BAB I PENDAHULUAN. A. Latar Belakang Masalah. sel saraf tersebut mengalami kehilangan struktur atau fungsi sebenarnya secara

Transkripsi

1 1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Neurodegeneratif merupakan suatu kondisi patologis pada sel saraf dimana sel saraf tersebut mengalami kehilangan struktur atau fungsi sebenarnya secara progresif (Przedborski et al., 2003). Neurodegeneratif dapat terlihat dari adanya selsel saraf yang mengalami degeneratif, yaitu mengalami tahapan-tahapan menuju apoptosis. Akibat dari penyakit neurodegeneratif ini yang paling utama dapat terlihat dari kemampuan kognitif penderitanya yang mengalami gangguan dan tidak berfungsi dengan baik dimana salah satu diantaranya adalah penurunan fungsi kinerja memori. Sampai saat ini belum ada terapi yang betul-betul menyembuhkan penderitanya, hanya agen yang dapat memperlambat proses tersebut dengan menurunkan gejala neurodegeneratif yang timbul. Beberapa penyakit yang terkait dengan kondisi neurodegeneratif adalah penyakit Alzheimer, autis, dan Down syndrome. Pada penderita penyakit Alzheimer terdapat beta amyloid yang berlebih pada otaknya sehingga protein foldingnya menjadi terganggu dan membentuk plak (Hashimoto et al., 2003). Karakter utama dari penyakit Alzheimer adalah penurunan fungsi memori yang memburuk secara periodik dari waktu ke waktu. Menurut Kern et al. tahun 2013, penderita ASD (Autism Spectrum Disorder) mengalami kondisi neurodegeneratif berupa kehilangan sel-sel saraf secara progresif, juga mengalami ekspresi beta-amyloid yang berlebih disbanding normal (Sokol et al, 2006). Selain itu, penderita autisme 1

2 2 juga diketahui mengalami gangguan pada fungsi memorinya, termasuk memori kerjanya (Steele et al., 2006). Penderita Down Syndrome juga memiliki kecenderungan membentuk beta amyloid yang terkait abnormalitas perkembangan kognitifnya dan kondisi patologis yang menyerupai kondisi pada Alzheimer (De la Monte, 1999). Adanya kemampuan memori yang buruk juga ditemukan pada penderita Down Syndrome (Jarrold et al., 2009). Penyakit neurodegeneratif seringkali dikarakterisasi dengan penumpukan beta amyloid yang berlebih. Adapun upaya untuk menyingkirkan plak beta amyloid ini juga dapat diketahui meningkatkan kognitif pada pasien penderita neurodegeneratif. Beta amyloid juga dapat meningkatkan kematian sel-sel saraf yang dikarakterisasi oleh sel-sel saraf yang degeneratif. Oleh karena itu, beta amyloid sering dijadikan target untuk meningkatkan kognitif pasien yang mengalami neurodegeneratif. Beta amyloid ini bersifat neurotoksik dan menyebabkan kematian pada sel-sel saraf. Mekanisme yang terjadi adalah eksitotoksisitas termediasi ion kalsium dan induksi radikal oksidatif (Harkany et al., 2000). Mekanisme yang lain adalah adhesi pada plasma dan membrane intraselular dan menghasilkan molekul radikal oleh peroksidasi lipid yang menyebabkan lesi pada sel saraf (Rauk, 2008). Adapun angka penyakit neurodegeneratif di dunia sangat tinggi. Ada sekitar juta penduduk dunia yang terserang Alzheimer pada tahun 2010 dimana angka ini akan terus meningkat sampai empat kali lipatnya pada tahun Adapun dua pertiga penderita Alzheimer berasal dari negara miskin dan berkembang (Berg, 2008; Anonim, 2011). Di Amerika Serikat, Alzheimer

