COVID-19 memiliki manifestasi klinis yang bervariasi, mulai dari asimptomatik, gejala ringan, sedang, hingga kasus berat yang membutuhkan perawatan intensif. Pada kasus berat, salah satu komplikasi yang dapat terjadi adalah Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS). ARDS dapat terjadi akibat kerusakan endotel-barrier yang luas dan peningkatan level sitokin yang tidak terkendali. Salah satu mekanisme yang berkontribusi dalam timbulnya acute lung injury (ALI), angioedema dan ARDS adalah sistem Kallikrein-kinin. Disregulasi sistem Kallikrein-kinin pada pasien COVID-19 kemungkinan dipengaruhi oleh penurunan ekspresi ACE2 akibat infeksi SARS Cov-2. SARS Cov-2 juga mengekspresikan protease sistein yang dapat mengaktifkan jalur kinin. Bradikinin berkontribusi dalam jalur proinflamasi sehingga dapat menimbulkan inflamasi dan lung injury.
Inhibitor sistem Kallikrein-kinin merupakan salah satu cara mengurangi inflamasi yang meluas karena infeksi SARS Cov-2 sehingga diharapkan mengurangi kejadian ALI dan ARDS pada pasien COVID-19. Dalam beberapa dekade terakhir, berbagai senyawa aktif yang diekstrak dari tumbuhan telah dilaporkan memiliki aktivitas anti-inflamasi. Saat ini belum banyak penelitian mengenai senyawa alami yang berpotensi menghambat sistem Kallikrein-kinin. Molecular docking menggunakan human plasma kallikrein (PDB ID: 5TJX) sebagai target protein dan beberapa senyawa alami dilakukan bertujuan untuk mengetahui potensi senyawa aktif tersebut dalam menghambat pembentukan bradikinin.
Struktur protein 3D human plasma kalikrein (PDB ID: 5TJX) diperoleh dari RSCB Protein Data Bank. Situs aktif protein ditentukan menggunakan Discovery studio 2016. Struktur 3D senyawa alam diperoleh dari PubChem dalam format .sdf, dioptimalkan menggunakan Avogadro 1.2, dan format diubah menjadi .pdbqt menggunakan Open Babel 2.4. Beberapa senyawa alam yang memiliki efek anti-inflamasi diperoleh dari Dr Duke’s Database Fitokimia dan Etnobotani. Analisis kemiripan obat dilakukan untuk mengetahui molekul dengan permeasi dan absorpsi oral yang baik yaitu memiliki berat molekul <500 Da, C log P <5, Donor ikatan-H <5, akseptor-H <10, violation <2, yang dihitung menggunakan SWISSADME. Molecular docking dioperasikan menggunakan Autodock 4.2 dengan menyesuaikan Genetic algorithm (GA) parameter, menggunakan 10 run dari kriteria Lamarckian GA. Human plasma kallikrein (ID PDB: 5TJX) dilakukan docking dengan 70 senyawa alam dan ligan asli, kemudian dianalisis menggunakan Autodock 4.2.
Berotralstat, avoralstat, nafamostat, dan camostat merupakan obat standar yang digunakan untuk perbandingan dalam studi molecular docking ini. Berotralstat merupakan inhibitor kallikrein plasma spesifik. Berotralstat telah melewati uji coba fase III sebagai profilaksis jangka panjang Hereditary Angioedema karena defisiensi C1-inhibitor (C1-INH-HAE). Avoralstat merupakan inhibitor kallikrein plasma yang poten. Terapi avoralstat oral telah diuji dalam uji coba fase III dalam mempersingkat episode angioedema dan meningkatkan kualitas hidup pasien dengan C1-INH-HAE dibandingkan dengan terapi plasebo. Nafamostat dan camostat adalah inhibitor protease serin sintetis. Nafamostat menghambat beberapa sistem enzim, yaitu sistem koagulasi dan fibrinolitik (trombin, Xa, dan XIIa), sistem kalikrein-kinin, sistem komplemen, protease pankreas, dan aktivasi protease-activated receptor (PARs). Pada COVID 19, nafamostat dapat mencegah perkembangan penyakit dengan mengendalikan sistem kekebalan seperti kaskade komplemen, mencegah disseminated intravascular coagulation (DIC), dan mencegah invasi virus dengan menghambat fusi virus di membran sel. Camostat digunakan untuk pengobatan pankreatitis kronis, drug-induced lung injury, dan berpotensi sebagai terapi COVID 19 dengan mencegah masuknya virus ke dalam sel paru.
Hasil molecular docking antara human plasma kallikrein (PDB ID: 5TJX) dengan ligan menggunakan Autodock 4.2 menunjukkan rentang binding energy -9,35 dan -3,59. Binding energy terkecil diperoleh secara berurutan yaitu xanthohumol, nafamostat, demethoxycurcumin, epicatechingallate, beta mangostin, alpha mangostin, avoralstat, camostat (-9.52, -9.35, -9.33, -9.28, -9.19, – 9,06, -8,41, -8,23 kkal/mol). Senyawa alam yang memiliki binding energy terkecil yaitu xanthohumol. Xanthohumol merupakan prenylflavonoid yang ditemukan pada tanaman hop (Humulus lupulus L.). Pada penelitian sebelumnya, Xanthohumol dapat menurunkan regulasi mediator inflamasi dengan menghambat transaktivasi NF-κB di makrofag LPS-activated serta menghambat STAT-1α dan aktivasi IRF-1 dalam makrofag IFN 18-activated. Xanthohumol dapat secara efektif menghambat stres oksidatif yang diinduksi LPS dan menghambat kerusakan akibat inflamasi pada paru.
Demethoxycurcumin dapat ditemukan dalam kunyit (Curcuma longa) dan jahe (Curcuma xanthorriza). Senyawa ini memiliki efek anti-inflamasi, antioksidan, dan antiproliferatif. Demethoxycurcumin secara signifikan mengurangi inflamasi karena peningkatan ekspresi IL-1 , IL-6, NF-κB, TNF-α, iNOS, dan COX-2. Epicatechingallate banyak ditemukan pada tanaman teh (Camellia sinensis). Epicatechingallate telah dipelajari memiliki efek anti-inflamasi, yaitu mengurangi ekspresi TNF-α, IL-1β sehingga melemahkan ekspresi iNOS dan COX-2. Beta mangostin diperoleh dari ekstrak heksana dan kloroform kulit batang buah manggis (Garcinia mangostana). Beta mangostin memiliki efek anti inflamasi dengan menghambat produksi nitric oxide (NO).
Hasil penelitian in silico molecular docking menunjukkan bahwa xanthohumol, nafamostat, demethoxycurcumin, epicatechin gallate, beta mangostin, alpha mangostin memiliki potensi terbaik sebagai inhibitor human plasma kallikrein. Namun, penelitian lebih lanjut seperti in vitro, in vivo, dan uji klinis masih diperlukan untuk mengetahui potensi obat dan senyawa aktif tanaman untuk pengobatan.
Penulis: Dr. Siti Khaerunnisa, M.Si
Sitasi: Tan, F., Prasanty, C., Veterini, A., Setiawati, Y., Awaluddin, R., Fadilah, F. and Khaerunnisa, S., 2021. Molecular Docking Human Plasma Kallikrein to Prevent Acute Respiratory Distress Syndrome(ARDS) in COVID-19 Patient. Indian Journal of Forensic Medicine & Toxicology, 15(4), pp.1146-1151.
