AMP活化蛋白激酶通路對骨重建影響的研究現(xiàn)狀

高 柳，劉慧新(綜述)，李玉坤(審校)(河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院內(nèi)分泌二科,河北省骨科生物力學(xué)重點實驗室，河北 石家莊 050051)

·綜述·

AMP活化蛋白激酶通路對骨重建影響的研究現(xiàn)狀

高 柳，劉慧新(綜述)，李玉坤*(審校)
(河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院內(nèi)分泌二科,河北省骨科生物力學(xué)重點實驗室，河北 石家莊 050051)

AMP活化蛋白激酶類；骨重建；綜述文獻

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.09.044

骨重建是骨骼的自我更新過程，包括破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收和成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成，兩者失衡時可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，因此研究骨重建過程對了解骨質(zhì)疏松病變十分重要。1973年Berg和Carlson等首次發(fā)現(xiàn)腺嘌呤核糖核苷酸(adorosine monophosphate,AMP)活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)，AMPK是蛋白激酶鏈中的關(guān)鍵激酶，可感應(yīng)細(xì)胞能量代謝狀態(tài)變化并經(jīng)多種途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞能量平衡[1]，被稱為真核細(xì)胞的“燃油量表”或“能量感受器”。AMPK可通過磷酸化多種代謝酶和調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄與表達直接或間接影響骨代謝。因此，AMPK與骨重建的關(guān)系受到越來越多關(guān)注?，F(xiàn)就AMPK對骨重建影響的近年研究進展綜述如下。

1 AMPK的結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)

AMPK是進化高度保守的異源三聚體蛋白，由α催化亞基和β、γ調(diào)節(jié)亞基組成。哺乳動物有7種亞單位(α1，α2，β1，β2，γ1，γ2，γ3)，理論上可形成12種AMPK異源三聚體，其中α亞基氮端含有一個絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，氮端激酶區(qū)的Thr-172殘基磷酸化可激活A(yù)MPK，是測定AMPK活性的生物標(biāo)志之一；β亞基含有與糖原結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，可感知組織中糖原狀態(tài)；γ亞基包含一個多變氮端區(qū)域和與之連接的4種高保守硫胱醚重復(fù)序列，負(fù)責(zé)與AMP和ATP等腺苷酸結(jié)合[2]。

AMP為細(xì)胞低能量的信號分子，與γ亞基結(jié)合時使AMPK活性升高3～5倍[3]。當(dāng)ATP缺乏時，AMP/ATP比值升高，AMPK開啟產(chǎn)生ATP的分解代謝途徑，同時關(guān)閉需要ATP的合成代謝途徑和其他途徑，這種作用維持胞內(nèi)能量代謝平衡。迄今已發(fā)現(xiàn)3種AMPK上游激酶：肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)為發(fā)現(xiàn)最早的AMPK上游激酶，可磷酸化α亞基的Thr-172殘基使AMPK活性增加100～1 000倍；鈣調(diào)蛋白依賴性激酶激酶b(calmodulin-dependent kinase kinase b，CaMKKb)在胞內(nèi)Ca2+濃度升高時激活，也可磷酸化α亞基的Thr-172殘基；轉(zhuǎn)化生長因子α活化激酶1(TGF-activated kinase 1,TAK1)，可在體或體外激活A(yù)MPK活性，尚不清楚TAK1激活A(yù)MPK的具體機制[4]。

2 AMPK與骨重建

AMPK在大多數(shù)亞型成骨細(xì)胞中表達，并組合為不同的復(fù)合物。Quinn等[5]檢測了顱骨原代成骨細(xì)胞和Kusa O成骨樣細(xì)胞以及體外培養(yǎng)的破骨樣細(xì)胞、雙電位巨噬細(xì)胞/破骨細(xì)胞系和RAW 264.7等巨噬細(xì)胞/破骨細(xì)胞系中的AMPK亞基，破骨細(xì)胞系表達α1、β1和γ1亞型，形成唯一的α1β1γ1異源三聚體；成骨細(xì)胞系表達α1、α2、β1、β2和γ1，可形成多種異源三聚體。但是Kasai等[6]發(fā)現(xiàn)在MC3T3-E1細(xì)胞和原代成骨細(xì)胞中檢測不到AMPKα2、γ1、γ3亞基。此外，Shah等[7]對AMPK亞基mRNA在ROS17/2.8成骨樣細(xì)胞和小鼠脛骨中的表達進行檢測，結(jié)果顯示骨細(xì)胞和組織表達α1、β1、β2、γ1、γ2和γ3亞型，未檢出α2亞基。以上研究說明α1亞單位是骨組織表達的主要催化亞基，可能在骨骼代謝中發(fā)揮著主要功能；β1和β2亞單位在骨中表達類似，但γ亞單位在骨組織和細(xì)胞中的表達存在差異。

