## PERAN MANGIFERIN SEBAGAI INHIBITOR ENZIM KOLAGENASE DAN ELASTASE

## Devi Maulina

## Maulinadevi2011@gmail.com, Politeknik Kesehatan Hermina

## Abstract
Reactive Oxygen Species (ROS) cause aging by eliminating skin elasticity. It is caused by wrinkles, sagging, and pigmentation. ROS can increase the expression of proteinase enzymes such as matrix metalloproteinases (MMPs) and  serine  proteases.  These  enzymes  are  responsible  for  degrading  collagen  and  elastin,  which  are  protein components in the extracellular matrix (ECM) that play a role in supporting the structure and physical properties of  the  skin.  Mangiferin  activity  was  proven  as  an  antioxidant  by  reducing  excess  ROS  in  cells.  This  study  is  a literature review of the role of mangiferin in inhibiting collagenase and elastase enzymes that cause collagen and elastin damage to prevent aging.
Keywords: mangiferin, antiaging, collagenase inhibitor, elastase inhibitor.

## Abstrak
Reactive Oxygen Species ( ROS) mampu menyebabkan penuaan dini dengan cara menghilangkan elastisitas kulit sehingga kulit menjadi keriput, kendur, dan  mengalami  pigmentasi.  ROS  dapat  meningkatkan  ekspresi  enzim- enzim proteinase seperti matriks metaloproteinase (MMPs) dan protease serin. Enzim tersebut bertanggung jawab dalam mendegradasi kolagen dan elastin yang merupakan komponen protein dalam matriks ekstraselular (ECM) yang  berperan  dalam  menunjang  struktur  dan  sifat  fisik  kulit.  Mangiferin  telah  terbukti  aktivitasnya  sebagai antioksidan  dengan  mengurangi  kelebihan  ROS  didalam  sel.  Penelitian  ini  merupakan  literatur  review  peran mangiferin  menghambat  kerja enzim kolagenase dan elastase yang menyebabkan kerusakan kolagen dan elastin sehingga tanda tanda penuaan dapat dicegah.
Kata kunci : mangiferin, antiaging, inhibitor kolagenase, inhibitor elastase.

## PENDAHULUAN
Penuaan  pada  kulit  merupakan  suatu  proses  biologis  yang kompleks.  Proses penuaan kulit  dapat  dibagi  menjadi  dua  kategori  yaitu  penuaan  intrinsik  dan ekstrinsik.  Penuaan  kulit intrinsik  atau  penuaan  alami  disebabkan  oleh  perubahan  elastisitas  kulit  yang  terjadi  seiring dengan  bertambahnya  usia.  Penuaan  jenis  ini  tidak  dapat  dicegah.  Sedangkan  penuaan  kulit ekstrinsik disebabkan karena faktor lingkungan seperti paparan radiasi matahari ( photoaging ) (Jenkins, 2002). Paparan sinar ultraviolet menyebabkan perubahan fisik pada kulit akibat adanya perubahan  yang  terjadi  pada jaringan  ikat  melalui  pembentukan  lipid  peroksida,  perubahan komposisi sel, aktivitas enzim dan Reactive Oxygen Species (ROS) (Aslam et al., 2006; Jenkins, 2002).
ROS dikaitkan dengan perannya yang mampu menyebabkan penuaan dini dengan cara menghilangkan  elastisitas  kulit  sehingga  kulit  menjadi  keriput,  kendur, dan  mengalami pigmentasi.  ROS  dapat  meningkatkan  ekspresi  enzim-enzim  proteinase  seperti  matriks metaloproteinase  (MMPs)  dan  protease  serin.  Enzim  tersebut  bertanggung  jawab  dalam mendegradasi  kolagen  dan  elastin  yang  merupakan  komponen  protein  dalam  matriks ekstraselular  (ECM)  yang  berperan  dalam  menunjang  struktur  dan  sifat  fisik  kulit.  MMPs adalah endopeptidase yang mengandung seng (Zn) yang meliputi kolagenase dan gelatinase. Kolagenase adalah metaloproteinase yang mampu memecah molekul lain yang ditemukan di dalam sel.  Kolagenase-2 (MMP-8) misalnya, dapat  membelah aggrecan,  elastin,  fibronektin, gelatin dan laminin serta kolagen. Sistem proteolitik lain yang terlibat dalam degradasi ECM adalah  elastase  yang  merupakan  protease  serin  yang  bertanggung  jawab  terutama  untuk pemecahan  elastin.  Elastase  juga  mampu  memecah  kolagen,  fibronektin  dan  protein  ECM lainnya (Kacem, 2013).
