Comparative Analysis of Bevacizumab and Sorafenib on the Survival of Retinal Ganglion Cells in the Treatment of Retinal Diseases

Abstract

목적: 항-혈관내피성장인자 제제인 베바시주맙이 망막신경절세포의 생존에 미치는 영향을 조사하고, 망막신경절세포 생존율을 증가시키기 위한 향상된 치료 전략을 탐색하고자 하였다. 방법: 신생아 쥐로부터 망막신경절세포를 분리하고, 베바시주맙을 기준으로 다양한 항-혈관내피성장인자 치료법들이 망막신경절세포의 생존율에 미치는 영향을 평가하였다. 항-혈관내피성장인자의 효과는 인간 탯줄 혈관내피세포를 사용하여 평가하였다. 혈관내피성장인자와 관련된 망막신경절세포의 생존 경로들을 확인하였으며, 항-혈관내피성장인자 치료에 영향을 받는 유전자를 식별하기 위해 RNA 시퀀싱을 수행하였다. 결과: 소라페닙과 베바시주맙 모두 탯줄 혈관내피세포에 강력한 항혈관내피성장인자 효과를 나타내었다. 특히, 2mg/mL 베바시주맙은 탯줄 혈관내피세포에서 0.5μM 소라페닙과 유사한 항-혈관내피성장인자 효과를 나타내었다. 그러나 0.5μM 소라페닙은 2mg/mL 베바시주맙에 비해 더 높은 망막신경절세포 생존율을 보였다. Western blot 분석에서 베바시주맙 치료로 인한 Akt 수준 감소가 소라페닙에 비해 더 두드러졌음을 나타났으며, RNA 시퀀싱 결과 PI3K/AKT 경로, Ras 신호 경로 및 MAPK 신호 경로가 망막신경절세포 생존과 관련 있다는 것이 확인 되었다. 반면, JAK/STAT 경로는 주요 역할을 하는 것으로 보이지 않았다. 결론: 본 연구 결과는 소라페닙이 다양한 망막 질환에 대하여 베바시주맙에 비해 망막신경절세포에 더 안전한 치료 옵션을 제공할 수 있음을 시사하였다. 더불어, 망막신경절세포의 생존에 중요한 역할을 하는 신호 전달 경로를 밝혔고, 이와 관련된 유전자들을 제시하였다. 이러한 결과는 향후 망막신경절세포 손상에 대한 치료법과 보다 안전한 망막 질환 치료 방식을 개발하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. Purpose: This study examines the effects of bevacizumab, a common vascular endothelial growth factor (VEGF) inhibitor, in ocular neovascular disorder treatment. Bevacizumab has been reported to be associated with adverse effects on retinal ganglion cell (RGC) survival. Our research validates these reports, seeks an alternative VEGF inhibitor with similar antiangiogenic efficacy but no effects on RGC, and elucidates the underlying mechanisms responsible for these distinctions. Methods: The efficacy of bevacizumab in promoting the survival of primary RGCs extracted from neonatal rats was compared with that of other VEGF inhibitors. Human umbilical vascular endothelial cells (HUVECs) were used to evaluate the apoptotic effects of the VEGF inhibitors. The cell survival pathways influenced by the VEGF-inhibitor treatment were also investigated. Similarly, the genes affected by the treatment were identified using RNA sequencing. Results: Sorafenib and bevacizumab exhibited potent VEGF-inhibitory effects in HUVECs. Notably, 2 mg/mL bevacizumab demonstrated a comparable VEGF inhibitory effect to 0.5 μM sorafenib. However, the RGC survival rate was higher following treatment with 0.5 μM sorafenib than 2 mg/mL bevacizumab. Western blot analysis indicated lower Akt levels after bevacizumab than sorafenib treatments. RNA sequencing revealed that the PI3K/AKT, Ras, and MAPK signaling pathways were involved in RGC viability, whereas the JAK/STAT pathway did not play a pivotal role. Conclusions: Our results suggest that sorafenib may be a more effective and safer treatment option than bevacizumab for various retinal diseases. This study identified novel genes implicated in this process and highlighted the intricate involvement of multiple signaling pathways. These insights will help facilitate the development of safer therapeutic approaches for various retinal diseases, particularly those associated with glaucoma