## PERAN CATHEPSIN D INHIBITOR PADA TERAPI KANKER
Devi Maulina 1
maulinadevi2011@gmail.com , Prodi DIII Farmasi, Politeknik Kesehatan Hermina, Jakarta, Indonesia

## Abstract
Cathepsin  D  was  marker  of  poor  prognosis  in  cancer  and  increased  levels  of  Cathepsin  D associated with increasing malignancy of cancer cells. Inhibition of Cathepsin D is a potential target for treating cancer. This study  is  a  systematic  review  of  the  role  of  cathepsin  D  inhibitors  in  cancer  therapy.  Data  was  obtained  from literature searches by collecting literature from databases such as Scopus, Pubmed, Google Scholar and Science Direct from 2016-2020.
Keyword: cathepsin D inhibitor, cancer, systematic review

## Abstrak
Cathepsin D dianggap sebagai penanda memburuknya prognosis pada kanker dan peningkatan kadar Cathepsin D berhubungan  dengan  meningkatnya  keganasan  sel  kanker.  Hal  ini  tentu  saja  mendasari  bahwa  penghambatan terhadap Cathepsin D merupakan target potensial untuk mengobati kanker. Penelitian ini merupakan sistematika review  peran  cathepsin  D  inhibitor  pada  terapi  kanker.  Data  diperoleh  dari    penelusuran  literatur  dengan  cara pengumpulan literature dari database seperti Scopus, Pubmed, Google Scholar dan Science Direct dari tahun 2016- 2020.
Kata kunci: cathepsin D inhibitor, kanker, sistematika review

## PENDAHULUAN
Kasus baru kanker di seluruh dunia diperkirakan 19,3 juta kasus (18,1 juta tidak termasuk kanker kulit non melanoma) dan hampir 10,0 juta kematian disebabkan kanker (9,9 juta tidak termasuk kanker kulit non melanoma) (Sung et al., 2021). Sementara itu di Indonesia data Riset Kesehatan Dasar (Riskesdas) tahun 2018 menunjukkan prevalensi kanker sebesar 1,79 per 1000 penduduk , naik dari tahun 2013 sebanyak 1.4 per 1000 penduduk (Kemenkes RI, 2018) Kanker  merupakan  penyakit  kompleks  dengan  ciri  umum  pertumbuhan  sel  yang  tidak terkendali, menghindari apoptosis dan hilangnya regulasi siklus sel (Baskar et al., 2014). Sel kanker memulai tumor dengan adanya mutasi pada onkogen dan supresor tumor gen. Sel kanker membelah lebih cepat daripada sel normal dan tingkat pertumbuhannya dilaporkan berkorelasi dengan peningkatan perubahan metabolik selama transformasi sel (Baskar et al., 2014). Sekitar 5-10%  dari  semua  kasus  kanker  disebabkan  oleh  cacat  genetik,  sedangkan  sisanya  90-95% disebabkan  pada  lingkungan  dan  gaya  hidup.  Faktor  gaya  hidup  meliputi  merokok,  diet (makanan  gorengan,  daging  merah),  alkohol,  paparan  sinar  matahari,  polusi  lingkungan, infeksi, stres, dan obesitas (Chaudhary H et al., 2012).
Perawatan yang saat ini dilakukan untuk terapi kanker terdiri dari terapi radiasi, operasi, kemoterapi, imunoterapi dan terapi hormone (Baskar et al., 2012). Kemajuan yang luar biasa telah  dicapai  dalam  pengembangan  dan  pengobatan  kanker  dalam  beberapa  tahun  terakhir. Namun  dengan  meningkatnya  kejadian  kanker,  manajemen  klinis  kanker  terus  menjadi tantangan  bagi  abad  ke-21.  Meskipun  penelitian  dan  metode  pengobatan  telah  berkembang pesat  untuk  penanganan  penyakit kanker, namun  angka kematian pasien kanker tetap tinggi, hal  ini  terutama  disebabkan  karena  proses  metastasis  dan  invasi  kanker.  Telah  diketahui sebelumnya  bahwa  perjalanan  dari  kanker  sangat  kompleks,  meliputi  onkogenesis,  imunitas pejamu, angiogenesis, invasi dan metastasis (Tobias & Hochhauser, 2009).
