骨穩態(bone homeostasis)包括新骨形成與現有骨的重塑和吸收之間的平衡作用。對於患上骨質疏鬆等骨損耗疾病(bone-wasting disease)的患者而言,骨吸收占主導。
破骨細胞(osteoclast)在正常生長和發育期間以及從骨質疏鬆症到癌症骨轉移的病理狀態中都積極地重塑骨骼的礦物質和蛋白成分。作為一種半胱氨酸蛋白酶,組織蛋白酶K(cathepsin K)賦予破骨細胞以強效的I型膠原溶解活性,然而,組織蛋白酶K缺失的小鼠以及組織蛋白酶K突變的人類,仍然通過尚未確定的效應物繼續重塑骨骼並降解膠原蛋白。
為了確定潛在的新型治療靶點,在一項新的研究中,來自美國密歇根大學和中國武漢大學的研究人員鑒定出破骨細胞中的一種不依賴於組織蛋白酶K的膠原溶解係統,它由分泌性的基質金屬蛋白酶MMP9和膜錨定的基質金屬蛋白酶MMP14的功能冗餘性網絡組成。相關研究結果發表在2020年2月5日的Science Translational Medicine期刊上,論文標題為“Osteoclast-mediated bone resorption is controlled by a compensatory network of secreted and membrane-tethered metalloproteinases”。
令人意外的是,盡管單獨剔除Mmp9和Mmp14中的任何一種都會使得骨吸收保持完整,但是同時靶向這兩種基質金屬蛋白酶可在體內和體外抑製小鼠破骨細胞的骨吸收活性,此外也在體外抑製人類破骨細胞的骨吸收活性。
在體內,Mmp9/Mmp14條件性雙敲除小鼠表現出顯著的骨密度增加,並且對甲狀旁腺激素或卵巢切除術(ovariectomy)引起的病理性骨丟失顯示出高度保護的狀態。
總之,這些研究結果表征了一種在小鼠和人類破骨細胞中起作用的膠原溶解係統,並確定MMP9/MMP14軸是一種對骨損耗疾病狀態進行治療幹預的潛在靶標。