and Rodwel, V.W (editors). Harper’s Illustrated Biochemistry. 26th. Ed. New York: McGraw Hill. p. 111-121.
9
Pham-Huy, L.A.P, He, H., and Pham-Huy, C. 2008. Free Radicals, Antioxidants in Disease and Health. Int J Biomed Sci. 4: 89-96
Roostaee A, Barbar E, Lehoux JG, Lavigne P. 2008. Cholesterol binding is a prerequisite for the activity of the steroidogenic acute regulatory protein (StAR). Biochem. J. 412(3): 553–62
Svechnikov K, Landreh L, Weisser J, Izzo G, Colón E, Svechnikova I, Söder O. 2010. Origin, Development and Regulation Of Human Leydig Cells. Horm Res Paediatr. 73 (2): 93–10
Zirkin BR and Chen H. 2000. Regulation of Leydig Cell Steroidogenic Function During Aging. Biology of Reproduction. 63; 977-981.
