AMPK對脂質(zhì)代謝調(diào)控作用的研究進展

任靜，朱仲玲綜述，閻昭 審 校

（天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院臨床藥理研究室，國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點實驗室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津300060）

脂類是機體儲能和供能的主要物質(zhì)，也是生物膜的重要組成成分。脂質(zhì)代謝指生物體內(nèi)脂類在各種代謝酶的作用下進行多步驟、復(fù)雜的生化反應(yīng)，包括消化、吸收、合成、分解及轉(zhuǎn)運等一系列生理過程，對于維持機體正常的生命活動具有重要意義[1]。脂質(zhì)代謝紊亂是誘發(fā)動脈粥樣硬化等心血管疾病的重要危險因素。腺苷酸激活蛋白激酶（AMP-activa ted protein kinase，AMPK）作為能量代謝的調(diào)控中樞，能夠調(diào)節(jié)多種脂質(zhì)代謝相關(guān)酶及轉(zhuǎn)錄因子，在維持脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著極其重要的作用[2]。本文對AMPK調(diào)控脂質(zhì)代謝的作用做一綜述。

1 AMPK的結(jié)構(gòu)

AMPK是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，以α-，β-和γ-亞基組成的異源三聚體的形式廣泛存在于真核細胞中[3]。α亞基為催化亞基，決定蛋白激酶復(fù)合物的活性，其172位蘇氨酸（Thr172）為磷酸化激活位點[4]。β亞基為AMPK的結(jié)構(gòu)核心，存在β1和β2兩種亞型。當(dāng)糖原大量儲備時，AMPKβ1糖原結(jié)構(gòu)域與糖原結(jié)合，以抑制AMPK活性。AMP或ATP通過與AMPK的γ亞基Bateman域結(jié)合，抑制STK殘基Thr172去磷酸化，激活A(yù)MPK[5]。因此，AMPK的激活方式包括以下3種：上游激酶磷酸化α亞基Thr172、降低α亞基Thr172的去磷酸化水平以及與γ亞基Bateman域結(jié)合使AMPK變構(gòu)激活。

2 AMPK的活性調(diào)節(jié)

AMPK活性調(diào)節(jié)非常復(fù)雜，既可因AMP/ATP升高，直接變構(gòu)激活[6]；也可通過與AMP結(jié)合，促進AMPK 上游激酶（AMPKupstream kinases，AMPKK）磷酸化其α亞基Thr172而被激活[7]。AMPKK主要包括：肝激酶 B1（liver kinase B1，LKB1）、鈣調(diào)蛋白依賴性激酶-β（Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase kinase-β，CaMKK-β）以及轉(zhuǎn)化生長因子β激活的蛋白激酶 1（transforming growth factor（TGF）-β-activatedkinase-1，TAK1）[8]。LKB1 在應(yīng)答機體能量需求和維持代謝平衡中起重要作用，是活化AMPK最主要的上游激酶[9]。它既可通過直接磷酸化AMPKα-亞基Thr172使AMPK激活，也可通過調(diào)控AMPK和AMP相關(guān)的蛋白激酶活性，抑制蛋白磷酸酶（protein phosphatase enzymes，PP2A）介導(dǎo)的AMPKα-亞基Thr172去磷酸化而激活A(yù)MPK。CaMKK活性受細胞內(nèi)Ca2+濃度影響[10]。研究發(fā)現(xiàn)，細胞內(nèi)Ca2+濃度升高可直接磷酸化CaMKK-β繼而激活A(yù)MPK，并不依賴于AMP/ATP比值變化。TAK1則經(jīng)TGF-β信號激活后，與AMPKγ亞基結(jié)合直接激活A(yù)MPK[11]。