Invasi  dan  metastasis  tumor  berhubungan  dengan  aktivitas  proteolitik  enzim  protease (Park et al., 2020).  Salah satunya adalah Cathepsin D yang merupakan enzim protease lisosom
yang terletak dihampir semua sel dan jaringan pada mamalia. (Tan et al., 2013). Ekspresi dan sekresi Cathepsin D secara berlebihan oleh tumor ganas terlibat dalam invasi tumor, proliferasi, metastasis, dan menghambat apoptosis (Tan et al., 2013). Analisis kuantitatif Cathepsin D pada sel  kanker  payudara  menunjukkan  bahwa  konsentrasi  Cathepsin  D  di  sitoplasma  berkorelasi dengan ukuran, diferensiasi, dan metastasis tumor padat. Penelitian sebelumnya membuktikan bahwa lebih dari 75% sel-sel kanker karsinoma duktus invasif menunjukkan ekspresi Cathepsin D (Lubis et al., 2012). Cathepsin D dianggap sebagai penanda prognosis independen pada jenis kanker  dan  peningkatan  Cathepsin  D  berhubungan  dengan  meningkatnya  keganasan  dari kanker termasuk kanker payudara, kanker ovarium, kanker lambung dan kanker prostat. Hal ini tentu saja mendasari bahwa Cathepsin D merupakan target potensial untuk mengobati kanker (Ketterer et al., 2020; Xu et al., 2017).

## METODE
Penelitian  ini  merupakan  sistematika review peran  cathepsin  D  inhibitor  pada  terapi kanker.  Data  diperoleh  dari    penelusuran  literatur  dengan  cara  pengumpulan  literature  dari database seperti Scopus, Pubmed, Google Scholar dan Science Direct dari tahun 2016-2020.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Cathepsin D merupakan acidic lysosomal protease yang dapat ditemukan pada endosom dan lisosom sel mamalia dan dikode oleh gen CTSD. Gen cathepsin D manusia mengandung 9 ekson, dan terletak pada kromosom 11p15 (Xu et al., 2017).
Cathepsin D disintesis dalam retikulum endoplasma (RE) kasar sebagai proprocathepsin D  berukuran  30-50  kDa  dalam  bentuk  inaktif.  Pada  jalur  RE/Golgi,  sinyal  urutan  peptida dibelah  dan  procathepsin  D  (pCD)  dilapisi  glikosilasi  pada  residu  asparagin.  Selanjutnya, procathepsin  D  ditargetkan  pada  struktur  vesikular  intraseluler  (lisosom,  endosom).  Saat memasuki kompartemen asam ini, pembelahan propeptida menghasilkan suatu formulasi enzim aktif  rantai  tunggal.  Proses  proteolitik  lebih  lanjut  menghasilkan  Cathepsin  D  matang  yang terdiri dari rantai berat dan rantai ringan. Pada sel kanker procathepsin D yang tidak aktif secara enzimatik disekresikan ke dalam ruang ekstraselular. Hal ini memungkinkan procathepsin  D dapat  dikonversi  di  lingkungan  ekstraseluler  yang  bersifat  asam  menjadi  pseudocathepsin  D yang aktif secara enzimatik dengan proses autokatalitik. Hipotesanya pseudocathepsin D dapat diproses oleh protease lain menjadi  Cathepsin D rantai tunggal atau selanjutnya menjadi dua rantai Cathepsin D. Pada tumor, bentuk aktif Cathepsin D juga bisa dilepaskan dari sel nekrotik. Adanya  bentuk  Cathepsin  D  aktif  tertentu  di  ruang  ekstraselular  tumor  padat  secara  in  vivo dapat diasumsikan namun tidak pernah dibuktikan secara langsung (Masson et al., 2010).