AMPK信號通路是調(diào)節(jié)骨代謝的重要通路。Cortizo等[8]發(fā)現(xiàn)AMPK激活可增加UMR106和MC3T3-E1成骨樣細(xì)胞的增殖，并促進MC3T3-E1細(xì)胞的分化和礦化。Molinuevo等[9]發(fā)現(xiàn)激活未分化骨髓祖細(xì)胞中的AMPK可引起其堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性、Ⅰ型膠原酶合成、骨鈣素表達和胞外鈣沉積升高，并增強成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子Runx2/Cbfa1的表達。Kim等[10]發(fā)現(xiàn)AMPK激活可刺激MC3T3-E1細(xì)胞內(nèi)BMP(bone morphogenetic protein，BMP)-2的mRNA表達和礦化，抑制AMPK活性可消除以上效應(yīng)，說明AMPK激活可刺激MC3T3-E1細(xì)胞的成骨性分化。以上研究說明AMPK激活可刺激多種成骨樣細(xì)胞的成骨性分化，AMPK信號通路對骨代謝具有重要調(diào)節(jié)功能。

敲除AMPKα或β亞基基因小鼠的骨量或骨細(xì)胞與野生型小鼠的顯著差異是AMPK參與骨量調(diào)節(jié)最有力的證據(jù)之一。Shah等[7]首次對敲除AMPKα亞基小鼠的脛骨進行mCT掃描以分析其骨形態(tài)，發(fā)現(xiàn)AMPKα1亞基敲除小鼠的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨間隔減??；骨小梁間隙顯著增加；骨面積、皮質(zhì)骨厚度和指數(shù)、松質(zhì)骨的體積、數(shù)量和厚度以及骨膜周長均顯著降低；但骨髓區(qū)域和脛骨長度無變化；但AMPKα2亞基敲除小鼠脛骨的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨參數(shù)均無顯著變化。Jeyabalan等[11]對缺乏AMPKα1亞基(Prkaa1-/-)和野生型小鼠實施卵巢去勢術(shù)(ovariectomy,OVX)和/或間斷甲狀腺激素(parathyroid hormone,PTH)注射。OVX后的Prkaa1-/-和野生型小鼠骨質(zhì)量均降低，野生型更著。OVX加間斷PTH注射可增加野生型和Prkaa1-/-小鼠的松質(zhì)骨/皮質(zhì)骨指數(shù)，但野生型小鼠的骨骼參數(shù)增加更為明顯。相反，Prkaa1-/-小鼠間斷PTH注射引起的骨合成增加高于野生型小鼠，證明Prkaa1-/-小鼠對OVX引起的骨轉(zhuǎn)換反應(yīng)較弱，但是對間斷PTH注射誘導(dǎo)的合成反應(yīng)較強，說明AMPKα1激活在骨重建中具有重要作用。Kang等[12]也對Prkaa1-/-或Prkaa2-/-亞基小鼠的骨表型進行測量，結(jié)果顯示缺乏α亞基小鼠的骨質(zhì)量明顯低于野生型，且Prkaa1-/-小鼠的骨量下降比Prkaa2-/-小鼠更為明顯，并以松質(zhì)骨為著。靜態(tài)和動態(tài)骨組織形態(tài)計量學(xué)分析顯示Prkaa1-/-小鼠骨形成和骨吸收均增加，且骨吸收高于骨形成；Prkaa2-/-小鼠骨吸收明顯增加，而骨形成無明顯變化。體外實驗顯示AMPKα1亞基可抑制RANK信號，AMPK缺陷與破骨細(xì)胞生成增加有關(guān)，說明AMPK可以抑制破骨細(xì)胞生成，AMPKα亞基參與骨代謝調(diào)節(jié)，α1對骨代謝影響顯著高于α2亞基。Quinn 等[5]研究了AMPKβ亞基在骨重建中的調(diào)節(jié)作用，利用斷層掃描儀對雌性小鼠股骨頭進行掃描，與雌性野生型小鼠相比，雌性β1敲除小鼠股骨頭的松質(zhì)骨密度顯著減少，但皮質(zhì)骨密度、周長和厚度正常。組織形態(tài)學(xué)分析顯示雌性β1敲除小鼠脛骨松質(zhì)骨體積和數(shù)量較野生型明顯減少，厚度不變；但成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞數(shù)量與野生型相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。對雄性β1敲除小鼠進行相同檢測顯示其松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)、破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞數(shù)量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但類骨質(zhì)體積顯著減少。雄性β2敲除小鼠的股骨頭松質(zhì)骨質(zhì)量減少，皮質(zhì)骨密度、周長、厚度正常，脛骨松質(zhì)骨體積和數(shù)量明顯低于野生型，但β1和β2種系敲除后破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞數(shù)量無差異，證明AMPK不是破骨細(xì)胞體內(nèi)分化所必需的，只有β1或β2亞型足以使成骨細(xì)胞分化，AMPK可能影響了成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的功能。

