BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Cyclooxygenase -2 (COX-2)
2.2.3 Peranan COX-2 dan Prostaglandin pada Berbagai
Gambar 2.2 Metabolisme dan jalur eikosanoid
Enzim Cyclooxygenase (COX) mengkonversi asam arakidonat menjadi prostaglandin intermediat PGG2, dan kemudian menjadi PGH2. Berikutnya tahapan enzim tersebut, dikatalisis oleh isomer spesifik, menghasilkan berbagai eikosanoid lain. Thromboksan (TX) A2 dan prostasiklin (PGI2), produksi platelet dan endotel, dimana keduanya berperan dalam biologi pembuluh darah. Yang terpenting adalah hubunganya dengan tumorgenesisi sel epitel, PGE2 secara umum berasal dari PGH2 melalui aksi dari sintesis PGE2. Signal PGE2 berikutnya diinisiasi melalui interksi PGE2 dengan PGE2 reseptor EP1, denganasal yang sama menjadi EP4. Signal PGE2 bisa dihentikan melalui katabolisme yang dimediasi oleh 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase (15-PGDH). Peningkatan konsentrasi PGE2 pada jaringan sel ganas akibat dari ekspresi berlebihan dari enzim COX-2, modulasi sintesis PGE dan atau hilangnya ekspresi 15-PGDH (Howe, 2007).
2.2.3 Peranan COX-2 dan Prostaglandin pada Berbagai Mekanisme Kanker
Beberapa studi terbaru menunjukkan bahwa level enzim COX-2 meningkat pada beberapa kanker, seperti karsinoma kolorektal, karsinoma sel skuamous
kepala dan leher, serta beberapa kanker paru-paru dan payudara. Faktor yang kemungkinan berperan dalam peningkatan ekspresi COX-2 adalah sitokin, faktor pertumbuhan, mediator inflamasi, agen perusak DNA dan agen oksidasi. Pada manusia dan model binatang level COX-2 ditemukan lebih tinggi pada adenokarsinoma tipe intestinal dibandingkan pada lesi prakanker seperti famylial
adenomatous polyposis . Mirip pada beberapa karsinoma sel skuamous kepala dan
leher, level COX-2, PG, seperti PG2α, PGE2 dan metabolisnya ditemukan lebih tinggi daripada jaringan normal (Divvella, 2010).
Tikus, dengan tumor suppressor gene Adenomatous Polyposis Coli (APC) yang mendapat knocked out, tumbuh menjadi polip adenomatous. Tikus yang sama, ketika ditumbuhkan dengan COX-2 knock out, tikus tersebut menunjukkan penurunan pertumbuhan polipnya. Pada beberapa studi eksperimental, Prostaglandin ditemukan menstimulasi sintesis DNA pada berbagai dosis percobaan. Prostaglandin dan metabolismenya diketahui mengatur proses seluler seperti mitosis, proliferasi sel dan adhesi sel. Studi epidemiologi mengesankan penurunan insiden kanker esophagus, lambung, kolon dan rektum pada orang yang menggunakan terapi NSAIDs secara teratur, semua menunjukkan out come keterlambatan dalam pertumbuhan yang nyata selama beberapa dekade. Dimana sel kanker akan kembali muncul dan berkembang ketika pengobatan dihentikan (Divvella, 2010).
24
2.2.3.1 Peranan COX-2 terhadap Respon Imun
Penelitian yang dilakukan pada tahun 1980-an menunjukkan bahwa tumor-tumor epitel mengandung kadar PGE2 yang lebih tinggi dibandingkan dengan jaringan yang normal. Terdapat hipotesis yang menyebutkan bahwa kurangnya imunitas anti tumor dihasilkan oleh efek immunosupresif dari PGE2. Penelitian yang dilakukan dengan pemberian inhibitor COX-2 pada murine Lewis karsinoma paru terbukti dapat meningkatkan infiltrasi sel limfosit tumor, mengurangi pertumbuhan tumor, mengembalikan keseimbangan respon imun anti tumor, yaitu menurunkan Interleukin-10 (10) dan meningkatkan Interleukin-12 (12). IL-10 dan IL-12 merupakan komponen penting dalam regulasi imunitas seluler anti tumor (Bertagnolli, 2008).
2.2.3.2 Peranan COX-2 dan PGE2 terhadap Apoptosis
Pada sel yang normal, apoptosis bertujuan untuk mencegah proliferasi yang tidak terkontrol dengan mengeleminasi sel-sel yang mengalami senescent atau mengalami kerusakan molekuler. Fungsi ini sangat penting terutama pada sel–sel epitel yang terus mengalami pembaharuan melalui siklus proliferasi sel, kemudian mengalami diferensiasi akhir, senescent dan akhirnya mati. Terganggunya mekanisme apoptosis menyebabkan sel-sel tumor memiliki waktu survive lebih lama dan terjadi akumulasi genetic eror. Terjadinya gangguan pada program kematian sel juga berkontribusi terhadap resistensi terhadap terapi, menyebabkan sel tumor lebih sulit untuk dibunuh dengan radiasi atau kemoterapi (Sobolewski, 2009).