Cathepsin  D  berperan  penting  dalam  tahap  progresi  sel  kanker  dengan  mekanisme merangsang  proliferasi  sel  kanker,  invasi  dan  metastasis,  angiogenesis  tumor,  dan penghambatan apoptosis sel kanker.(Benes et al., 2008) . Penelitian sebelumnya mengemukakan bahwa  Cathepsin  D  dapat  merangsang  proliferasi  sel  kanker  melalui  aktivitas  enzimatik. Beberapa growth  factor , growth  factor receptor dan komponen matriks  ekstraselular (ECM) dapat ditemukan pada substrat Cathepsin D. Selain itu, Cathepsin D dapat mencerna berbagai kemokin dan karena itu dapat menurunkan respon kekebalan anti-tumor. pH ekstraseluler sel tumor cukup asam  dan procathepsin D yang disekresikan dapat dikonversi menjadi enzim aktif dalam lingkungan ekstraselular . (Reinheckel et al., 2008).
Mekanisme invasi dan metastasis sel kanker oleh Cathepsin D melalui degradasi matriks ekstraseluler,  aktivasi  protease,  dan  memotong  faktor  adhesi  antar  sel.  Mekanisme    invasi lainnya  adalah melalui degradasi  langsung  komponen matriks  ekstraseluler  sehingga  tercipta ruang  bagi  migrasi  sel  invasif. Cathepsin D diketahui dapat memotong komponen membran basalis  atau  matriks  ekstraseluler  antara  lain  laminin,  kolagen    tipe    IV,    fibronektin,    dan
tenascin-C.  Dalam    progresi  tumor,  cathepsin  seringkali      mengalami      translokasi      ke permukaan   sel   atau disekresi  ke  ruang  ekstraseluler,  memudahkan  akses cathepsin terhadap protease lain  di  permukaan  sel  atau  substratnya  dalam  matriks  ekstraseluler. Cathepsin D juga   berperan   dalam   aktivasi   protease   lain   dengan memulai kaskade  proteolitik  yang berujung  pada  pemecahan  beberapa  target,  yang  secara keseluruhan  memperkuat  proses invasi    tumor.    Eksperimen  in    vitro  menunjukkan  bahwa  cathepsin  memotong        dan mengaktifkan    MMP-1    dan    MMP-3, mengkonversi  prekursor  aktivator  plasminogen  tipe urokinase    (uPA)    menjadi  enzim    aktif,    yang  kemudian  mengkatalisis    pemotongan plasminogen  menjadi plasmin.  Plasmin  adalah  protease  serine  spektrum  luas  yang  dapat langsung mendegradasi  komponen  matriks  ekstraseluler  dan  mengaktifkan  MMP  lainnya Reinheckel et al., 2008).
Pada sel-sel kanker, cathepsin D yang berlebihan bisa terakumulasi dalam sel-sel yang dapat mempengaruhi kapasitas degradasi sel dan enzim tersebut dilepaskan secara berlebihan di lingkungan mikro tumor. Oleh karena itu, tindakan penghambatan cathepsin D memerlukan pengembangan  inhibitor  yang  dapat  menargetkan  cathepsin  D  di  ekstraseluler,  dan/atau intraselular  yang  terletak  di  berbagai  bagian  sel  (misalnya  vesikel  intraseluler,  sitosol,  atau nukleus) (Reinheckel et al., 2008).
Angiogenesis dan invasi adalah dua tahap dalam perkembangan tumor yang sejak lama diketahui  membutuhkan  aktivitas  proteolitik.  Proses  pembentukan  pembuluh  darah  baru, angiogenesis atau neovaskularisasi, sangat penting untuk pertumbuhan tumor dengan ukuran lebih  dari  1-2  mm 3 .  Angiogenesis  umumnya  dipicu  oleh  dilepaskannya  faktor  pertumbuhan proangiogenik, seperti  VEGFdari tumor. Sel  endotel bermigrasi  ke lesi yang bertumbuh dan membelah serta berdiferensiasi guna membentuk pembuluh darah baru, yang dapat didukung oleh sel  otot  polos.  Induksi  proteolisis diperlukan dalam proses degradasi  terkontrol matriks ekstraseluler dan membran basalis vaskuler, sebuah tahap penting dalam pertumbuhan darah. Pada akhirnya, proses ini tergantung pada keseimbangan antara faktor proangiogenik (vEGF, FGFs, protease, dan lain-lain) dan antiangiogenik (endostatin, tumstatin, thrombospondin, dan lain-lain) (Reinheckel et al., 2008).