AMPK還可通過其他途徑影響骨代謝。Takatani等[13]用Saos-2人類成骨樣細(xì)胞研究成骨細(xì)胞Wnt/β-catenin信號通路的AMPK調(diào)節(jié)作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AMPK激活劑5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷(5-aminoimidazole-4-carboxamide 1-β-D-ribofuranoside，AICAR)可抑制Wnt3a誘導(dǎo)的TCF依賴性轉(zhuǎn)錄活性，氯化鋰通過抑制β-catenin降解增強Wnt誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活，但二甲雙胍通過增加β-catenin的磷酸化并減少β-catenin蛋白水平抑制Wnt/β-catenin信號來抑制該效應(yīng)。此研究顯示AMPK通過減少成骨樣細(xì)胞中的β-catenin水平減弱Wnt/β-catenin信號通路。Pantovic等[14]通過體外培養(yǎng)人牙髓間充質(zhì)干細(xì)胞探討其成骨性分化與AMPK/Akt/mTOR信號的關(guān)系，結(jié)果表明骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨性分化過程中，早期出現(xiàn)激活A(yù)MPK及其靶點Raptor有關(guān)，并同時抑制mTOR及其底物p70S6激酶；晚期可激活A(yù)kt/mTOR信號。AMPK敲除阻止早期mTOR的抑制，同時激活晚期Akt/mTOR信號。由此推論AMPK/Akt/mTOR信號參與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨性分化過程。

3 降糖藥與AMPK

3.1 二甲雙胍：2型糖尿病的骨密度改變使學(xué)者推測降糖藥二甲雙胍可能影響骨代謝。大量實驗證明二甲雙胍可通過增加細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP比值使AMPK對其上游激酶LKB1反應(yīng)更為敏感，并強效激活骨髓祖細(xì)胞、成骨樣細(xì)胞和初級骨髓巨噬細(xì)胞中的AMPK。Cortizo等[8]用二甲雙胍處理UMR106和MC3T3-E1成骨樣細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其劑量依賴性提高細(xì)胞增殖，并促進成骨樣細(xì)胞分化和礦化結(jié)節(jié)形成，二甲雙胍誘導(dǎo)磷酸化ERK的瞬時激活和再分布，并劑量依賴性刺激內(nèi)皮型一氧化氮合酶(edothelial nitric oxide synthase,eNOS)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)。Kanazawa等[15]發(fā)現(xiàn)二甲雙胍劑量和時間依賴性激活A(yù)MPK，并誘導(dǎo)eNOS和BMP-2的表達，加入特異性AMPK抑制劑Ara-A顯著逆轉(zhuǎn)了二甲雙胍誘導(dǎo)的eNOS和BMP-2表達，二甲雙胍可劑量和時間依賴性激活A(yù)MPK通路并誘導(dǎo)成骨樣MC3T3-E1細(xì)胞的分化和礦化。這些結(jié)果顯示二甲雙胍促進成骨樣細(xì)胞的分化和礦物化，可能由ERK-1/2激活或再分布和誘導(dǎo)e/iNOS介導(dǎo)。