3 AMPK對脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作用

在機體脂質(zhì)代謝過程中，多種代謝酶及轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。乙酰輔酶A（CoA）羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC） 是脂肪酸（fatty acid，F(xiàn)A）合成過程中的關(guān)鍵酶，而甘油-3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶（glycerol-3-phosphate acyltransferase，GPAT）和3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶（hydroxy-methylglutaryl CoA reductase，HMGCR）則分別是甘油三酯（triacylglycerol，TG）和膽固醇（cholesterol，TC）合成的限速酶。激素敏感性脂肪酶（hormone-sensitive lipase，HSL）是作用于脂質(zhì)分解的關(guān)鍵酶。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（sterol regulatory element binding proteins，SREBPs） 是這些關(guān)鍵酶的上游轉(zhuǎn)錄因子，能夠促進TG和TC的合成。CCAAT增強子結(jié)合蛋白 α（CCAAT enhancer binding proteinα，C/EBPα）是脂肪細胞的形成過程中的轉(zhuǎn)錄因子，能夠促進脂質(zhì)合成。AMPK可通過直接磷酸化以上關(guān)鍵酶及轉(zhuǎn)錄因子而影響酶活性或下游靶基因轉(zhuǎn)錄，從而在調(diào)節(jié)脂質(zhì)合成及分解代謝中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。

3.1 AMPK對ACC的調(diào)節(jié) ACC是參與FA合成及氧化途徑的關(guān)鍵代謝酶[12]。ACC存在兩種異構(gòu)體，即ACC1和ACC2。ACC1可催化乙酰CoA羧化成丙二酰CoA，促進FA從頭合成，而ACC2則通過抑制肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1（carnitine acyltransferase I，CPT-1）而抑制線粒體中FA的β-氧化[13]。ACC1和ACC2均為AMPK的直接下游靶酶。AMPK通過磷酸化ACC1及ACC2使兩者失活，從而發(fā)揮抑制FA合成、促進FA氧化的作用。

3.2 AMPK對GPAT的調(diào)節(jié) GPAT是催化TG合成途徑中第一步也是關(guān)鍵步驟的限速酶[14]。GPAT有4種主要的異構(gòu)體，即GPAT1-GPAT4。GPAT1和GPAT2位于線粒體外膜，而GPAT3和GPAT4位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。一項研究表明，肝臟線粒體中過表達GPAT會導(dǎo)致脂肪酸氧化顯著減少80%，肝臟二酰基甘油和磷脂生物合成則顯著增加，最終導(dǎo)致細胞內(nèi)TG合成顯著增加[15]。在肝細胞中，AMPK能夠促進線粒體GPAT磷酸化導(dǎo)致其失活[16]。AMP-類似物氨基咪唑甲酰胺核糖核苷酸（AMP-analog aminoimidazole carboxamide ribonucleotide，AICAR）可通過激活 AMPK而下調(diào)GPAT1活性，從而減少肝細胞內(nèi)脂質(zhì)積累。

3.3 AMPK對HMGCR的調(diào)節(jié) 外源性TC來自食物，而內(nèi)源性TC來自肝臟生物合成。在肝細胞的細胞質(zhì)中，乙酰CoA通過26個步驟轉(zhuǎn)化為內(nèi)源性TC。HMGCR是TC生物合成的限速酶，其活性是調(diào)控TC合成的因素。研究表明，AMPK通過促進HMGCRSer871磷酸化抑制HMGCR活性，從而下調(diào)TC 合成[17]。

3.4 AMPK對SREBPs的調(diào)節(jié) SREBPs是調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝重要的核轉(zhuǎn)錄因子。目前認為SREBP-1c主要調(diào)節(jié)FA代謝，SREBP-2主要調(diào)節(jié)TC代謝，而SREBP-1a對FA和TC代謝均有調(diào)節(jié)作用。其中SREBP-1 c是脂肪代謝的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，直接參與調(diào)控FA和TG合成相關(guān)酶基因的表達，包括ACC1、脂肪酸合成酶、硬脂酰輔酶A去飽和酶1等。FAS和GPAT分別是從頭FA合成和TG合成中的兩種關(guān)鍵酶，并且兩者都受SREBP-1調(diào)節(jié)[18]。已有研究證實，肝臟中AMPK通過直接磷酸化SREBP-1c的Ser372和SREBP-2的未識別位點[19-20]，抑制SREBP-1c和SREBP-2基因的轉(zhuǎn)錄，從而抑制下游FA和TC合成酶的表達[21]，減少脂質(zhì)合成。