3 3 merupakan penyebab kematian tertinggi keenam diantara orang dewasa, dan juga ini penyebab kematian kelima tertinggi untuk kaum lansia berusia 65 tahun ke atas (Anonim, 2013). Pada penyakit Down Syndrome, diketahui ada satu yang terkena Down syndrome dari 691 bayi yang lahir pada tahun di Amerika Serikat (Parker et al., 2010). Sedangkan penderita autisme ada sekitar 17 anak tiap anak di dunia pada tahun 2000 (Elsabbagh et al., 2012). Ekstrak kulit manggis (Garcinia mangostana) merupakan bahan alam yang telah diteliti meningkatkan kognitif memori spasial secara in vivo pada tikus jantan (Nontamart et al., 2013). Mekanisme yang telah diketahui adalah manggis melindungi dari kerusakan oksidatif yang menyebabkan kematian pada sel saraf (Márquez-Valadez et al., 2009). Ini memberikan bukti bahwa ekstrak kulit manggis berpotensi memperlambat proses neurodegeneratif. Akan tetapi, ekstrak kulit manggis belum memiliki data mengenai kemampuannya meningkatkan kognitif memori pada kondisi neurodegeneratif terinduksi beta amyloid. Selain itu, ekstrak kulit manggis belum terdapat data yang membuktikan kemampuannya menurunkan kadar beta amyloid, serta mencegah adanya sel-sel degeneratif pada otak. Oleh karena itu, dalam penelitian ini akan dibahas mengenai kemampuan ekstrak kulit manggis meningkatkan kognitif pada mencit yang diinduksi kondisi neurodegeneratif dengan lansoprazol yang telah diketahui menginduksi pembentukan beta amyloid pada mencit (Badiola et al, 2013). Selain itu, penelitian ini juga melihat apakah ekstrak kulit manggis dapat menurunkan kadar beta amyloid. Dalam penelitian ini digunakan ekstrak etanolik kulit manggis yang terdapat dalam produk sediaan ekstrak kering.

4 4 Dalam penelitian ini akan dianalisis kemampuan kognitif memori spasial mencit dengan metode Morris Water Maze. Selain itu, akan dilihat ekspresi beta amyloid melalui pemeriksaan histopatologi dan dilakukan kuantifikasi. Hasil dari pemeriksaan jumlah beta amyloid diharapkan dapat menjelaskan kemampuan memori spasial dari Morris Water Maze. B. Rumusan Masalah 1. Apakah sediaan ekstrak etanolik kulit manggis dapat meningkatkan memori spasial mencit yang telah diinduksi pembentukan beta amyloid dengan lansoprazol? 2. Apakah sediaan ekstrak etanolik kulit manggis dapat mencegah pembentukan beta amyloid pada otak mencit yang diinduksi pembentukannya dengan lansoprazol? C. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi aktivitas ekstrak etanolik kulit manggis sebagai bahan alam dalam kemampuannya memperlambat neurodegeneratif dilihat melalui aktivitas memori dan ekspresi beta amyloid mencit. D. Manfaat Penelitian Memberikan informasi ilmiah mengenai aktivitas ekstrak etanolik kulit manggis sebagai dalam kondisi neurodegeneratif sebagai dasar pengembangan terapi neurodegeneratif berbasis bahan alam.

5 5 E. Tinjauan Pustaka 1. Neurodegeneratif Sel neurodegeneratif merupakan sel-sel saraf yang mengalami penurunan fungsi secara progresif dan menuju apoptosis (Przedborski et al, 2003). Akibat dari adanya gejala degeneratif dari sel saraf yang paling mudah terlihat adalah penurunan fungsi kognitif. Karakteristik dari sel-sel neurodegeneratif antara lain kerusakan membran, disfungsi mitokondria, kerusakan axon, serta apoptosis sel saraf yang berlebih. Keadaan neurodegeneratif ini dapat dipicu oleh banyak faktor, diantaranya adalah akumulasi beta amyloid, stress oksidatif, serta defisiensi vitamin B12. Adapun adanya akumulasi beta amyloid yang meningkat dan stress oksidatif dapat juga dipengaruhi oleh penuaan, dimana factor penuaan ini yang memperbesar kejadian adanya neurodegeneratif. Penuaan ini juga memperbesar terjadinya mutasi DNA mitokondrial (mtdna) yang memicu stress oksidatif (Lin dan Beal, 2006). Stress oksidatif merupakan kondisi dalam tubuh dimana radikal bebas jauh lebih banyak dibanding kemampuan tubuh untuk mendetoksifikasi senyawa tersebut. Salah satu mekanisme pertahanan tubuh adalah dengan memproduksi senyawa glutation (GSH) yang berfungsi sebagai antioksidatif (mencegah oksidasi) (Schafer dan Buettner, 2001). Senyawa radikal bebas ini dapat berasal dari berbagai sumber, yakni dari metabolit senyawa tubuh yang bersifat radikal, adanya paparan radiasi dari lingkungan, hasil dari proses oksidasi, serta pemejanan senyawa yang dapat menghasilkan radikal bebas di