Jang等[16]研究了二甲雙胍對成骨細(xì)胞分化影響的分子機制，發(fā)現(xiàn)其可顯著增加主要成骨性基因如ALP、骨鈣素、骨涎蛋白和小異二聚體伴侶分子(small heterodimer partner,SHP)的表達，腺病毒轉(zhuǎn)染細(xì)胞過度表達SHP可顯著增加細(xì)胞ALP染色和骨鈣素生成水平，上游刺激因子1(upstream stimulatory factor-1，USF-1)特異性調(diào)節(jié)二甲雙胍誘導(dǎo)的SHP基因表達。二甲雙胍介導(dǎo)的AMPK激活還可增加Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runt-releated transcription factor,Runx2)的mRNA和蛋白水平，但USF-1和SHP未參與此過程。瞬時轉(zhuǎn)染和染色質(zhì)免疫共沉淀分析表明MC3T3-E1細(xì)胞中，二甲雙胍增強SHP與Runx2在骨鈣蛋白啟動子上的相互作用，并形成復(fù)合物。這些結(jié)果顯示二甲雙胍可能通過AMPK/USF-1/SHP級聯(lián)調(diào)控反式激活Runx2以刺激小鼠顱骨源性成骨細(xì)胞分化。Jang等[17]還發(fā)現(xiàn)二甲雙胍誘導(dǎo)Smad1/5/8磷酸化和Dlx5與Runx2的表達，并增加BRE-Luc和Runx2-Luc活性，但這些均可被化合物C或AMPK顯性失活可抑制；用siRNA下調(diào)Dlx5表達可以抑制二甲雙胍誘導(dǎo)的Runx2表達。說明二甲雙胍也可以通過激活A(yù)MPK調(diào)控Smad1/5/8-Dlx5-Runx2信號通路刺激成骨細(xì)胞分化。

Molinuevo等[9]研究了二甲雙胍在體內(nèi)和體外對骨髓祖細(xì)胞分化的影響，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)注射二甲雙胍可引起顱骨損傷的非糖尿病小鼠和糖尿病大鼠的骨再生；在體外，二甲雙胍可顯著激活未分化骨髓祖細(xì)胞的AMPK，并部分抑制羅格列酮誘導(dǎo)的骨髓祖細(xì)胞成脂分化。體內(nèi)和體外注射二甲雙胍都會引起骨髓祖細(xì)胞ALP活性、Ⅰ型膠原酶合成、骨鈣素表達和胞外鈣沉積升高。此外，注射二甲雙胍可時間依賴性增強成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子Runx2/Cbfa1的表達和AMPK激活。因此，二甲雙胍所引起的體內(nèi)和體外成骨效應(yīng)可能與Runx2/Cbfa1表達升高和AMPK激活有關(guān)。

成骨細(xì)胞護骨素(osteoprotegerin，OPG)和Kβ受體活化劑(receptor activator of NF-Kβ ligand,RANKL)是由成骨細(xì)胞主要分泌的細(xì)胞因子，并對破骨細(xì)胞的分化和功能具有重要作用。Mai等[18]發(fā)現(xiàn)二甲雙胍劑量依賴性刺激小鼠顱骨成骨細(xì)胞和MC3T3-E1成骨樣細(xì)胞的OPG表達升高并減少RANKL mRNA表達，從而抑制破骨細(xì)胞分化。應(yīng)用化合物C或鈣調(diào)素依賴的蛋白激酶(calcaium/calmodulin-dependent protein kinase kinase,CaMKK)抑制劑STO-609阻止了二甲雙胍誘導(dǎo)的OPG表達增加，而CaMKK是AMPK的上游激酶。這充分說明AMPK通路在成骨細(xì)胞的OPG表達中具有重要作用。Lee等[19]使用RANKL誘導(dǎo)骨髓源性巨噬細(xì)胞AMPKα亞基的激活和磷酸化，并刺激細(xì)胞形成破骨細(xì)胞-TRAP陽性多核細(xì)胞。發(fā)現(xiàn)在使用化合物C抑制AMPK和siRNA介導(dǎo)的AMPKα1敲除小鼠模型中，RANKL誘導(dǎo)的TRAP陽性多核細(xì)胞生成增加，同時通過激活下游信號元件p38、氨基末端激酶、核因子κB、Akt、CREB、c-Fos和活化T細(xì)胞核因子1蛋白(activation of T cell nucleus factor 1 protein,NFATc1)增加骨吸收。CaMKK抑制劑STO-609完全阻斷RANKL誘導(dǎo)的α亞基激活，但是鈣調(diào)蛋白依賴性激酶(calmodulin-dependent kinase，CaMK)抑制劑KN-93不能阻斷。同時，siRNA介導(dǎo)的TAK1敲除也阻斷了RANKL誘導(dǎo)的α亞基激活。因此，AMPK可能通過CaMKK和TAK1下調(diào)RANKL表達，從而抑制RANKL誘導(dǎo)的骨吸收。

