Therapeutic Potential of Histone Deacetylase 6 Selective Inhibitor, CKD-506 in Inflammatory Bowel Disease

Abstract

Inflammatory bowel disease (IBD) is a chronic, intractable inflammatory disease of unknown cause that occurs in the gastrointestinal tract. Anti-tumor necrosis factor-α inhibitors can be an alternative treatment for refractory patients to conventional therapy, however, there are limited drug options for primary or secondary non-responders to anti-TNF- α inhibitors. Histone deacetylase inhibitors have been recognized as potential therapeutic agents for various autoimmune diseases. In particular, CKD-506, a selective inhibitor of histone deacetylase 6 (HDAC6), has been confirmed to have protective effects in animal models of IBD, but there are no studies on human-derived samples. In this study, the expression pattern of histone deacetylase 6 was investigated through immunohistochemistry staining of human colon tissues. The ex-vivo culture system was established for both mouse and human colon samples, and several inflammatory cytokines and epithelial barrier markers were analyzed after CKD-506 treatment. IBD patients refractory to conventional drugs or anti-TNF-α inhibitors with active inflammation were recruited and colon biopsy samples were incubated with CKD-506 ex-vivo for RNA sequencing and analysis. The transcriptional level of candidate targets of CKD-506 was validated in the human colon cell line and mouse colon ex-vivo culture system. We observed increased expression and activity of HDAC6 in IBD patients compared to healthy control. The disease activity rather than treatment response was correlated with HADC6 expression level in subgroup analysis. After the successful installation of the ex-vivo culture platform, the anti-inflammatory potentials of CKD-506 were confirmed through quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). RNA-sequencing (RNA-seq) of treatment-refractory patient-derived colon samples provided possible downstream targets and elucidated the underlying mechanism of CKD-506. The transcription level of revealed genes was validated in both human in vitro and mouse ex-vivo models. This research suggested CKD-506 as a potential therapeutic option for inflammatory bowel disease especially, in patients who poorly responded to current treatment with high disease activity. 염증성 장질환은 소화기관에서 발생하는 원인 불명의 만성적이고 치료가 어려운 염증성 질환으로 항-TNF 억제제는 고식적인 치료제에 반응하지 않거나 증상이 심한 환자들을 대상으로 사용될 수 있지만, 생물학적 치료제에 반응이 없거나 효과가 있더라도 반응이 소실되는 경우 사용할 수 있는 다른 약제가 상당히 제한적인 상태이다. 히스톤 탈아세틸화효소 억제제는 다양한 자가면역 질환의 잠재적 치료제로 제기되고 있고 특히, 히스톤 탈아세틸화효소 6 (HDAC6)의 선택적 억제제인 CKD-506은 염증성 장질환의 마우스 모델에서 염증 유발에 대한 보호 효과와 함께 염증 완화 효과가 확인되었다. 본 연구에서는 HDAC6의 발현과 활성도를 염증성 장질환 환자의 장 조직에서 확인하였다. 마우스와 인간 대장 조직을 활용하여 장 점막 환경을 최대한 모방한 ex-vivo 배양시스템을 확립하고 CKD-506 처리 시 점막면역과 관련된 인자들의 변화를 관찰하였으며 고식적 치료나 항-TNF 억제제 불응 환자군의 대장 조직 ex-vivo 배양 이후 RNA-seq을 진행하였다. RNA-seq을 통해 확인한 표적유전자의 전사 단계에서의 변화를 인간 대장 유래 세포주와 마우스 ex-vivo 배양시스템에서 검증하였다. HDAC6의 발현과 활성도가 IBD 환자에서 증가되어 있는 것을 확인하였고, 치료에 대한 반응보다는 질병의 활성도가 HDAC6 발현과 더 밀접한 연관성을 보였다. 인체 유래 대장 조직의 ex-vivo 배양 플랫폼을 안정화하여 기존 치료에 반응하지 않는 환자 대장 조직의 CKD-506 처리 후 RNA-seq을 통해 CKD-506의 표적유전자와 함께 기전을 규명하였으며, in-vitro와 ex-vivo 배양에서 전사 단계에서의 변화를 확인하였다. 본 연구에서는 CKD-506의 염증성 장질환에서 잠재적 치료제로서의 가능성을 제시하였고, 특히, 기존 치료에 반응하지 않고 높은 질병활성도를 보이는 환자군에서 유용할 것으로 판단된다.