3.5 AMPK對C/EBPα的調(diào)節(jié) C/EBPα屬于亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子家族，是脂肪形成所必須的轉(zhuǎn)錄因子，可誘導(dǎo)成纖維細胞內(nèi)脂肪的形成。活化的C/EBPα不僅能夠促進自身表達，而且還能與過氧化物酶體增殖物激活受體γ協(xié)同，共同誘導(dǎo)脂肪前體細胞向脂肪細胞的分化[22]。在饑餓或低葡萄糖濃度等基礎(chǔ)條件下，活化的AMPK通過磷酸化cAMP依賴性蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase，PKA）Ser568激活PKA?；罨腜KA進一步磷酸化C/EBPαSer196、Ser626 和 Thr66，使其失活。在高葡萄糖刺激下，磷酸木糖激活PP2A使C/EBPα去磷酸化，使其易位至細胞核并激活[23]。

3.6 AMPK對HSL的調(diào)節(jié) HSL是TG水解途徑的限速酶，亦是兒茶酚胺和利尿鈉肽誘導(dǎo)脂質(zhì)降解的主要脂肪酶。研究表明，AMPK通過促進HSLSer565磷酸化，抑制HSL Ser660和Ser563磷酸化而下調(diào)HSL活性，從而抑制脂肪細胞內(nèi)脂解作用[24]。

3.7 AMPK對mTORC1-ER應(yīng)激途徑的調(diào)節(jié) 哺乳動物雷帕霉素靶標（mammalian target of rapamycin，mTOR）具有調(diào)節(jié)細胞生長和能量應(yīng)激的雙重作用，以兩種不同的蛋白質(zhì)復(fù)合物存在，即雷帕霉素復(fù)合物 1（mTORcomplex1，mTORC1）和 mTORC2。mTORC1能夠促進肝臟SREBP-1c表達和脂肪生成。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）是一種高度動態(tài)的細胞器，在維持代謝穩(wěn)態(tài)中起重要作用[25]。當(dāng)ER受到攻擊時，ER被激活并且通過3種ER膜蛋白啟動未折疊蛋白反應(yīng)，即肌醇需求酶-1、激活轉(zhuǎn)錄因子-6和蛋白激酶樣ER激酶（protein kinase-like ER kinase，PERK）。研究表明，在胰腺β細胞中，PERK和真核翻譯起始因子2α上調(diào)SREBPs表達。而在乳腺上皮細胞中，敲除PERK則會抑制SREBPs活性和脂肪生成。Li等[26]報道，AMPK可通過抑制mTORC1繼而抑制ER應(yīng)激，從而減輕肝臟內(nèi)脂質(zhì)累積。

4 AMPK激活劑

4.1 AMPK直接激活劑 AMPK直接激活劑能夠直接結(jié)合AMPK并使其激活，而細胞內(nèi)ATP、ADP或AMP水平不發(fā)生任何顯著性變化[27]。這類激活劑可能與AMPK特定亞基發(fā)生直接的相互作用，誘導(dǎo)AMPK構(gòu)象變化，而導(dǎo)致其激活。新型取代吡唑啉酮衍生物（C29）直接激活A(yù)MPKα激酶結(jié)構(gòu)域，還可非選擇性地激活A(yù)MPK異源三聚體，使AMPK激活[28]。噻吩并吡啶酮（A-769662）、苯并咪唑衍生物[29]、水楊酸鹽[30]、5-（5-羥基-異惡唑-3-基）-呋喃-2-膦酸前藥（compound-13）[31]、PT-1 及 MT63-78（Debio0930）[32]等化合物不僅可作為AMP模擬物，直接變構(gòu)激活A(yù)MPK，還可抑制AMPKα亞基Thr-172去磷酸化。AICAR由腺苷轉(zhuǎn)運蛋白吸收入細胞后，被腺苷激酶磷酸化為AICAR單磷酸鹽（ZMP）。ZMP作為AMP模擬物與AMPKγ亞基上的位點3結(jié)合，變構(gòu)激活A(yù)MPK。腺苷衍生物（WS010117）和蟲草素則通過與AMPKγ亞基相互作用，直接激活A(yù)MPK[33]。