3.2 噻唑烷二酮(thiazolidinediones,TZDs)：TZDs是臨床上廣泛應(yīng)用的降糖藥，主要通過激活過氧化物酶體增殖物活化受體γ(peroxisone proliferator activated receptors γ,PPARγ)來發(fā)揮作用。類似于二甲雙胍，噻唑烷二酮也可通過增加細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP比值激活A(yù)MPK，繼而使AMPK對LKB1反應(yīng)更為敏感。Cho等[20]研究了羅格列酮對破骨細(xì)胞形成、骨吸收和成骨細(xì)胞分化的影響。羅格列酮不僅抑制了TRAP陽性細(xì)胞的形成，而且時間和劑量依賴性抑制骨髓細(xì)胞形成的骨吸收凹點。此外，羅格列酮使骨膠原和骨鈣素水平降低至接近于零并阻止成骨細(xì)胞特異性蛋白的mRNA表達。但是，羅格列酮顯著增加細(xì)胞中脂肪細(xì)胞特異性標(biāo)志物aP2的mRNA水平。以上結(jié)果說明羅格列酮激活的PPARγ可抑制骨髓細(xì)胞中的成骨細(xì)胞分化，增加脂肪細(xì)胞形成，并阻止破骨細(xì)胞形成和骨吸收。上述研究說明噻唑烷二酮對骨代謝具有重要影響，但尚無研究證明此變化與AMPK有直接關(guān)系。

4 小分子化合物與AMPK

4.1 AICAR：AICAR是最早發(fā)現(xiàn)也是目前應(yīng)用最廣泛的AMPK激活劑。AICAR進入細(xì)胞并被腺苷酸激酶磷酸化為單磷酸化型(AICAR monophasphate,ZMP)，ZMP與AMP的作用類似，可變構(gòu)激活A(yù)MPK并磷酸化上游激酶[21-22]。為研究AICAR對骨量的影響及其作用機制，Quinn等[5]向10周齡野生雄性小鼠注射AICAR。pQCT顯示AICAR注射后小鼠的股骨頭松質(zhì)骨密度大幅降低(54%)，皮質(zhì)骨厚度明顯減少(15%)；組織形態(tài)學(xué)分析顯示松質(zhì)骨體積與對照組相比降低49%，松質(zhì)骨數(shù)量明顯降低，但厚度不變。AICAR注射后小鼠的破骨細(xì)胞數(shù)量和破骨細(xì)胞表面顯著增加，同時類骨質(zhì)體積和成骨細(xì)胞數(shù)量增加，表明AICAR會導(dǎo)致骨量減少和骨轉(zhuǎn)換增加。為明確其機制，將骨髓細(xì)胞誘導(dǎo)的破骨樣細(xì)胞接種于牙質(zhì)表面，加入AICAR后破骨樣細(xì)胞形成數(shù)量增加一倍，牙質(zhì)吸收也增加一倍，這種破骨細(xì)胞增加數(shù)量和牙質(zhì)吸收增加的量效關(guān)系，說明AICAR導(dǎo)致的骨吸收增加與破骨細(xì)胞數(shù)量增加密切相關(guān)，AICAR并不影響破骨細(xì)胞的活性。