Cathepsin  D  mampu  mendegradasi  TIMPs,  enzim  yang  dapat  mengendalikan  laju neoangiogenesis jaringan, penyebab pertumbuhan pembuluh darah yang tidak terkendali pada jaringan  tumor  (Gacko  et  al.,  2007).  Peran  Cathepsin  D  dalam  menghambat  apoptosis berdasarkan  pada  fungsi  katalitiknya.  Berchem  dkk,  menyatakan  bahwa  ekspresi  berlebih CTSD pada kultur sel D3Y1-Ad12 menyebabkan sel tersebut menghindar dari apoptosis karena fungsi katalitik cathepsin D (Minarowska et al., 2007).
Peran  Cathepsin  D  Inhibitor  pada  kanker  dapat  dijelaskan  melalui  mekanisme  sebagai berikut:
1. Menghambat Aktivitas Proteolitik Cathepsin
Aktivitas Cathepsin D dapat dihambat oleh analog struktural dari substrat sintetis dimana L-asam amino digantikan oleh D-asam amino. Segmen propeptida cathepsin D yang terbelah selama aktivasi zymogen, dilaporkan dapat menghambat procathepsin D dengan menghalangi situs aktif pada pH netral. Pada pH tinggi, konformasi yang stabil dari cathepsin D yang berada dalam  situs  aktif  tetap  di  hambat.  Fragmen  peptida  yang  berasal  dari  propeptida  telah menunjukkan  beberapa  potensi  penghambatan  cathepsin  D  yang  telah  mature.  Pepstatin  A, salah  satu  inhibitor  aspartik  protease  yang  diproduksi  oleh  mikroorganisme,  merupakan inhibitor cathepsin D polipeptida yang paling potensial. Pepstasin A merupakan heksa-peptida yang mengandung asam amino yang tidak biasa, statin (asam Sta, (3S, 4S) -4-amino-3-hydroxy- 6-methylheptanoic), dan memiliki urutan Iva-Val-Val-Sta-Ala- Sta yang awalnya diisolasi dari kultur  berbagai  spesies  Actinomycesdue  dengan  kemampuannya  untuk  menghambat  pepsin pada  konsentrasi  picomolar.  Peptasin  A  kemudian  ditemukan  sebagai  penghambat  potensial
dari  hampir  semua  protease  asam.  Pepstatin  biasanya  digunakan  untuk  mempelajari  peran cathepsin  D  secara  in  vitro  dan  di  dalam  sel.  Beberapa  penelitian  tampaknya  menunjukkan bahwa  pepstatin  A  yang  diberikan  secara  in  vivo  menginduksi  penurunan  metastasis  yang signifikan. Penghambatan aktivitas cathepsin D oleh tripeptida yang mengandung analog statin juga  telah  dilaporkan.  Inhibitor  cathepsin  D  polipeptida  juga  telah  diidentifikasi  di  banyak tanaman, seperti daun tomat dan umbi kentang. Inhibitor cathpsin D juga diproduksi oleh hewan yang lebih rendah, seperti equistatin dari Actinia equina yang juga dapat menghambat aktivitas sistein  cathepsin.  Menariknya,  telah  ditunjukkan  bahwa  asam  deoksiribonukleat  (fragmen DNA) dapat menghambat aktivitas proteolitik cathepsin D (Gacko et al., 2007). 2.      Menghambat aktivitas pengikatan pada resptor M6P
Studi tentang cathepsin D yang disekresikan sebagai mitogen melalui aktivitas pengikatan protein pada kanker menunjukkan keterlibatan bagian profragmen cathepsin D  dalam interaksi dengan reseptor permukaan sel yang tidak diketahui. Procathepsin D yang disekresikan juga dapat bertindak sebagai mitogen melalui interaksinya dengan M6P bagian dari reseptor M6P / IGF-2,  menggeser  IGF2  dari  reseptor  IGF1,  dan  menyebabkan  aktivasi  jalur  reseptor  IGF1 mitogenik. D231N cathepsin  D  mutan  yang tanpa  aktivitas proteolitik masih bersifat  mitogenik untuk sel kanker dan fibroblas baik secara in vitro dalam matriks tiga dimensi (3D), dan pada athymic nude mice. Temuan ini menunjukkan bahwa procahepsin-D dapat bertindak sebagai protein  pengikat  ekstraselular  dengan  secara  langsung  atau  tidak  langsung  memicu  reseptor permukaan  sel  yang  belum  teridentifikasi.  Selain  menggunakan  inhibitor  aktivitas  katalitik klasik,  menargetkan  procathepsin  pada  matriks  ekstraseluler  dapat  menjadi  perspektif  baru dalam penghambatan terapeutik fungsi protease pada kanker (Gacko et al., 2007).