Cara untuk memperlambat proses penuaan dini pada kulit adalah dengan menggunakan
zat kimia atau bahan alami yang dapat menangkal ROS. Sebagai bahan penghambat penuaan dini, bahan-bahan ini seharusnya tidak hanya berfungsi                           sebagai radio proteksi saja tetapi harus mampu  menembus  ke  dermis  dan  untuk  menghambat  aktivasi  dan  aktivitas  enzim  ECM terutama  enzim  kolagenase  danelastase.  Dalam  beberapa  tahun  terakhir,  minat  terhadap senyawa aktif dari bahan alam yang toksisitasnya rendah tetapi memiliki efek farmakologis telah meningkat.   Molekul  yang  diperoleh  dari  tanaman  digunakan  sebagai  sumber  zat  pelindung terhadap  stres  oksidatif.  Kandidat  yang  akan  digunakan  dalam  aktivitas  tersebut  adalah mangiferin.
Mangiferin  ( 2-C-β-D-glucopyranosyl-1,3,6,7- tetrahydroxyxanthone )  adalah  senyawa polifenol  yang  memiliki  sifat  antioksidan  yang  kuat.  Mangiferin  diperoleh  dari  tanaman mangga  ( Mangifera  indica  L ., Anacardiaceae ).  Mangiferin  telah  terbukti  memiliki  banyak aktivitas farmakologi. Penelitian sebelumnya telah membuktikan bahwa mangiferin memiliki aktivitas  sitotoksik  terhadap  berbagai  sel  tumor  (Gold-Smith  et  al.,  2016).  Mangiferin  dapat menginduksi apoptosis sel leukimia myeloid akut pada manusia (HL-60) (Shoji et  al., 2011). Mangiferin  dapat  meningkatkan apoptosis hesperidin yang terdapat pada sel adenokarsinoma serviks                             pada manusia (HeLa) (Bartoszewski et al., 2014). Di sisi lain, uji toksisitas akut dan subkronik mangiferin pada hewan pengerat tidak menunjukkan toksik (Prado et al., 2015).
Aktivitas antioksidan mangiferin telah banyak diteliti (Ferreira et al., 2013; Stoilova et al., 2008). Tetapi penelitian tentang peran mangiferin terhadap penghambatan o aktivitas enzim kolagenase dan elastase belum pernah di ulas sebelumnya. Sehingga  dalam literarur review ini akan mengulas mengenai peran mangiferin sebagai penghambat enzim kolagenase dan elastase.

## METODE
Penelitian ini merupakan literatur review mengenai peran mangiferin sebagai inhibitor enzim  kolegenase  dan  elastase  yang  bertanggung  jawab  pada  terjadi  nya  penuaan.  Data diperoleh dari  penelusuran literatur dengan cara pengumpulan literature dari database seperti Scopus, Pubmed, Google Scholar dan 0 Science 0 Direct 0 dari 0 tahun - 2002-2017.

## PEMBAHASAN Mekanisme Molekuler Penuaan Intrinsik
Proses penuaan intrinsik mirip dengan yang terjadi di sebagian besar organ internal yaitu dengan kerusakan fungsi jaringan secara lambat namun pasti. Pada jenis penuaan ini stratum korneum relatif tidak berubah, namun epidermis dan dermis menipis. Terjadi juga pengurangan jumlah  dan  kapasitas  biosintesis  fibroblas  dan  hilangnya  elastisitas  jaringan  dermis  papiler secara  progresif.  Kandungan  kolagen  kulit  menurun  seiring  bertambahnya  usia  dan  serat kolagen  yang semula  halus menjadi  semakin padat  dan  rapat. Proses  penuaan  kulit  intrinsik diperkirakan disebabkan karena adanya penurunan kapasitas proliferasi sel-sel kulit, penurunan sintesis  matriks  pada  lapisan  dermis;  dan  peningkatan  ekspresi  enzim  yang  dapat  merusak matriks ekstraseluler (Jenkins, 2002).