AICAR對成骨細(xì)胞的影響是AMPK對骨代謝調(diào)節(jié)的另一方面。Shah等[7]通過分析大鼠成骨樣細(xì)胞裂解產(chǎn)物的ALP活性和茜素紅染色表明AICAR可劑量依賴性抑制礦化期的ALP 活性并刺激骨小結(jié)形成。Kanazawa等[23]用AICAR激活MC3T3-E1成骨樣細(xì)胞中的AMPK并引起細(xì)胞增殖、分化和礦化增加，在此過程中細(xì)胞中osterix mRNA表達升高，因此推測Osterix轉(zhuǎn)錄因子可能參與此成骨細(xì)胞分化調(diào)節(jié)。在進一步研究中，Kanazawa等[15]發(fā)現(xiàn)AICAR明顯刺激MC3T3-E1成骨樣細(xì)胞礦化和eNOS、BMP-2、骨鈣蛋白的mRNA表達；而NOS抑制劑、BMP拮抗劑、HMG-CoA還原酶下游分子和甲羥戊酸均可顯著抑制AICAR誘導(dǎo)礦物質(zhì)化和mRNA表達。Western blot分析顯示AICAR可激活蛋白激酶B和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)，使用ERK抑制劑可顯著抑制AICAR誘導(dǎo)的eNOS和BMP-2 mRNA表達。酶聯(lián)免疫吸附試驗進行的ROK活性檢測顯示AICAR顯著抑制ROK亞基磷酸化。這些結(jié)果表明AICAR可通過激活A(yù)MPK介導(dǎo)甲羥戊酸途徑刺激成骨細(xì)胞礦化。

4.2 噻吩并吡啶酮：已經(jīng)開發(fā)2種可直接激活A(yù)MPK的噻吩并吡啶酮類小分子。第一個是由雅培公司開發(fā)的是化合物A769662，可獨立于AMP結(jié)合位點，通過抑制26S蛋白酶體活性激活A(yù)MPK。雖然A769662不與AMP競爭，但其作用于AMP對AMPK的效應(yīng)類似，這可能是一種理想的選擇性AMPK激活劑。但由于A769662對蛋白酶體活性的抑制作用是可逆的，所以會導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯，使用時應(yīng)考慮此不良反應(yīng)。de Meester等[24]從過度表達AMPKα1亞基的鼠骨髓中提取骨髓干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCSs)，并用A769662誘導(dǎo)AMPK持續(xù)強效激活。結(jié)果顯示，AMPK激活可抑制MSCS增殖，但并未抑制AMPKα1敲除小鼠的MSCS增殖。同時，A768772可導(dǎo)致p27(AMPK調(diào)控細(xì)胞增殖的下游靶點)升高，而沉默p27表達可部分阻斷A7629662引起的抑制MSCS增殖作用。說明AMPK持續(xù)激活可抑制MSCS增殖，p27參與此過程。第2個化合物是上海研究所開發(fā)的噻吩并吡啶酮PT1，通過與α亞基的AIS結(jié)合來激活A(yù)MPK，減輕激酶的變構(gòu)抑制。這些研究證明小分子直接激活A(yù)MPK的可行性，并為將來AMPK激活劑的研究提供基礎(chǔ)。

5 細(xì)胞因子與AMPK

5.1 瘦素：瘦素是第一個被證實能激活骨骼肌AMPK的激素，可抑制脂肪酸合成、促進脂肪酸氧化和葡萄糖利用。Solomon等[25]向4周齡小鼠皮下注射瘦素拮抗劑并進行骨骼分析，發(fā)現(xiàn)第1和第3個月注射的小鼠腰椎和脛骨的松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨參數(shù)明顯增加，同時脛骨生化指標(biāo)明顯增加；但對老齡小鼠(3～6個月)注射拮抗劑30d后對骨指標(biāo)無影響，說明瘦素對骨代謝具有重要影響，但尚無研究證明AMPK參與瘦素對骨代謝的調(diào)節(jié)。

5.2 脂聯(lián)素：脂聯(lián)素是一種由脂肪細(xì)胞分泌的激素，可時間依賴性增加成骨細(xì)胞AMPKα亞基的Thr 172殘基磷酸化[26]。Kanazawa等[27]為研究脂聯(lián)素對成骨樣MC3T3-E1細(xì)胞增殖、分化和礦物質(zhì)化的影響，通過脂聯(lián)素受體1(adiponectin receptr 1,AdipoR1)小干擾RNA轉(zhuǎn)染強效拆除脂聯(lián)素受體mRNA，轉(zhuǎn)染細(xì)胞中ALP活性、礦化、Ⅰ型膠原和骨鈣素mRNA表達均降低；BrdU分析顯示脂聯(lián)素還可促進細(xì)胞增殖。由此推論脂聯(lián)素可通過AdipoR1和AMPK信號通路刺激成骨細(xì)胞增殖、分化和礦化。

