2.8 Matriks Metalloproteinase (MMPs)
2.8.3 MMP-9 dalam Proses Keganasan
Karakteristik dasar dari kanker adalah kemampuannya untuk menginvasi jaringan sekitarnya dan metastasis regional dan jauh. Penelitian dasar kanker pada umumnya ditujukan kepada mutasi sel kanker yang menyebabkan gain-of-function onkogen atau loss-of-function tumor supressor gen. Namun, matriks ekstraseluler tumor, sel stromal pada tumor juga berperan penting terhadap progresi dari tumor.80
Matriks ekstraseluler merupakan barrier utama yang harus dilewati sel kanker untuk menimbulkan suatu metastasis. Sel kanker awalnya harus melewati membran basal epitel, kemudian sel kanker menginvasi ke stroma di sekitarnya. Setelah itu, sel kanker akan memasuki pembuluh darah atau limfatik dan ekstravasasi ke organ jauh untuk membuat proliferasi tumor yang baru.81
Proses metastasis ini didukung dengan munculnya dan sekresi beberapa enzim proteolisis yang akan mendegradasi beberapa komponen matriks ekstraseluler. Degradasi ini akan membentuk lubang kecil pada membran basal sekitar pembuluh darah sehingga terjadi ekstravasasi dan invasi sel tumor.82 MMPs, famili zinc dependent endopeptidase, merupakan protease utama yang berperan dalam migrasi sel tumor, penyebaran, invasi jaringan dan metastasis. Disamping itu, terjadinya malignansi juga berhubungan dengan angiogenesis yang memudahkan terjadinya pertumbuhan tumor, memudahkan penyebaran melalui hematogen. MMPs mempunyai peranan terjadinya angiogenesis melalui pelepasan dan aktivasi proangiogenik potensial atau melakukan degradasi
124
terhadap inhibitor angiogenesis.80 Aktivitas MMP juga berhubungan dengan mekanisme sel kanker terhindar dari respon sistem imun. Beberapa MMP termasuk MMP-9 mampu menekan proliferasi limfosit T dengan merusak sinyal IL-2Rα.67,82,83
MMPs memfasilitasi proses invasi dan metastasis dengan mendegradasi komponen matriks ekstraseluler. Selain itu juga memperantarai aktivasi faktor pertumbuhan, menekan apoptosis sel tumor, dan merusak perkembangan gradien kemokin respon imun host serta pelepasan faktor angiogenesis.81
Peningkatan aktivitas MMPs telah dideteksi dan menunjukkan hubungan dengan invasi dan metastasis beberapa kanker termasuk ovarium, paru, payudara, kolorektal dan kanker sel serviks.83
Davies et. al. (1993) melaporkan ekspresi pro MMP-9 dan pro MMP-2 mempunyai hubungan dengan derajat tumor kandung kemih pada 42 sampel yang dilakukan biopsi. Selain itu, ia juga melaporkan bahwa kadar MMP-9 lebih tinggi pada kanker kandung kemih dibandingkan dengan kontrol.84
Delektorskaya et. al. (2007) dengan studi kasus kontrol terhadap kanker kolorektal dengan 92 sampel yang dilakukan biopsi dengan metastasis jauh (kasus) dan 73 sampel tanpa metastasis jauh (kontrol) didapatkan overekspresi MMP-9 (61.9%) dan MMP-2 (46.7%) pada kasus dengan p=0.001. Ekspresi MMP-9 di sel kanker mempunyai hubungan signifikan dengan prognosis (p=0.032).85
Ahmad & Mohammed (2011) melakukan studi potong lintang pada 40 sampel jaringan adenokarsinoma kolorektal yang dilakukan reseksi margin dan biopsi serta memperoleh adanya perbedaan yang signifikan antara ekspresi MMP-2 dan MMP-9 in situ mRNA antara jaringan tumor dengan batas reseksi potongan jaringan tersebut (p<0.001 dan p<0.001). Selain itu, mereka juga melaporkan adanya peningkatan ekspresi MMP-2 dan MMP-9 pada tumor yang menginvasi submukosa sampai ke propria muskularis dibandingkan dengan tumor yang menginvasi di serosa (p<0.05 dan p<0.05) yang menunjukkan adanya perbedaan ekspresi MMP-2 dan MMP-9 pada kedalaman invasi tumor.83
Pada analisa hibridisasi in situ menunjukkan adanya ekspresi mRNA MMP-2 dan MMP-9 pada sel tumor adenokarsinoma dan sel stroma, terutama yang berdekatan dengan sel kanker. Hal ini mencerminkan dugaan bahwa induksi ekspresi MMP-2 dan MMP-9 pada sel adenokarsinoma kolorektal distimulus oleh sel stroma. Hal ini mendukung laporan sebelumnya yang menunjukkan ekspresi MMPs diregulasi oleh interaksi tumor-stroma. Sel stroma (fibroblas, sel inflamasi dan sel endotelial) mensekresi
125