6 6 tubuh. Akibat dari stress oksidatif ini pada system saraf adalah menimbulkan degeneratif dan kematian sel-sel saraf yang progresif. Beta amyloid merupakan suatu protein yang terdiri dari asam amino. Beta amyloid dihasilkan dari pemotongan Amyloid Precursor Protein (APP) oleh beta secretase (BACE1) dan gamma secretase (Gambar 1). Beta secretase dan gamma secretase itu sendiri merupakan protein transmembran tipe I dengan sisi aktif enzimnya berupa sepasang residu asam amino aspartat yang penting dalam proses katalis (Hong et al., 2000). Gambar 1. Pemotongan APP (Amyloid Precursor Protein) oleh beta secretase dan gamma secretase menjadi beta amyloid (Anonim, 2006) Efek beta amyloid terhadap sel-sel saraf merupakan efek neurotoksik yang menyebabkan apoptosis sel-sel saraf sehingga perkembangannya terganggu. Mekanisme yang terjadi adalah eksitotoksisitas termediasi ion kalsium dan induksi radikal oksidatif dan adhesi pada plasma dan membrane intraselular dan menghasilkan molekul radikal oleh peroksidasi lipid yang menyebabkan lesi pada sel saraf (Harkany et al., 2000; Rauk, 2008). Beta amyloid yang tadinya masih larut dalam cairan plasma bila diekspresikan

7 7 berlebih akan membentuk plak yang sukar larut dalam cairan plasma sehingga sukar dieliminasi dari tubuh (Teller et al, 1996). Beta amyloid dapat diidentifikasi dengan beberapa cara, yaitu pengecatan dengan Congo red, atau immunohistokimia dengan antibodi spesifik beta amyloid. Pengecatan dengan Congo red jauh lebih simpel, murah dan mudah dibanding immunohistokimia, namun, tingkat selektivitasnya masih kalah terhadap immunohistokimia. Congo red dapat berikatan dengan protein yang memiliki struktur sekunder antiparallel beta-sheet protein sehinga menimbulkan warna merah. Meskipun demikian, Congo red memberikan spesifitas dan selektivitas yang lebih baik ketimbang pewarna lain seperti Thioflavin, crystal violet atau toluidine blue (Wenk, 2010). Meski demikian, ada juga yang mengatakan Thioflavin lebih spesifik dibanding Congo red (LeVine, 1993), namun, Thioflavin harganya jauh lebih mahal ketimbang Congo red. Penyakit Alzheimer merupakan salah satu penyakit neurodegeneratif terikait adanya kumulasi beta amyloid yang paling sering dijumpai. Beta amyloid pada penyakit Alzheimer diekspresikan berlebih dengan berbagai mekanisme. Diantaranya adalah overekspresi gen GSK-3 beta dan PSEN-1. PSEN-1 terbukti dapat meningkatkan ekspresi dari beta amyloid dengan meningkatkan aktivitas gamma secretase dalam memotong APP menjadi beta amyloid (Takasugi et al., 2003). Sedangkan GSK-3 beta merupakan mediator apoptosis yang dapat meningkatkan apoptosis sel-sel saraf (Hooper et al., 2008).

8 8 Selain itu modulasi dari enzim beta secretase dan gamma secretase juga berperan dalam peningkatan produksi beta amyloid. Gambar 2. Vitamin B12 Vitamin B12 merupakan vitamin yang memiliki kunci dalam fungsi system saraf dan pembentukan darah. Vitamin ini juga berfungsi dalam sintesis DNA dan sintesis asam lemak. Vitamin B12 telah diteliti dapat melindungi dari atropi otak terkait Alzheimer dan penurunan fungsi kognitif (Vogiatzoglou et al., 2008). Kekurangan dari vitamin ini dapat menyebabkan masalah terkait sistem saraf seperti depresi, psikosis, dan buruknya fungsi memori (Sethi et al., 2005). Kekurangan Vitamin B12 juga terkait dengan penyakit neurodegeneratif (Moore et al., 2012), serta penurunan viabilitas sel saraf pada otak tikus (Orozco-Barrios et al., 2009). 2. Memori Spasial Memori spasial adalah salah satu dari jenis memori, yakni memori yang berperan dalam kemampuan suatu individu menangkap informasi mengenai lingkungannya dan kemampuan orientasi terhadap lingkungan di sekitarnya. Memori ini juga berguna untuk membuat suatu individu mengingat lokasi