Huang等[26]探討了脂聯(lián)素對BMPs表達的影響及其機制。脂聯(lián)素可增加人成骨細(xì)胞(human fetal osteoblast,hFOB)AdipoR1表達，瞬時轉(zhuǎn)染siRNA拮抗AdipoR1有效抑制成骨細(xì)胞BMP-2的表達，說明脂聯(lián)素/AdipoR1受體相互作用在成骨細(xì)胞的BMP-2表達中具有重要作用。脂聯(lián)素可增加MG-63、hFOB和MC3T3-E1成骨樣細(xì)胞中BMP-2蛋白及其mRNA表達。預(yù)先AMPK抑制劑(Ara-A 或化合物C)顯著減少細(xì)胞內(nèi)脂聯(lián)素誘導(dǎo)的BMP-2表達。為明確是α1還是α2亞基介導(dǎo)此效應(yīng)，用AMPKα1或AMPKα2 siRNA轉(zhuǎn)染細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)只有AMPKα1 siRNA轉(zhuǎn)染可拮抗脂聯(lián)素誘導(dǎo)的BMP-2表達。脂聯(lián)素可增加AMPK下游分子p38活性，AMPK抑制劑、p38特異性抑制劑SB203580預(yù)處理或顯性失活p38突變體轉(zhuǎn)染細(xì)胞抑制脂聯(lián)素誘導(dǎo)的BMP-2表達。此外，AMPK抑制劑、SB203580、AMPKα1 siRNA和p38突變體也可減少脂聯(lián)素介導(dǎo)的BMP-2啟動子活性。因此，AMPKα1和p38信號分子介導(dǎo)了脂聯(lián)素誘導(dǎo)的BMP-2表達。

Yamaguchi等[28]研究了脂聯(lián)素對腫瘤壞死因子α和RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成的影響。脂聯(lián)素可強效抑制TNF-α/RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化；在加入脂聯(lián)素球狀結(jié)構(gòu)域之前預(yù)先用化合物C或p38抑制劑SB203580處理，化合物C可顯著抵消脂聯(lián)素球狀結(jié)構(gòu)域?qū)δ[瘤壞死因子α/RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成和NFATc1表達的抑制作用，但SB203580對此無影響。說明AMPK在脂聯(lián)素球狀結(jié)構(gòu)域?qū)NF-α/RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成和NFATc1表達活性的抑制作用中具有重要作用，p38未參與此過程。

綜上所述，AMPK通路對骨骼代謝具有一定的影響。由于其對骨形成和骨吸收的調(diào)節(jié)作用，AMPK可能成為較好的治療骨質(zhì)疏松癥的藥物靶點。體外研究支持AMPK激活可促進骨形成并抑制骨吸收，但是沒有證據(jù)顯示AMPK激活可在體內(nèi)直接導(dǎo)致骨形成。目前所有相關(guān)研究存在的主要問題是用于激活A(yù)MPK的藥物都是非特異性的。利用AMPK在骨骼和其他組織表達的不同亞型開發(fā)出骨特異性的AMPK激活劑可能成為抗骨質(zhì)疏松癥治療非常有前景的切入點。然而，盡管過去十幾年有關(guān)AMPK在糖尿病、肥胖、心血管疾病和骨質(zhì)疏松癥等各種代謝性疾病的生理作用有迅速的進展，但由于AMPK激活在全身的累積效應(yīng)，要深入了解AMPK活化對于骨代謝的作用在能特異性干預(yù)AMPK之前仍然存在許多挑戰(zhàn)。

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(本文編輯：劉斯靜)

2014-02-22；

2014-03-05

河北省醫(yī)學(xué)適用技術(shù)跟蹤項目(GL2011-43)

高柳(1988-)，女，河北石家莊人，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院醫(yī)學(xué)碩士研究生，從事內(nèi)分泌與代謝疾病診治研究。

*通訊作者。E-mail: liyukun@medmail.com.cn

R339.37

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1007-3205(2014)09-1108-06