Penuaan pada tingkat seluler melibatkan penahanan terhadap pertumbuhan sel pada fase G1  ketika  sel  mencapai  tahap  akhir  replikasi  .  Sel-sel  yang mengalami penuaan  tidak  dapat dirangsang oleh mitogen fisiologis untuk memasuki fase S1. Penurunan pertumbuhan terkait usia  ini  sebagian  dapat  terjadi  karena  adanya represi  selektif  beberapa  gen  pengatur pertumbuhan yang ekspresinya penting untuk perkembangan G1 dan sintesis DNA. Contohnya pada fibroblas, gen yang mengalami represis meliputi c-fos proto-oncogene, gen Id-1 and Id-2, dan  faktor  transkirpsi  E2F  yang  semuanya  diregulasi  dalam  fibroblas senescent .  Regulator pertumbuhan negatif juga diekspresikan secara berlebihan termasuk penghambat p21 dan p16 dari protein kinase yang bergantung siklin (Jenkins, 2002).
Perubahan  lain  yang  terlihat  pada  penuaan  fibroblas  kulit  adalah  terjadi  peningkatan
ekspresi  IL-1α  dan  EGF- like-cytokine-heregulin yang  memodulasi  pertumbuhan  dan diferensiasi  payudara  dan  sel  epitel  lainnya.  Ikatan  EGF  dengan  reseptor  terfosforilasi berkurang  dan  dianggap  sebagai  hasil  perubahan  terkait  usia pada  elemen  persinyalan  yang penting.  Perubahan lain yang dilaporkan mencakup peningkatan ekspresi antagonis reseptor IL- 1 dan diferensiasi yang terkait dengan SPR2 (Jenkins, 2002).
Penurunan  fungsi  jaringan  dan  integritas  yang  menjadi  ciri  penuaan,  karena terjadi perubahan  dalam  diferensiasi  seluler  berupa  perubahan  ekspresi  matriks ekstraseluler dan enzim  metaloproteinase.  Pada  fibroblas  dermal  normal  aktivitas  metalloproteinase  seperti kollagenase  (MMP1)  relatif  rendah  sedangkan  inhibitor  metalloproteinase  (TIMP1)  tinggi sehingga mengurangi proses degradasi matriks ekstraseluler. Sebaliknya, pada proses penuaan terjadi  peningkatan  kollagenase  dan penurunan  TIMP1.  Seiring  dengan  perubahan  ini  laju biosintesis kolagen juga turun secara signifikan pada kulit orang tua dibanding dengan jaringan janin  atau  selama awal  tahun  pasca  kelahiran.  Perubahan  ini  akan  berkontribusi  pada pengurangan dan disorganisasi kolagen umumnya terkait dengan penuaan kulit dan atrofi kulit secara keseluruhan (Jenkins, 2002)
Ekspresi gen elastin juga secara nyata berkurang setelah usia 40-50 tahun dan jaringan elastin di lapisan dermis hilang secara progresif menyebabkan kulit kehilangan elastisitasnya sehingga  tidak  mampu  kembali  seperti  semula  yang  merupakan  ciri  dari  penuaan lainnya(Jenkins, 2002)
Teori  radikal  bebas  juga  diyakini  menjadi  penyebab  penuaan  intrinsik.  Teori ini menunjukkan bahwa penuaan sangat dipengaruhi radikal bebas ROS yang dapat mempengaruhi faktor  genetik  melalui  modulasi  gen.  ROS  dapat  menyebabkan  kerusakan  lipid,  protein  dan DNA  dengan  cara  merusak  molekul  yang  elektronnya ditarik  oleh  ROS  tersebut  sehingga menyebabkan kerusakan sel, gangguan fungsi sel, bahkan kematian sel (Jenkins, 2002).

