AMPK 與肝臟胰島素抵抗（IR）關(guān)系的研究進(jìn)展

□常永娜　王永亮（.長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室湖南長(zhǎng)沙409；.右江民族醫(yī)學(xué)院體育部廣西百色533000）

AMPK 與肝臟胰島素抵抗（IR）關(guān)系的研究進(jìn)展

□常永娜1王永亮2（1.長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室湖南長(zhǎng)沙410219；2.右江民族醫(yī)學(xué)院體育部廣西百色533000）

腺苷酸grrfdefd活化蛋白激酶（AMPK）作為一種重要的蛋白激酶參與多種代謝過(guò)程，同時(shí)介導(dǎo)了細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境變化的適應(yīng)，被稱為“能量感受器”。它能夠被運(yùn)動(dòng)中AMP/ATP的比值變化所激活，并能改善肝臟胰島素抵抗。單磷酸腺苷（AMP）激活的蛋白激酶（AMPK）作為全身能量平衡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素已成為胰島素抵抗研究的熱點(diǎn)。

AMPK肝臟IR

1、AMPK的生理功能

AMPK是一個(gè)異源三聚體蛋白，由α、β、γ3個(gè)亞基構(gòu)成。3個(gè)亞基均為AMPK活性所必需，每個(gè)亞基都有不同的亞型。α亞基的分子量是63ku，β亞基的分子量是38ku，而γ亞基的分子量在不同亞單位中又各不相同。AMPK由兩個(gè)α亞單位（α1、α2）、兩個(gè)β亞單位（β1、β2）和3個(gè)γ（γ1、γ2、γ3）亞單位組成，其中的α亞基主要起催化作用，β和γ亞基的作用是維持三聚體穩(wěn)定性和作用底物特異性。目前已知12種可能的AMPK三聚體，其不同的生理調(diào)節(jié)功能是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。通過(guò)不同的研究發(fā)現(xiàn)AMPK廣泛存在于肝臟、胰腺、骨骼肌和脂肪組織中，具有以下重要的生理功能。

1.1、AMPK在運(yùn)動(dòng)骨骼肌中的生理作用

長(zhǎng)期的鍛煉能增加胰島素的敏感性和骨骼肌葡萄糖的攝取。有證據(jù)表明AMPKα2的激活是運(yùn)動(dòng)療法的降糖作用機(jī)制之一。許多研究表明AMPK是骨骼肌能量——感受/信號(hào)系統(tǒng)中非常重要的信號(hào)蛋白。在Wojtaszewski的研究中發(fā)現(xiàn)用針刺活檢股外側(cè)肌組織，在低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)AMPK活性無(wú)顯著的變化，但在增加3倍左右運(yùn)動(dòng)時(shí)AMPKα2活性增加。所以，骨骼肌在運(yùn)動(dòng)時(shí)AMPK的活性是增加的，并且增加程度與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度呈正相關(guān)。當(dāng)肌肉收縮時(shí)AMPK被激活的機(jī)制應(yīng)該與AMP/ATP的升高有關(guān)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)在離體的肌肉中，由于痙攣收縮刺激的AMPKα2活性增加可以導(dǎo)致葡萄糖攝取的增加，如果抑制AMPKα2的活性則可抑制葡萄糖的攝取；另外活體大鼠運(yùn)動(dòng)時(shí)可導(dǎo)致肌肉中AMPKα2的活性增加同時(shí)也可使葡萄糖的攝取量增加，而且兩者存在劑量依賴關(guān)系，但是AMPKα2的活性無(wú)改變。

1.2、AMPK和胰島素

研究發(fā)現(xiàn)胰島素抵抗動(dòng)物模型中，將AMPK激活能明顯改善代謝，它的降糖作用也不受胰島素抵抗的影響，而且不通過(guò)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，說(shuō)明AMPK與胰島素有不同的降糖作用機(jī)制。通過(guò)不同濃度葡糖孵育的胰島細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，胰島素的分泌和AMPK的激活呈負(fù)相關(guān)，表明低葡萄糖的濃度應(yīng)該是通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP的比例來(lái)激活A(yù)MPK，從而抑制胰島素的分泌。

