Restoring erectile function by combined treatment with JNK inhibitor and HDAC inhibitor in a rat model of cavernous nerve injury

Abstract

Introduction The main pathophysiologic conditions of erectile dysfunction after radical prostatectomy are considered to be corporal fibrosis and apoptosis induced by cavernosal nerve (CN) injury. In a rat model of CN crush injury (CNCI), we investigated whether combination treatment with JNK inhibitor (JNKi), SP600125, and HDAC inhibitor (HDACi), suberoylanilide-hydroxamic-7 acid (SAHA), for 2 weeks after CNCI would restore erectile function by suppressing fibrosis and apoptosis through normalization of JNK and HDAC pathways.

Materials and methods Seventy 12-week-old rats were randomly divided into five groups: Sham surgery, CNCI alone, CNCI treated with daily intraperitoneal injection of 10mg/kg JNKi, CNCI treated with daily oral administration of 25.0mg/kg HDACi, and CNCI daily treated with a combination. Two weeks after CNCI, we investigated the erectile response to electrostimulation and conducted histological staining, caspase-3 activity assay, and western blot analysis.

Results CNCI alone resulted in significantly reduced intracavernosal pressure (ICP)/mean arterial pressure (MAP) and area under the curve/MAP, decreased smooth muscle (SM)/collagen ratio and SM content, higher caspase-3 activity, and increased protein levels of total HDAC3, TGF-β, fibronectin, and c-Jun phosphorylation, compared with the Sham surgery. The CNCI groups exposed to JNKi, HDACi or both showed improvements in erectile-responses and SM/collagen ratio, compared to the CNCI alone. The combined treatment showed additional improvement in erectile responses at 1.0V stimulation and in SM/collagen ratio compared to the single agent treatment. SM content, caspase-3 activity and c-Jun phosphorylation improved in the two CNCI groups exposed to JNKi. The two CNCI groups exposed to HDACi showed normalization of protein levels of HDAC3, fibronectin and TGF-β.

Conclusions The combined administration of JNKi and HDACi during the acute phase after CNCI in rats can preserve erectile dysfunction by suppressing cavernosal fibrosis and apoptosis by normalizing the HDAC/TGF-β and JNK pathways.

배경 및 서론 근치적 전립선 적출술 후 발생하는 발기부전의 주요 병태생리는 수술 중해면체신경의 손상이 음경해면체의 섬유화 및 세포고사를 유도하기 때문이라고 알려져 있다. 이에 해면체신경 손상으로 유발된 발기부전 백서 모델에서 JNK억제제 (SP600125)와 HDAC억제제 (suberoylanilide-hydroxamic-7 acid)를 2주간 병합 치료하였을 때 음경해면체의 섬유화 억제 및 세포고사 개선을 통해 발기력을 회복시킬 수 있는지 알아보고자 하였다. 대상 및 방법 12주령의 웅성 Sprague-Dawley 백서 70마리를 5군으로 나누어 2주 간 실험하였다. 각 군 (군당 14마리)은 1) Sham 대조군, 2) 양측 해면체신경 손상군, 3) 양측 해면체신경 손상 직후부터 10mg/kg JNK억제제를 일일 1회 복강 내 투여군, 4) 양측 해면체신경 손상 직후부터 25mg/kg HDAC억제제를 일일 1회 경구 투여한 군, 5) 양측 해면체신경 손상 직후부터 10mg/kg JNK억제제 일일 1회 복강 내 투여와 함께 25mg/kg HDAC억제제를 일일 1회 경구 투여한 군으로 구분하였다. 각 군을 2주간 유지한 후 군당 7마리의 백서에게 전기자극에 대한 평균동맥압에 대한 최대해면체내압의 비 (ICP/MAP)와 해면체내압의 곡선의 비 (AUC/MAP)측정으로 발기반응을 평가하였다. 그리고 나머지 7마리에서 적출한 음경조직으로 Massons trichrome 염색, 면역화학 염색, Caspase-3 활성 어세이, Western blot 분석을 시행하였다. 결과 양측 해면체신경 손상군은 전기자극 시 ICP/MAP와 AUC/MAP 감소, 평활근/콜라겐 비율 감소, 평활근 함량 감소, Caspase-3 활성 증가, HDAC3 단백발현 증가, TGF-β 단백발현 증가, fibronectin 단백발현 증가, c-Jun 인산화 증가 등이 Sham 대조군에 비해 유의한 소견으로 관찰되었다. 세 치료군 모두에서 신경 손상군에 비해 발기반응, 평활근/콜라겐 비율에서 호전을 보였다. 특히, 병합 치료군은 단독제제 치료군들에 비해 1.0V자극에 대한 발기반응과 평활근/콜라겐 비율에서 추가적인 호전을 보였다. JNK억제제가 투여된 군들은 평활근 함량, Caspase-3 활성, c-Jun 인산화에서 호전을 보였다. HDAC억제제가 투여된 군들은 HDAC3, TGF-β, fibronectin 들의 단백발현이 정상화되었다. 결론 해면체신경 손상 백서모델에서 급성기 동안 JNK억제제와 HDAC억제제 병합 치료는 HDAC/TGF-β 경로와 JNK 경로를 정상화함으로써 해면체의 섬유화와 세포고사를 억제하여 발기능을 회복시킬 수 있었다.