Sejumlah studi menyebutkan bahwa COX-2 dan PGE2 merupakan faktor yang penting pada mekanisme apoptosis sel epitel. Beragam studi in vitro menunjukkan bahwa COX-2 meningkatkan proliferasi sel maupun resistensi terhadap apoptosis, dan supresi terhadap COX-2 akan mengembalikan apoptosis. Misalnya, pemberian PGE2 pada karsinoma kolorektal dapat menurunkan basal
apoptotik rate dan meningkatkan protein supresor apoptosis BCL2. Sehingga
sama artinya dengan induksi COX-2 terhadap pembelahan sel-sel kanker berhubungan dengan menurunnya apoptosis (Bertagnolli, 2008).
2.2.3.3 Peranan COX-2 dan Prostaglandin dalam Memicu Angiogenesis dan
Limfangiogenesis
Angiogenesis merupakan proses yang diperlukan untuk menstabilkan koloni tumor yang baru terbentuk dan untuk menyokong pertumbuhan massa tumor. COX-2 dan PG (misalnya PGE2 dan PGI2) merupakan faktor potensial yang penting pada angiogenesis tumor. COX-2 secara konsisten terekspresi dalam pembentukan pembuluh darah baru dalam tumor dan pembuluh darah disekitar tumor payudara, paru, pankreas, prostat, kandung kemih dan kolon. Efek pro-angiogenik dari COX-2 dapat meningkatkan ekspresi dari Vascular Endothelial
Growth Factor (VEGF). Immunoreaktivitas COX-2 juga berhubungan dengan
immunoreaktivitas VEGF-A pada kanker kolorektal dan metastasis hati pada kanker kolorektal.
Overekspresi COX-2 berkorelasi dengan meningkatnya ekspresi VEGF pada angiogenesis karsinoma hepatoselular. Penelitian ini memakai Heb3B HCC cell
26
line, merupakan sel hepatosit karsinoma yang membawa gen HBV. Clone Heb3B, yang merupakan cell line dengan overekspresi COX-2 menunjukkan ekspresi VEGF yang lebih tinggi dibandingkan dengan clone yang tidak mengekspresikan COX-2. Selain menginduksi angiogenesis, COX-2 juga memicu limfangiogenesis. Efek limfangiogenik dari COX-2 dapat meningkatkan VEGF-c, yang konsisten terekspresi pada tumor paru, leukemia dan kanker lambung (Bertagnolli, 2008; Fosselin, 2011).
2.2.3.4 Peranan COX-2 terhadap Migrasi dan Invasi Sel Ganas
PGE2 dapat mengaktivasi EGFR melalui mekanisme langsung maupun tidak langsung mengaktivasi pertahanan dan migrasi sel. Mekanisme sinyal COX-2 dan EGFR menunjukkan hubungan sangat erat. COX-2 dapat mempengaruhi invasi sel secara langsung dengan mengaktivasi Matrix Metalloproteinase-2 (MMP2). Penelitian lain mengemukakan bahwa COX-2 memicu invasi sel tumor melalui
Nuclear Factor of Activated T Cell (NFAT)-Binding Site pada COX-2 promoter.
NFAT merupakan family dari faktor transkripsi yang diidentifikasi pertama kali dari sel-sel hematopoetik. Aktivitasnya memicu invasi sel pada tumor payudara,
sarcoma kapossi dan kanker kolon. Sequen NFAT berdekatan dengan Ap-1
binding site yang terletak pada COX-2 promoter. Dimana penelitian terdahulu
menunjukkan sequen ini sangat penting untuk aktivasi transkripsi COX-2. Aktivasi NFAT akan meningkatkan ekspresi COX-2, PGE2 dan memicu invasi sel-sel tumor (Bertagnolli, 2008; Sihto et al, 2011) .
2.2.3.5 Peranan COX-2 terhadap Kerusakan DNA
Meskipun prinsip efek tumorigenik dari COX-2 termasuk memicu PGE2, COX-2 juga memiliki aktivitas peroksidase dan hasilnya dapat berpotensi terbentuknya mutagen DNA pada jaringan yang beresiko. Isomerisasi produk COX-2 yaitu PGH2, memicu terbentuknya melondialdehyde, yang merupakan mutagen poten yang dapat menyebabkan frame shift DNA dan substitusi pasangan basa. Tergantung dari lingkungan jaringan, karsinogen dapat terbentuk melalui aktivitas peroksidase dari COX-2 yang berasal dari bermacam substrat termasuk amin aromatik, amin heterosiklik, derivat hidrokarbon polisiklik (Bertagnolli, 2008).