## Mekanisme Molekuler Penuaan Ekstrinsik
Penuaan ekstrinsik terutama diakibatkan oleh paparan sinar ultraviolet. Paparan kronis kulit  manusia  dengan  sinar  UV  mempengaruhi  struktur  dan  fungsi  kulit.  Kerusakan  sangat tergantung  dari  jumlah  dan  jenis  sinar  UV  dan  juga  tipe  kulit  seseorang.  Radiasi  sinar  UV mengakibatkan sunburn, imunosupresi,  stress oksidatif, dan kanker kulit menyerupai penuaan dini kulit maka disebut photoaging . Photoaging merupakan akumulasi kerusakan akibat paparan kronis  sinar  matahari. Photoaging terjadi sebagai akibat kerusakan kumulatif dari radiasi UV. Radiasi  UV (dengan  panjang  gelombang  100-400  nm)  merupakan  5%  dari  seluruh  kisaran radiasi sinar matahari. Secara umum dibagi menjadi 3, yaitu UV A (320-400 nm), UV B (280- 320 nm), dan UV C (100-280 nm). UV C terabsorbsi langsung oleh lapisan ozone di atmosfer. Radiasi  UV  mengaktivasi  reseptor  permukaan  sel  yang  mengakibatkan  propagasi  sinyal intraseluler  dan  sintesis  faktor  transkripsi,  protein inti  yang  berikatan  dengan  DNA  untuk meningkatkan  atau  menekan  gen  transkripsi.  Satu  faktor  transkripsi  yang  secara  cepat terinduksi  oleh  radiasi  UV  adalah  AP-1.  AP-1  mempengaruhi  gen  transkripsi  kolagen  pada fibroblas, menurunkan level prokolagen I dan III, selain itu AP-1 merangsang gen transkripsi yang  mengkode matrix-degrading  enzyme seperti metalloproteinase .  Pada  kulit  yang mengalami  photoaging  tersebut  dapat  memperlihatkan  gambaran  klinis  permukaan  kasar, bernodus, kerutan halus dan kasar. bercak kekuningan, dan kering (Wahyuningsih, 2011)
Ketika  radiasi  sinar  ultraviolet  yang  terdapat  pada  sinar  matahari  menyentuh kulit, sebagian  disebarkan  dan  dipantulkan  pada  stratum  korneun,  sebagian  ditransmisikan. Kedalaman  penetrasinya  tergantung panjang  gelombang.  Sinar  UV A  dan  UV  B  merupakan spektrum cahaya matahari yang berperan pada proses photoaging ini. Walaupun UV B (290- 320  nm)  memiliki  panjang  gelombang  yang lebih  pendek  tetapi  lebih  efisien  mencapai permukaan  bumi,  lebih  kuat  terserap  pada  epidermis  dan  lebih  eritemogenik  dibandingkan dengan UV A. Terbentuknya Reactive Oxygen Species (ROS) selama paparan berulang UV B
menurunkan  ekspresi  enzim  antioksidan  dan  meningkatkan  modifikasi  protein  oksidatif  dan akumulasi peroksidasi lipid dan produk glikasi. Reactive oxygen species yang terbentuk selama pajanan  UV  menghambat transforming  growth  factor (TGF)-  sehingga  produksi  kolagen terhambat serta meningkatkan faktor transkripsi AP-1 yang selanjutnya meningkatkan produksi matriks kolagenase yang  merupakan  enzim  yang  mendegradasi kolagen. Penelitian biokimia menunjukkan  pada photoaging terjadi  perubahan  jaringan  ikat  yang  berupa  penurunan prekursor kolagen tipe I dan III, cross link , peningkatan rasio kolagen tipe III dan I, peningkatan elastin. Perubahan pada matriks ekstraseluler dermis tersebut yang mengakibatkan gambaran klinis  pada photoaging , yang ditandai  dengan  kerutan,  perubahan  pigmentasi, dan hilangnya tonus kulit (Wahyuningsih, 2011).