1.3、AMPK的改善和IR的可能機(jī)制

2型糖尿病的特征是空腹高血糖和餐后血糖濃度升高?？崭寡钱a(chǎn)生的主要原因是肝糖增多，其中原因包括肝臟IR。目前有許多研究證明，AMPK的激活是降低空腹高血糖的有效機(jī)制，其中AMPK的激活物AICAR和二甲雙胍在離體肝臟中可抑制糖異生。還有研究發(fā)現(xiàn)選擇性AMPK抑制劑-復(fù)合物C可以逆轉(zhuǎn)二甲雙胍對(duì)小鼠肝細(xì)胞葡萄糖產(chǎn)生的抑制效果，從而表明AMPK對(duì)肝臟葡萄糖的產(chǎn)生有直接的抑制作用。另外，長(zhǎng)期訓(xùn)練也可以使機(jī)體的胰島素敏感性升高，有研究發(fā)現(xiàn)AMPK在此過(guò)程中也起著非常重要的作用，其機(jī)制可能是通過(guò)增加和糖轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的蛋白的表達(dá)來(lái)提高胰島素的敏感性。

（1）葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT）4轉(zhuǎn)位的增加增強(qiáng)肌肉對(duì)胰島素的反應(yīng)。

骨胳肌是葡萄糖利用的主要外周組織，葡萄糖進(jìn)入骨胳肌細(xì)胞需要細(xì)胞膜上的GLUT4直接參與，而且是葡萄糖被利用的限速步驟之一。而胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取和利用在2型糖尿病患者中顯著降低。Koistinen等通過(guò)對(duì)2型糖尿病患者和正常對(duì)照組進(jìn)行的體外試驗(yàn)顯示，AICAR可通過(guò)增加細(xì)胞表面GLUT4的量，增加葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)。在運(yùn)動(dòng)和缺氧時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的ATP被消耗，AMP的增加激活了AMPK，使其通過(guò)一系列的途徑作用于細(xì)胞內(nèi)，使得細(xì)胞內(nèi)的GLUT4轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜上，進(jìn)而增加骨骼肌細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取和利用，來(lái)彌補(bǔ)細(xì)胞內(nèi)ATP的不足。MacLean對(duì)幾種轉(zhuǎn)基因鼠的研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)可以增加GLUT4的基因表達(dá)，和AMPK誘導(dǎo)GLUT4基因表達(dá)所用的時(shí)間以及所作用的啟動(dòng)子基本一致，進(jìn)一步證明了運(yùn)動(dòng)是通過(guò)AMPK來(lái)增加GLUT4的表達(dá)，使其改善胰島素的敏感性。

（2）二甲雙胍對(duì)IR的改善。

研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)活化AMPK可以實(shí)現(xiàn)二甲雙胍對(duì)IR部分的改善。因?yàn)锳MPK可抑制胰島素的分泌，所以認(rèn)為二甲雙胍可迅速抑制體內(nèi)的胰島素分泌。二甲雙胍降低血漿胰島素水平可能通過(guò)改善胰島素抵抗，或是部分抑制肝糖的輸出。不同的研究發(fā)現(xiàn)，不管是在體外分離的人胰島細(xì)胞還是在灌注的大鼠胰腺，二甲雙胍都可增強(qiáng)高濃度（16.7mmol/L）葡萄糖刺激下的胰島素分泌。從而表明，這些藥物的正向作用超過(guò)了激活A(yù)MPK后所帶來(lái)的抑制作用。Zang等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍不但能活化AMPKα2，而且磷酸化ACC79位點(diǎn)蘇氨酸進(jìn)而抑制ACC的活性，使肝細(xì)胞內(nèi)TG和膽固醇的含量降低；以上研究表明，二甲雙胍可以通過(guò)抑制肝臟的糖異生，來(lái)降低肝糖輸出，以促進(jìn)骨骼肌、脂肪等組織對(duì)葡萄糖的攝取和利用，從而促進(jìn)INS與其受體的結(jié)合，活化酪氨酸激酶，促進(jìn)糖原合成酶的活性和GLUT4的轉(zhuǎn)位，降低血漿FFA，使胰島素的敏感性得到改善。

