组织蛋白酶K是否能够作为新的骨质疏松治疗靶点？

摘要

破骨细胞分泌的蛋白酶K能导致I型胶原蛋白的有效降解，人类蛋白酶K活性的缺乏会导致致密性成骨不全症。长期使用蛋白酶K抑制药物治疗可以改善脊柱和臀部的骨骼强度。与其他抗骨吸收剂相比，蛋白酶K抑制对减少骨吸收的生化指标几乎同样有效，对减少了骨形成标志物相对较不活跃。在开发蛋白酶抑制剂方面存在许多困难点。尽管如此，蛋白酶K抑制剂的生物学和临床效果仍然相当可观，可能为今后治疗骨质疏松的方法铺平道路。

骨质疏松治疗药物的回顾

成年人的骨骼大约每10年进行一次完整的替换。从幼年到成年的过程，破骨细胞介导的骨吸收作用明显低于成骨细胞介导的骨形成，这样净骨质量保持稳定增长。从药理学方面来讲，有效的抗骨质疏松药物应该能够显著地刺激骨骼形成或至少抑制骨吸收但不抑制骨形成。正是在这种情况下，蛋白酶K抑制剂似乎是比较好的选择，他能限制破骨细胞的活动，但不降低成骨细胞的功能。

组织蛋白酶K的生物活性

1、蛋白酶K在破骨细胞中的作用

蛋白酶K是木瓜蛋白酶样的半胱氨酸蛋白酶家族的一种溶酶蛋白酶，包括半胱氨酸蛋白酶家族（组织蛋白酶B、C、F、H、K、L、O、S、V、X和W）、天门冬氨酸（组织蛋白酶D和E）、或丝氨酸类蛋白酶（组织蛋白酶a和G）根据氨基酸活性部位来调节对应蛋白的催化活性。蛋白酶K是在破骨细胞中高水平表达的唯一蛋白酶。在破骨细胞内，蛋白酶K已被证明主要存在于溶酶体和细胞质囊泡中，参与骨陷窝形成。

2、蛋白酶K在鼠类中的研究情况

研究发现蛋白酶K基因靶向敲除的老鼠会导致类似人类致密性成骨不全的症状，然而杂合子小鼠蛋白酶k缺失后未出现异常,纯合小鼠蛋白酶K缺失后骨小梁和骨皮质的骨密度均有显著增加。在一些小鼠模型中，蛋白酶K缺陷破骨细胞未能表现出预期的凋亡和衰老，表明蛋白酶K缺失对骨骼的表型改变和遗传背景有很大的关系。

3、人类致密性成骨不全与蛋白酶K方面的研究

致密性成骨不全是在小鼠纯合蛋白酶K基因缺失中发现的一种非常罕见的疾病。致密性成骨不全是一种由CTSK基因突变引起的常染色体隐性溶酶体疾病(OMIM 265800)。目前为止至少有44种不同的突变被报告。如表1。临床检测结果自表明蛋白酶k对于调节骨平衡具有重要的意义。到目前为止，还没有发现任何药物治疗能改善致密性成骨不全。但有研究发现在骨髓移植治疗骨硬化的病人中没有发现出现致密性成骨不全的，这可能是一种思考的方向。

蛋白酶K的临床研究

1、I期临床研究

Relacatib：在I期试验中确定了其对布洛芬、扑热息痛和阿托伐他汀的代谢的影响。尽管前期数据展现出很大的潜力，但由于潜在的药物-药物相互导致后期的临床研究没有开展。Balicatib：在I期研究结果表明呈剂量依赖性地增加腰椎(+4.4%)和臀部(+2.2%)骨骼的BMD,以及剂量依赖性地降低骨吸收相关性指标(血清CTX 61%和尿液NTX 55%)。由于Balicatib受试者中发现病人出现硬斑样皮肤硬化的症状，最终因为安全问题停止了这种药物的研究。

对Odanacatib进行了三阶段的I试验旨在检查安全性、耐受性、药代动力学和药效学特点。三项结果表明，在短期研究中没有发生严重的不良反应，Odanacatib的耐受性较好。最近的一份报告研究了44名健康志愿者(36男性和8名绝经后妇女)的安全性、耐受性、药代动力学和药效学，再次显示比较好的耐受性。

1、II期临床研究

ONO-5334：正如在Balicatib的I期临床研究中看到的一样，ONO-5334和阿仑膦酸钠都减少了50-70%的骨吸收生化指标，只有 ONO-5334 在每天300毫克的最高剂量下，骨形成标记的适度减少。另外的研究发现300毫克/天的ONO-5334治疗能持续增加的骨密度(腰椎+6.7%，髋关节+3.4%，股骨+3.7%)，并且能减少血清CTX和尿液NTX的水平,但没有显著减少骨形成标志物。值得注意的是，经过24月的治疗后停止治疗导致尿NTX和血清TRAP5b水平高于基线，表明蛋白酶K抑制剂的具有可逆性。然而,对临床试验的审查中并没有显示任何涉及ONO-5334的临床试验。Odanacatib：关于Odanacatib的研究如Fig2、Fig3、Fig4。

3、III期临床研究

目前研究的比较多的依然是Odanacatib，研究结果表明其具有非常大的潜在研究价值，Fig5。最终更令人关注的是Odanacatib和安慰剂治疗患者之间的差异, Odanacatib存在增加心血管和脑血管疾病的风险（虽然没有达到统计学意义）根据2016美国Bone and Mineral年会的报告,判定的心房颤动和心房扑动事件在Odanacatib治疗患者中较为常见,但差异未达到统计学意义。基于这这些分析,研究赞助商最终退出Odanacatib的研究。虽然关于蛋白酶K抑制剂的研究存在很多困难，但同时也提供了一种研究骨质疏松治疗的新思路。Fig6，Fig7。

蛋白酶K抑制剂是治疗骨质疏松症的一种新的方向。虽然目前可用的抗吸收剂减少了破骨细胞的活动和数量，从而导致骨吸收减少，但会导致骨形成的减少。蛋白酶K抑制剂在减少骨吸收的同时对于骨形成方面的影响比较小。然而，不像磷酸盐类药物主要生物靶是破骨细胞，蛋白酶k抑制剂有可能影响其他组织，这种潜在的风险限制了除Odanacatib以外的所有蛋白酶K抑制剂的发展。