Antifibrotic Effects of JAK1 Selective Small Molecule Inhibitor in Bleomycin-induced Mouse Pulmonary Fibrosis Model

Abstract

Interstitial pulmonary fibrosis is a progressive disease characterized by excessive deposition of extracellular matrix in the interstitial space of lung parenchyma, leading to reduced gas exchange. Decreased gas exchange results in respiratory difficulty and, consequently, a decrease in oxygen supply to organs. Pirfenidone and Nintedanib have been approved as therapies that show efficacy in delaying the progression of the disease, but a complete cure remains elusive. The exact etiology of pulmonary fibrosis is still unknown, prompting the development of treatments in various directions. According to research findings published in the academic community, an increase in phosphorylated STAT3 has been reported in fibroblasts synthesizing extracellular matrix, and an association between increased phosphorylation of STAT3 and elevated levels of extracellular matrix, such as Fibronectin, has been identified. JAK inhibitors exhibit differences in subunit selectivity based on their indications. It has been confirmed that increasing selectivity in various indications leads to reduced side effects, as seen in the case of rheumatoid arthritis where a JAK1-selective inhibitor, rather than a pan-inhibitor, has been developed and is being used to minimize side effects. This study evaluates the alleviation of pulmonary fibrosis by applying a JAK1-selective inhibitor, 36b, based on the increased levels of phosphorylated STAT3 in fibroblasts synthesizing extracellular matrix. Furthermore, 36b demonstrated the ability to induce inhibition of pulmonary fibrosis in a Bleomycin-induced lung fibrosis model, suggesting its potential as a candidate for treatment. ;폐 섬유화는 폐포 벽 간질부에 세포 외 기질의 과도한 침착으로 기체 교환이 감소하는 진행성 질병이다. 기체 교환이 감소하면 호흡 곤란이 유도되고 나아가 장기로의 산소 공급률이 낮아지는 문제점을 가진다. 피르페니돈과 닌테다닙이 승인받은 치료제로써 병의 진행을 늦추는 효과를 보이고 있지만 완전한 치료는 불가능하다. 폐 섬유화의 정확한 병인은 아직 알려진 바가 없으며, 이에 따라 치료제도 다양한 방향으로 개발되고 있다. 기존에 학계에 발표된 연구 결과에 따르면 세포 외 기질을 합성하는 섬유아세포에 STAT3의 인산화 형태 증가가 보고되어 있고, STAT3의 인산화 증가에 따라 세포 외 기질인 Fibronectin의 증가가 알려져 있다. 이에 따라 STAT의 상위 전달자인 JAK 억제제를 폐 섬유화에 적용하였다. JAK 억제제는 적응증에 따라 subunit의 차이를 가지고 있다. 다양한 적응증에서 선택성을 높였을 때 부작용이 감소하는 바가 확인되었으며, 류마티스 관절염의 경우 pan-inhibitor에서 JAK1 선택적 억제제로 개발되며 부작용을 줄여 사용되고 있다. 본 연구는 폐 섬유화에서 세포 외 기질을 합성하는 섬유아세포의 p-STAT3 수준 증가에 따라, JAK1 선택적 억제제인 36b를 적용해 세포와 동물 실험에서 섬유화 완화를 평가하였다. 세포에 STAT3를 인산화 시키는 것으로 알려진 IL-6를 처리하였을 때, p-STAT3 수준이 대조군에 의해 유의하게 증가하였으나 36b 처리에 의해 유의하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 세포 수준에서 선택성을 확인하기 위해 homodimer로 작용하는 JAK2에 대해 GM-CSF를 처리한 실험과 비교한 결과, GM-CSF에의해 유의하게 증가한 p-STAT5 수준이 36b 처리에 의해 감소하지 않음을 확인하며 세포 수준에서의 JAK1 선택성을 확인하였다. 동물 실험에서 대조군에 비해 유의하게 콜라겐 침착이 감소한 것을 확인할 수 있었고, 조직에서의 p-STAT3, fibronectin 수준이 36b 처리에 의해 유의하게 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 간, 신장, 비장의 조직학 평가에서 유의한 독성문제가 없었으며, 혈액 분석으로 간, 신장 수치를 확인해보았을 때 실험 그룹 간의 유의한 차이와 독성을 보이지 않았다. 이는 JAK1 선택적인 억제가 폐섬유화에 적용되었을 때, 부작용을 최소화하고 치료효과를 가질 것을 시사한다.