9 9 tertentu, serta berperan dalam proses navigasi arah (Allen, 2003). Memori spasial dapat terdiri dari memori spasial jangka pendek, memori spasial jangka panjang, dan memori spasial kerja. Hippocampus merupakan lokasi pada organ otak yang berperan pada fungsi memori spasial. Bagian ini merupakan tempat suatu individu menyimpan informasi mengenai lokasi lingkungan tertentu, serta suatu ingatan peta tentang lingkungan yang pernah dikunjungi (O Keefe dan Dostrovsky, 1971). Kerusakan pada bagian ini dapat menyebabkan suatu individu menjadi sulit mengingat secara persis suatu lokasi yang pernah dikunjungi. Salah satu penyebab kerusakan ini adalah adanya akumulasi beta amyloid yang bersifat neurotoksik yang menyebabkan kerusakan memori spasial (Pearson-Leary dan McNay, 2012). Salah satu metode yang dapat digunakan untuk menguji kemampuan memori spasial adalah Morris water maze. Metode ini menguji kemampuan memori dan kognitif hewan uji untuk mengenali lingkungan dan mencari escape platform (Wenk, 2004). Kemampuan hewan uji untuk mengingat lokasi platform tersembunyi ini dapat dijadikan parameter kemampuan memori spasial hewan uji tersebut. 3. Lansoprazol Gambar 3. Lansoprazol

10 10 Lansoprazol merupakan senyawa obat kelas PPI (Proton-Pump Inhibitor) yang berfungsi mencegah sekresi asam lambung. Lansoprazol bekerja dengan mekanisme inhibisi kanal H + /K + ATPase pada sel parietal lambung (Zajac et al., 2013). Inhibisi kanal ini menyebabkan sekresi ion H + menjadi terhambat dan keasaman lambung menjadi berkurang. Lansoprazol dalam kondisi netral berupa senyawa inaktif yang bersifat lipofilik dan dapat menembus membran sel yang memiliki lingkungan asam. Dalam kondisi asam, lansoprazol terprotonasi dan mengalami rearrangement menjadi bentuk aktifnya (Mutschler et al., 2001). Sifat lipofilik ini diduga membuat lansoprazol mudah menembus Blood-Brain Barrier (BBB) dan menimbulkan efek di sistem saraf pusat. Lansoprazol juga dilaporkan memiliki efek samping berupa pusing, insomnia dan penurunan fungsi memori dalam penggunaan jangka panjang. Lansoprazol memiliki efek mencegah absorbsi vitamin B12 sehingga memicu defisiensi vitamin tersebut (Hirschowitz, et al., 2008). Adanya defisiensi vitamin B12 terbukti terkait dengan pembentukan beta amyloid pada mencit (Zhuo dan Pratico, 2010). Hal ini dibuktikan pada penelitian Badiola, et al, 2013 yang meneliti adanya korelasi peningkatan plak beta amyloid dengan pemberian lansoprazol secara in vivo. Peningkatan plak beta amyloid ini disebabkan oleh adanya modulasi enzim beta secretase dan gamma secretase yang mengakibatkan pemotongan protein APP menjadi lebih banyak dan beta amyloid menjadi lebih banyak terbentuk.

11 11 4. Manggis (Garcinia mangostana) Klasifikasi: Gambar 4. Manggis (Anonim, 2009) Kingdom Subkingdom Superdivisi Divisi Kelas Subkelas Ordo Famili : Plantae : Tracheobionta : Spermatophyta : Magnoliophyta : Magnoliopsida : Dilleniidae : Theales : Clusiaceae Genus : Garcinia L. Spesies : Garcinia mangostana L. (Liogier, 1994) Manggis (Garcinia mangostana) merupakan tanaman tropis yang berdaun di semua musim. Manggis berasal dari daerah Sunda, dan dapat ditemukan di sepanjang Asia Tenggara, serta daerah Amerika Selatan. Pohonnya dapat tumbuh sampai 6-25 m (Morton, 1987). Buahnya manis, berair, memiliki kulit buah merah keunguan ketika masak (Mabberley, 1997).