3. Sebagai Pengganti Substrat Cathepsin D
Penemuan  substrat  fisiologis  cathepsin  D  menjadi  target  untuk  terapi  kanker.  Untuk memahami  fungsi  protease,  sangat  penting  untuk  mengidentifikasi  substrat  enzim  tersebut. Cathepsin D memotong secara khusus ikatan -Phe-Phe-, -Leu-Tyr-, -Tyr-Leu-, dan -Phe-Tyr- dalam rantai peptida yang mengandung paling sedikit lima asam amino pada pH asam. Peptida ini mengandung asam L-amino, dan juga mengandung residu asam amino hidrofobik di tempat yang dibelah oleh cathepsin D. Selain perannya sebagai enzim pendegradasi protein utama pada lisosom dan fagosom, telah ditunjukkan bahwa cathepsin D juga dapat mengaktifkan prekursor protein  aktif  biologis,  seperti  prolaktin  dan  osteopontin  pada  sel  khusus.  Beberapa  substrat cathepsin  D  telah  dilaporkan  secara  in  vitro,  namun  tidak  ada  substrat  endogen  cathepsin  D pada kanker yang telah diidentifikasi dengan jelas. Dalam proteomik, himpunan protein yang dapat  dihidrolisis  oleh  protease  dinamai  substratnya  degradom  atau  degradomik.  Sebuah metode  yang  disebut  (TAILS)  baru-baru  ini  dikembangkan  untuk  mengidentifikasi  substrat protease ekstraselular dan membran menggunakan pelabelan dan spektrometri massa iTRAQ. Pendekatan  proteomik  yang  kuat  ini,  yang  memungkinkan  ditemukannya  degradasi  substrat MMP-2,  juga  dapat  diterapkan  pada  identifikasi  substrat  cathepsin  D  menggunakan  sel  baik yang mengekspresikan atau tidak mengekspresikan cathepsin D (Gacko et al., 2007).

## PENUTUP
Cathepsin D yang merupakan enzim protease lisosom yang terletak dihampir semua sel dan  jaringan  pada  mamalia.  Ekspresi  dan  sekresi  Cathepsin  D  secara  berlebihan  oleh  tumor ganas terlibat dalam kemajuan invasi tumor, proliferasi, metastasis, dan apoptosis. Cathepsin D telah dianggap sebagai penanda prognosis independen pada jenis kanker dan peningkatan kadar Cathepsin  D  berhubungan  dengan  meningkatnya  keganasan  dari  kanker  termasuk  kanker payudara,  kanker  ovarium,  kanker  lambung  dan  kanker  prostat.  Hal  ini  mendasari  bahwa Cathepsin  D  merupakan  target  potensial  untuk  mengobati  kanker  dengan  pengembangan Cathepsin  D  inhibitor.  Peran  dari  cathepsin  D    inhibitor  dalam  terapi  kanker  antara  lain
menghambat aktivitas proteolitik cathepsin D, menggangu aktivitas pengikatan dengan reseptor mannosa 6 fosfat (M6P) dan sebagai pengganti substrat cathepsin D.