berbagai tipe MMP sebagai respon terhadap sitokin, kemokin, extracellular matrix metalloproteinase inducers (EMMPRIN) yang disekresikan dari sel tumor (sel tumor menggunakan MMP yang dihasilkan untuk merusak membran basal, menginvasi jaringan yang terdekat dan metastasis organ jauh).83 Sel tumor juga dapat merangsang sel penjamu di sekitar stroma untuk mensekresi enzim MMPs atau sebaliknya.74
Aktivitas MMPs diatur pada tiga tahap yaitu transkripsi, aktivasi zimogen prekursor dan inhibisi oleh inhibitor terutama tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs) dan proteinase inhibitor nonspesifik. TIMPs diekspresi awalnya oleh sel tumor dan berperan dalam sebagai regulator mekanisme aktivasi stroma MMP.87,98 TIMP terdiri dari empat anggota dan berperan kuat dalam mengatur mekanisme aktivasi dan fungsi MMPs. TIMP-1 dapat menghambat kolagenase 3 dan gelatinase. TIMP-2 mengikat MMP-2 dan juga menghambat aktivitas MMP-1, MMP-3, MMP-7 dan MMP-9. Keseimbangan lokal antara enzim MMP dan inhibitornya merupakan faktor yang sangat penting dalam
invasi dan metastasis tumor.74 Penelitian Ikebe et al (1999) terhadap 57 spesimen
karsinoma sel skuamosa oral diperoleh kadar TIMP-1 pada spesimen jaringan tumor lebih tinggi pada kasus non-metastasis dibandingkan kasus metastasis. Pada kasus dengan kadar MMP yang tinggi dan kadar TIMP yang rendah berpotensial untuk terjadi metastasis.86
Tahapan MMPs dalam proses keganasan yaitu sebagai berikut :87
• MMP membantu pembentukan microenvironment yang mendukung bagi pertumbuhan tumor yang diperkirakan terjadi melalui pelepasan growth factor matriks ekstraseluler. • MMP membantu proses angiogenesis tumor dan peningkatan kemampuan sel tumor
untuk bermigrasi dan menginvasi stroma disekitarnya.
• MMP berperan dalam proses angiogenesis pada lokasi metastasis sehingga mendukung kelangsungan hidup sel tumor metastasis
• MMP berperan dalam kerusakan membran basalis dinding pembuluh darah, sehingga memudahkan masuknya sel tumor kedalam sirkulasi darah (intravasasi) dan keluar dari sirkulasi darah (ekstravasasi).
• MMP kemudian berperan juga dalam modifikasi microenvironment baru di tempat metastasis. Hal ini akan membantu proses pertumbuhan sel tumor metastasis di lingkungan barunya.
126 2.9 Hubungan VEGF dan MMP-988
Seperti tumor solid pada umumnya, tumor gaster memerlukan vascularisasi baru, jika ingin tumbuh semakin membesar dari beberapa milimeter. Pembuluh darah baru tidak hanya diperlukan untuk memenuhi kebutuhan metabolik pada suatu tumor untuk mensuplai nutrisi tambahan, tetapi juga berpotensi membuat jalur baru untuk desiminasi dan metastasis tumor. Pertumbuhan tumor gaster, memerlukan angiogenesis, sejak terjadinya stroma tumor yang berintegrasi meningkatkan neovascularisasi melalui faktor angiogenik, seperti matrix metalloproteinases (MMPs) dan vascular epithelial growth factor (VEGF). Ketika terjadi paparan kronis oleh faktor angiogenik akan mendukung proteolysis dari membran basal atau fungsi endotelial pericyt yang berlawanan, jaringan pembuluh darah menjadi sangat permiabel, memfasilitasi terjadinya ekstravasasi dan akhirnya metastase dari sel tumor.
MMPs adalah keluarga enzim proteolitik yang mendegradasi berbagai komponen matriks ekstraselular (ECM). Tingkat ekspresi yang tinggi MMPs tertentu, baik oleh sel-sel tumor itu sendiri, oleh fibroblas stroma, atau dengan infiltrasi sel-sel-sel-sel inflamasi, yang berkorelasi erat dengan tumor invasif dan metastasis potensial. Selain itu, mereka berpartisipasi dalam degradasi membran basal pembuluh darah dan renovasi dari ECM selama angiogenesis. 72 kDa MMP-2 dan 92 kDa MMP-9 telah terbukti memainkan peran penting dalam "switch angiogenik" dan sel-sel tumor bisa mensintesis dan jumlah besar rahasia MMP-2 dan MMP-9 dalam parakrin dan / atau cara autokrin untuk merangsang angiogenesis dan meningkatkan pelepasan VEGF. VEGF itu sendiri adalah 45 kDa glikoprotein homodimeric, yang bertindak sebagai mitogen endotel ampuh dan selektif, menginduksi respon angiogenik cepat dan lengkap melalui mengikat reseptor. Baru-baru ini, bukti disajikan bahwa PTEN (fosfatase dan tensin homolog dihapus dari kromosom manusia 10) menghambat pembentukan tabung endotel in vitro dan tunas pembuluh darah dalam model ex vivo angiogenesis, karena efeknya ikut mengatur VEGF.