## Mekanisme Mangiferin Sebagai Penghambat Kolagenase dan Elastase
Mangiferin  menghambat  aktivitas  elastase  dan  kolagenase  secara  reversibel, 0 disebut sebagai  penghambatan  non-kompetitif.  Mangiferin  berinteraksi  dengan  bentuk  bebas  enzim kolagenase pada lokasi diluar situs aktif dan berinteraksi juga dengan kompleks enzim-substrat. Mangiferin maupun metabolitnya yang berupa o- quinone yang bersifat sebagai chelating agen mampu  berikatan  dengan  Ca 2+ dan  Zn 2+ yang  merupakan co-factor dari  enzim  kolagenase sehingga menghambat aktivitas katalitik enzim kolagenase. Menurut penelitian yang dilakukan oleh  Ochocka  dkk,  mangiferin  terbukti  dapat  menembus  lapisan stratum  korneum karena karakteristiknya dengan log P diantara 1-3 yaitu (mangiferin log P = 2.73), dan berat  molekulnya yang  kurang  dari  500  Da  (BM  mangiferin  =  422.34  Da)  dan  mampu  menghambat  aktivitas enzim kolagenase dengan IC 50 sebesar 253.57 ± 7.56 μM. Diharapkan dengan penghambatan aktivitas kolagenase maka serat kolagen di dalam lapisan dermis akan memberikan fungsi yang maksimal  sebagai pembentuk dukungan  struktural  dan  kekuatan  otot  dan  tulang.  Juga menciptakan  elastisitas  bagi  kulit  dan  memberikan  kontribusi  untuk  pengembangan pertumbuhan sel baru                      untuk menggantikan yang lama dan sel-sel mati (Ochocka et al., 2017).
Gambar 1. Struktur Enzim Kolagenase (Iyer et al., 2006)
Mangiferin dapat  berikatan  dengan  enzim  elastase  dengan  membentuk ikatan kovalen dengan situs aktif Ser195 sehingga menghambat aktivitas katalitik enzim elastase. Mangiferin dapat menghambat aktivitas enzim elastase dengan IC 50 sebesar 139.64 ± 9.34 µM. Diharapkan dengan  penghambatan  aktivitas  elastase  maka  serat  elastin  di  dalam  lapisan  dermis  akan memberikan fungsi yang maksimal terhadap elastisitas kulit sehingga kulit menjadi lebih kenyal dan tidak keriput (Ochocka et al., 2017).
Gambar 2. Struktur Enzim Elastase (Tamada et al., 2009)
Aktivitas mangiferin sebagai antioksidan juga dapat mencegah penuaan intrinsik yang disebabkan oleh ROS melalui mekanisme sebagai berikut:
Gambar 3. Reaksi mangiferin menghambat ROS dan logam (Pardo-Andreu et al., 2007)
Radikal superoksida yang terbentuk akibat stress oksidatif yang terjadi karena level Ca 2+ menigkat di mitokondria atau beberapa kondisi lain akan dinetralkan oleh mangiferin catechol moiety .  Mangiferin  akan  teroksidasi  dan  membentuk  metabolit  kuinon/kuinon  metida  yang mempunyai  kemampuan  mengarilasi  protein  thiol  di  mitokondria.  Koordinasi  Fe(III)  pada gugus katekol mangiferin akan meningkatkan aktivitasnya sebagai radical scavenger terhadap ROS sehingga mencegah terjdinya mitochondrial swelling (Pardo-Andreu et al., 2007) .