## DAFTAR PUSTAKA
Baskar, R., Dai, J., Wenlong, N., Yeo, R., & Yeoh, K. W. (2014). Biological response of cancer cells  to  radiation  treatment. Frontiers  in  Molecular  Biosciences , 1 (NOV),  1–9. https://doi.org/10.3389/fmolb.2014.00024
Baskar, R., Lee, K. A., Yeo, R., & Yeoh, K. W. (2012). Cancer and radiation therapy: Current advances and future directions. International Journal of Medical Sciences , 9 (3), 193–199. https://doi.org/10.7150/ijms.3635
Benes,  P.,  Vetvicka,  V.,  &  Fusek,  M.  (2008).  Cathepsin  D-Many  functions  of  one  aspartic protease. Critical Reviews
in Oncology/Hematology , 68 (1), 12–28. https://doi.org/10.1016/j.critrevonc.2008.02.008
Chaudhary  H,  K,  J.  P.,  D,  T.,  &  K,  P.  (2012).  Cathepsin  D:  A  Novel  Target  for  Apoptotic Induction,  as  a  Future  Anti-Cancer  Therapy:  a  Review  Journal  of  Physiology  and Pharmacology  Advances  Cathepsin  D:  A  Novel  Target  for  Apoptotic  Induction,  as  a Future Anti-Cancer Therapy: a Review. J Phys Pharm Adv , 2 (22), 87–9687.
Gacko, M., Minarowska, A., Karwowska, A., & Minarowski, Ł. (2007). Cathepsin D inhibitors. Folia Histochemica et Cytobiologica , 45 (4), 291–313. https://doi.org/10.5603/4501 Kemenkes  RI.  (2018).  Hasil  Riset  Kesehatan  Dasar  Tahun  2018. Kementrian  Kesehatan  RI , 53 (9), 1689–1699.
Ketterer, S., Mitschke, J., Ketscher, A., Schlimpert, M., Reichardt, W., Baeuerle, N., Hess, M. E., Metzger, P., Boerries, M.,  Peters, C., Kammerer, B., Brummer, T., Steinberg, F., & Reinheckel, T. (2020). Cathepsin D deficiency in mammary epithelium transiently stalls breast  cancer  by  interference  with  mTORC1  signaling. Nature  Communications , 11 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18935-2
Lubis, S. L., Lubis, H. M. N. D., & Lukito, H. J. S. (2012). Perbedaan Tampilan Cathepsin D pada Berbagai Grade Histo- patologi Karsinoma Duktus Invasif Payudara . 21 (2), 5–10. Masson, O., Bach, A. S., Derocq, D., Prébois, C., Laurent-Matha, V., Pattingre, S., & Liaudet- Coopman, E. (2010). Pathophysiological functions of cathepsin D: Targeting its catalytic activity  versus  its  protein  binding  activity? Biochimie , 92 (11),  1635–1643. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2010.05.009
Minarowska, A., Minarowski, Ł., Karwowska, A., &  Gacko, M. (2007).  Regulatory role  of cathepsin  D  in  apoptosis. Folia  Histochemica  et  Cytobiologica , 45 (3),  159–163. https://doi.org/10.5603/4519
Park, K. C., Dharmasivam, M., & Richardson, D. R. (2020). The role of extracellular proteases in tumor progression and the development of innovative metal ion chelators that inhibit their  activity. International  Journal  of  Molecular  Sciences , 21 (18),  1–22. https://doi.org/10.3390/ijms21186805
Reinheckel, T., Gocheva, V., Peters, C., & Joyce, J. A. (2008). Roles of cysteine proteases in tumor  progression:  Analysis  of  cysteine  cathepsin  knockout  mice  in  cancer  models. Cancer Degrad , 281–304. https://doi.org/10.1007/978-0-387-69057-5_15
Sung, H., Ferlay, J., Siegel, R. L., Laversanne, M., Soerjomataram, I., Jemal, A., & Bray, F. (2021). Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians , 71 (3), 209–249. https://doi.org/10.3322/caac.21660
Tan, G.-J., Peng, Z.-K., Lu, J.-P., & Tang, F.-Q. (2013). Cathepsins mediate tumor metastasis. World Journal of Biological Chemistry , 4 (4), 91. https://doi.org/10.4331/wjbc.v4.i4.91
Tobias,  J.,  &  Hochhauser,  D.  (2009). Cancer  and  its  Management:  Sixth  Edition .
https://doi.org/10.1002/9781444306361 Xu, H., Bao, K., Tang, S., Ai, J., Hu, H., & Zhang, W. (2017). Cyanobacterial peptides as a prototype for the design of cathepsin D inhibitors. Journal of Peptide Science , 23 (9), 701– 706. https://doi.org/10.1002/psc.3014