12 12 Buah manggis terbukti mengandung berbagai macam metabolit sekunder seperti xanthone terpenilasi dan xanthone teroksigenasi. Kulitnya kaya akan xanthone dan antosianin. α, β, dan γ mangostin, adalah senyawa bioaktif utama turunan xanthon yang ditemukan dalam kulit buah manggis dimana senyawa bioaktif dengan kadar yang paling tinggi adalah alpha mangostin, diikuti oleh gamma, lalu beta mangostin (Chairungsrilerd et al., 1996). Selain itu, kulit manggis juga kaya akan kandungan antosianin dan juga senyawa-senyawa fenol. Antosianin yang banyak terkandung dalam kulit manggis adalah sianidin-3-sophorosida dan sianidin-3-glukosida (Du dan Francis, 1977). Senyawa-senyawa fenolik yang terdapat dalam kulit manggis adalah beragam, seperti turunan asam hidroksibenzoat dan asam hidroksisinamat (Zadernowski et al., 2009). Beberapa aktifitas xanthone yang diisolasi dari kulit manggis adalah antioksidan, antitumor, serta antiinflamasi (Akao et al., 2008). Antioksidan merupakan senyawa yang dapat menangkap radikal bebas yang berbahaya bagi tubuh, salah satunya adalah kerusakan oksidatif. Efek dari antioksidan ini banyak manfaatnya, dan diantaranya ada beberapa yang terbukti bersifat neuroprotektif dalam berbagai mekanisme. Manggis telah diteliti dapat mencegah kerusakan oksidatif pada sel SK-N-SH yang diinduksi beta amyloid (Moongkarndi et al, 2010). Manggis juga diteliti melindungi efek neurotoksik doxorubicin melalui mekanisme pencegahan generasi radikal bebas doxorubicin yang mencegah ekspresi protein-protein apoptotik (Tangpong et al, 2011). Selain itu, manggis juga dapat meningkatkan kognitif secara in vivo

13 13 dengan uji Morris Water Maze pada hewan uji yang terinduksi kerusakan saraf (Phyu dan Tangpong, 2014), maupun tidak (Nontamart et al, 2013). Salah satu senyawa aktif manggis, yaitu α-mangostin, terbukti mencegah neurotoksisitas beta amyloid dengan mekanisme inhibisi agregasi amyloid secara in vitro (Wang et al, 2012). Belum ada bukti ilmiah mengenai aktifitas biologis dari antosianin dan asam fenolik dari kulit manggis. Akan tetapi, sudah ada bukti ilmiah mengenai aktivitas peningkatan kognitif dari efek antioksidatif senyawa turunan antosianin (Shih et al., 2010). Selain itu, turunan asam hidroksisinamat juga telah diteliti memiliki aktivitas antioksidan dan antikanker (Bagchi et al., 2004). F. Landasan Teori Neurodegeneratif merupakan kondisi dimana sel-sel saraf mengalami kehilangan fungsi secara progresif dan menuju apoptosis. Neurodegeneratif dapat ditimbulkan oleh adanya plak beta amyloid berlebih, stress oksidatif dan defisiensi vitamin B12. Beta amyloid yang menyebabkan neurotoksisitas sel saraf dibentuk dari APP yang dikatalis oleh beta secretase dan gamma secretase. Beta amyloid ini juga memicu kematian sel-sel saraf dengan mekanisme stress oksidatif. Akibat dari kerusakan oksidatif ditimbulkan yang juga terjadi di sel saraf hippocampus, fungsi memori menjadi terganggu. Adapun beta amyloid ini dapat dipicu pembentukannya oleh lansoprazol dengan mekanisme modulasi aktivitas beta secretase dan gamma secretase. Lansoprazol juga terbukti menurunkan level vitamin B12. Oleh karena itu, lansoprazol digunakan dalam penelitian ini sebagai agen induktor kondisi

14 14 neurodegeneratif oleh adanya penumpukan beta amyloid dan penurunan level vitamin B12. Kulit manggis telah diketahui efek antioksidatifnya dalam mencegah kerusakan oksidatif sel-sel saraf. Efek ini didapat dari zat aktifnya berupa xanthone, dan juga diduga juga dari antosianin dan senyawa fenoliknya. Selain itu, manggis terbukti meningkatkan kognitif tikus secara in vivo. Salah satu derivat xanthone pada manggis, α-mangostin juga terbukti mencegah terbentuknya agregasi plak amyloid. Oleh karena itu, mekanisme antioksidatif dari kulit manggis berpotensi melindungi kerusakan oksidatif sel saraf mencit diinduksi lansoprazol yang dapat ditandai dengan penurunan beta amyloid, serta juga dengan mengurangi agregasi beta amyloid sehingga mudah dieliminasi dari tubuh dan kenaikan kemampuan memori spasial. G. Hipotesis Ekstrak etanolik kulit manggis dapat melindungi kerusakan oksidatif sel saraf mencit yang ditandai oleh peningkatan kognitif memori dan penurunan kadar beta amyloid dengan mekanisme antioksidatif dan mengganggu agregasi beta amyloid.