Angiogenesis, proses pembentukan kapiler baru dari pembuluh yang sudah ada, memainkan peran penting dalam invasi dan metastasis keganasan, karena memberikan oksigen dan nutrisi ke tumor dan saluran untuk metastasis hematogen nya. Dalam penelitian yang dilakukan oleh Zheng et al 2006, ekspresi faktor angiogenik MMP-2, MMP-9 dan VEGF ditemukan secara positif terkait dengan ukuran tumor, kedalaman invasif, limfatik dan invasi vena, metastasis kelenjar getah bening dan UICC pementasan,
127
sejalan dengan kontribusi mereka untuk pengembangan pembuluh darah tumor yang memungkinkan pertumbuhan tumor padat dan metastasis.
Saat ini dinyatakan bahwa MMPs mempromosikan pertumbuhan tumor dan metastasis oleh berbagai mekanisme yang mencakup degradasi ECM dan mungkin regulasi pertumbuhan sel tumor sendiri. Ini didokumentasikan bahwa 2 dan MMP-9 berkontribusi dalam ekstraseluler dari tumor necrosis factor (TNF) -alpha dan larut dalam Fas ligan, yang mencegah sel-sel kanker menjalani limfosit-induksi apoptosis. Dengan demikian, MMP-2 dan MMP-9 yang terlibat tidak hanya dalam kemajuan, tetapi juga dalam pertumbuhan karsinoma lambung melalui proteolisis dari ECM dan penghambatan apoptosis. VEGF adalah sitokin multifungsi yang kuat dan memberikan beberapa tindakan yang berpotensi independen pada endotel vaskular, termasuk mitogenesis endotel, permeabilitas, tonus pembuluh darah, produksi molekul vasoaktif dan anti-apoptosis sel endotel pada pembuluh darah yang baru terbentuk.
Gambar 2.17 MMPs Facilitate Angiogenesis89
Kurt et al (2012) mengkonfirmasi bahwa dari penelitian pasien kanker rektum stadium ringan dan sedang yang akan dioperasi dan dilakukan biopsi dengan menggunakan endoskopi fleksibel, dilakukan pemeriksaan kadar MMP-9 dan VEGF sebelumnya, merupakan penanda onkologis yang baik untuk memprediksi rendahnya kekambuhan dan metastasis. Dengan rendahnya kadar MMP-9 dan VEGF juga dapat memprediksi respon terhadap neodjuvant kemoradiasi dan dapat merancang penyesuaian neoadjuvant dan penyesuaian terapi adjuvant secara individual. 90
Zheng et al 2006. Dari 229 pasien dengan karsinoma lambung, terdiri dari 166 laki-laki dan 63 perempuan, umur antara 38-88 tahun, yang dikumpulkan di rumah sakit antara tahun 1993 dan 2002. Pasien tersebut dilakukan biopsi pada daerah lambung dan
128 Penderita Gastritis H. Pylori
Meningkatkan sekresi asam Aktivasi sel imun (Limfosit, Cytokin, Growth factor)
INFLAMASI
Meningkatkan faktor angiogenesis (spt. MMP, VEGF dll.)
Ekspresi MMP-9 tidak terkontrol
Pertumbuhan sel kanker meningkat dan terjadi metastase sel kanker
Sel kekurangan oksigen dan nutrisi untuk pertumbuhan sel kanker
HIF-1α meningkat
VEGF meningkat
ANGIOGENESIS
Cag A
Menghambat APOPTOSIS
Gambar 2.18 hubungan VEGF dengan MMP-9 pada gastritis H.pylori yang terinjeksi Cag A
sehingga terjadinya peningkatan Angiogenesis pada sel kanker.
memeriksakan patologi anatomi untuk memastikan diagnosa. 100 kasus disertai dengan metastasis kelenjar getah bening. Dibandingkan faktor-faktor angiogenik dengan MVD dan menemukan asosiasi positif dengan ketiga, MMP-2, MMP-9 dan VEGF. Selain itu, korelasi kuat ekspresi VEGF dengan MMP-2 dan MMP-9 ditemukan. Hal ini juga diketahui bahwa angiogenesis mempunyai tiga langkah utama yaitu: proliferasi sel endotel, kerusakan migrasi sel endotel dan ECM. Faktor angiogenik mengendalikan tiga aspek tersebut melalui berbagai mekanisme. Misalnya, MMP-2 dan MMP-9 dapat merombak ECM dan mempromosikan mobilitas sel epitel pembuluh darah. VEGF mungkin meningkatkan proliferasi sel epitel pembuluh darah dan menghambat apoptosis.
Kesimpulannya, VEGF dan MMP-9 tampak erat terlibat dalam pertumbuhan, angiogenesis dan perkembangan Gastritis H. pylori.
129 2.10 Kerangka Teori
Gambar 2.19 Kerangka Teori