（3）抑制糖異生、促進(jìn)糖原合成。

Bergeron直接將AICAR注入活體大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AMPK活性提高了80%，完全抑制了肝臟葡萄糖的生成，從而證明了AMPK與糖異生之間的關(guān)系。另外，AMPK也可調(diào)節(jié)糖原的合成。把大鼠肝細(xì)胞與蛋白激酶抑制劑（5-Iodotu-bercidin）一同培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)糖原合成酶的活性以及糖原合成量均顯著提高（Fluckiger-Isler，1993）。相關(guān)研究表明，AMPK調(diào)節(jié)糖代謝的短期效可能是直接磷酸化代謝途徑中的一些酶，而它的長(zhǎng)期效應(yīng)則是對(duì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)起重要作用。在許多細(xì)胞中基因的表達(dá)都可由AMPK來(lái)調(diào)節(jié)，其中AMPK介導(dǎo)的肝臟中基因表達(dá)的變化在調(diào)節(jié)肝糖生成過(guò)程中起著非常重要的作用。位于肝臟細(xì)胞中的AMPK被激活后可引起脂肪酸合成酶、PEPCK、G-6-Pase基因表達(dá)的下降。在肝臟、小腸及內(nèi)分泌腺中，肝細(xì)胞核因子4ɑ是一種轉(zhuǎn)錄因子，其對(duì)參與能量代謝酶的基因表達(dá)起調(diào)節(jié)作用，Leff通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，AMPK激動(dòng)劑AICAR可調(diào)節(jié)肝細(xì)胞核因子4的活性，AICAR也可引起很多種肝細(xì)胞核因子4靶基因表達(dá)的下調(diào)，進(jìn)而改善糖脂代謝。

總之，AMPK是能量代謝的重要因子，其通過(guò)不依賴于胰島素作用的機(jī)制而增加骨骼肌中葡糖糖的轉(zhuǎn)運(yùn)和脂肪酸的氧化，也可直接參與糖酵解的調(diào)節(jié)，進(jìn)而抑制糖元合成和糖異生。AMPK已經(jīng)廣泛介入了機(jī)體主要糖脂代謝組織的代謝過(guò)程，應(yīng)該會(huì)成為防治2型糖尿病的一個(gè)新靶點(diǎn)。

［1］Turnley AM.Cellular distribution and developmental expression of AMP-activated protein kinase isoforms in mouse central nervous system.J Neurochem，1999，72.

［2］李士穎，朱鐵虹.肝胰島素抵抗的研究進(jìn)展.［J］.中國(guó)慢性病預(yù)防與控制，2008，16（2）.

［3］汪茂榮，李蓉.AMPK與2型糖尿病關(guān)系研究進(jìn)展.［J］.內(nèi)分泌外科，2007，1（2）.

［4］解雪芬，朱毅.AMPK與代謝綜合征.［J］.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床，2006，26（1）.

［5］常紅霞，張紅學(xué).AMPK與胰島素抵抗.［J］.哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28（4）.

［6］Koistinen HA，Galuska D，Chibalin AV，et al.5-amino-imidazole carboxamide riboside increases glucose transport and cell surface GLUT4 content in skeletal muscle from subjects with type 2 diabetes.Diabetes，2003，52.

［7］MacLean PS，Zheng D，Jones JP，et al.Exercise-induced transcription of the muscle glucose transporter（GLUT4）gene.Biochem Biophys Res Commun，2002，292.

［8］Zang MW，Zuccollo A，Hou XY，et al.AMP-activated protein kinase is required for the lipid-lowering effect of metformin in insulin resistant human Hep G2 cells.J Biol Chem，2004，279.

［9］陳代文，張克英.AMPK對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝的調(diào)節(jié)作用［J］.動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)，2002，14（3）.

［10］Leff T.AMP-activated protein kinase regulates gene expression by direct phosphorylation of nuclear proteins.Biochem SocTrans，2001，31.

G804

A

1006-8902-（2016）-08-LXY

2012年湖南省高校科研項(xiàng)目，湘財(cái)教指［2012］79號(hào)-12C0526。