## DAFTAR PUSTAKA
Aslam,  M.  N.,  Lansky,  E.  P.,  &  Varani,  J.  (2006).  Pomegranate  as  a  cosmeceutical  source: Pomegranate fractions promote proliferation and procollagen synthesis and inhibit matrix metalloproteinase-1  production  in  human  skin  cells. Journal  of  Ethnopharmacology , 103 (3), 311–318. https://doi.org/10.1016/j.jep.2005.07.027
Bartoszewski,  R.,  Hering,  A.,  Marszałł,  M.,  Hajduk,  J.  S.,  Bartoszewska,  S.,  Kapoor,  N., Kochan, K., & Ochocka, R. (2014). Mangiferin has an additive effect on the apoptotic properties  of  hesperidin  in  Cyclopia  sp.  tea  extracts. PLoS  ONE , 9 (3). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0092128
Ferreira, F. da R., Valentim, I. B., Ramones, E. L. C., Trevisan, M. T. S., Olea-Azar, C., Perez- Cruz,  F.,  de  Abreu,  F.  C.,  &  Goulart,  M.  O.  F.  (2013).  Antioxidant  activity  of  the mangiferin inclusion complex with β-cyclodextrin. LWT - Food Science and Technology , 51 (1), 129–134. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2012.09.032
Gold-Smith, F., Fernandez, A., & Bishop, K. (2016). Mangiferin and cancer: Mechanisms of action. Nutrients , 8 (7), 16–20. https://doi.org/10.3390/nu8070396
Iyer, S., Visse, R., Nagase, H., & Acharya, K. R. (2006). Crystal Structure of an Active Form of Human MMP-1. Journal of Molecular Biology , 362 (1), 78–88. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2006.06.079
Jenkins,  G.  (2002).  Molecular  mechanisms  of  skin  ageing. Mechanisms  of  Ageing  and Development , 123 (7), 801–810. https://doi.org/10.1016/S0047-6374(01)00425-0 Kacem, R. (2013). Phenolic compounds from medicinal plants as Natural anti-elastase products for the therapy of pulmonary emphysema. Journal of Medicinal Plants Research , 7 (48), 3499–3507. https://doi.org/10.5897/JMPR12.865
Ochocka, R., Hering, A., Stefanowicz-Hajduk, J., Cal, K., & Barańska, H. (2017). The effect of mangiferin on skin: Penetration, permeation and inhibition  of ECM enzymes. PLoS ONE , 12 (7), 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0181542
Pardo-Andreu, G. L., Cavalheiro, R. A., Dorta, D. J., Naal, Z., Delgado, R., Vercesi, A. E., & Curti, C. (2007). Fe(III) shifts the mitochondria permeability transition-eliciting capacity of  mangiferin  to  protection  of  organelle. Journal  of  Pharmacology  and  Experimental Therapeutics , 320 (2), 646–653. https://doi.org/10.1124/jpet.106.112003
Prado, Y., Merino, N., Acosta, J., Herrera, J. A., Luque, Y., Hernández, I., Prado, E., Garrido, G., Delgado, R., & Rodeiro, I. (2015). Acute and 28-day subchronic toxicity studies of mangiferin, a glucosyl xanthone isolated from mangifera indica l. Stem bark. Journal of Pharmacy and Pharmacognosy Research , 3 (1), 13–23.
Shoji, K., Tsubaki, M., Yamazoe, Y., Satou, T., Itoh, T., Kidera, Y., Tanimori, Y., Yanae, M., Matsuda,  H.,  Taga,  A.,  Nakamura,  H.,  &  Nishida,  S.  (2011).  Mangiferin  induces apoptosis by suppressing Bcl-xL and XIAP expressions and nuclear entry of NF-κB in HL-60 cells. Archives of Pharmacal Research , 34 (3), 469–475. https://doi.org/10.1007/s12272-011-0316-8
Stoilova,  I.,  Jirovetz,  L.,  Stoyanova,  A.,  Krastanov,  A.,  Gargova,  S.,  &  Ho,  L.  (2008). Antioxidant activity of the polyphenol mangiferin. Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry , 7 (2), 2706–2716.
Tamada, T., Kinoshita, T., Kurihara, K., Adachi, M., Ohhara, T., Imai, K., Kuroki, R., & Tada, T.  (2009).  Combined  high-resolution  neutron  and  X-ray  analysis  of  inhibited  elastase confirms  the  active-site  oxyanion  hole  but  rules  against  a  low-barrier  hydrogen  bond. Journal of the American Chemical Society , 131 (31), 11033–11040. https://doi.org/10.1021/ja9028846
Wahyuningsih,  K.  A.  (2011).  Astaxanthin  Memberikan  Efek  Proteksi  Terhadap  Photoaging. Journal of Medicine , 10 (3), 149–160.