4.2 AMPK間接激活劑 導(dǎo)致細胞內(nèi)AMP或鈣積累而激活A(yù)MPK的化合物被稱為AMPK間接激活劑。此類激活劑并不與AMPK發(fā)生直接相互作用。研究表明，口服降糖藥二甲雙胍和噻唑烷二酮（thiazolidinediones，TZDs）藥物能夠通過抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合物I（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH），導(dǎo)致 AMP/ATP 比值增加[34]，從而激活A(yù)MPK。一些多酚化合物如白藜蘆醇、槲皮素、沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯和姜黃素等能夠靶向抑制線粒體ATP合成酶，而小檗堿（berberine，BBR）激活A(yù)MPK則與抑制抑制呼吸鏈復(fù)合物有關(guān)。據(jù)報道，人參皂苷能增加細胞內(nèi)AMP：ATP比值，從而激活A(yù)MPK[35]。α-硫辛酸（α-lipoic acid，ALA）則可增加肌管中 C2C12細胞內(nèi)的鈣水平，通過CaMKK激活A(yù)MPK[36]，促進脂肪分解和脂肪酸β-氧化[37]。

5 AMPK激活劑對脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作用

AMPK激活劑能夠磷酸化調(diào)節(jié)多種代謝酶的活性，如ACC、脂肪酸合成酶（FAS）等關(guān)鍵酶，調(diào)控脂質(zhì)代謝信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，開啟分解代謝、關(guān)閉合成代謝途徑，補充ATP供給。已有文獻報道，二甲雙胍和BBR可以通過激活A(yù)MPK信號傳導(dǎo)有效治療非酒精性脂肪性肝病[38]。西他列汀則通過激活高脂肪飲食抑制的SIRT1/AMPK通路途徑，上調(diào)其下游靶基因的表達而調(diào)節(jié)脂肪酸代謝[39]。最近研究發(fā)現(xiàn)，新型AMPK激活劑亞精胺對脂質(zhì)代謝也具有調(diào)節(jié)作用。亞精胺可通過激活A(yù)MPK從而抑制SREBP1c和FAS表達，有效調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝[40]。富含椰子油聯(lián)合甘草提取物中鏈甘油三酯能夠通過激活肝臟中AMPK而抑制高脂血癥[41]。膽汁酸受體激動劑fexaramine促進其下游基因小異二聚體配體的表達，激活A(yù)MPK-ACC-CPT1α信號通路，促進脂肪酸氧化，從而發(fā)揮降脂作用[42]。

6 展望

AMPK抑制脂質(zhì)合成、促進脂質(zhì)分解及氧化，在機體的能量和脂質(zhì)代謝中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。除此之外，AMPK在糖及蛋白代謝中亦發(fā)揮著重要作用[7]。糖尿病藥物二甲雙胍[7]及西他列汀[39]可激活A(yù)MPK，在發(fā)揮降糖作用的同時亦發(fā)揮降脂作用，對于糖尿病合并高脂血癥的患者具有積極的治療意義[43]。最近文獻報道，舒尼替尼、伊馬替尼及帕唑帕尼等酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitor，TKI）類抗腫瘤藥物在治療過程中發(fā)生高甘油三酯血癥、高膽固醇血癥等血脂代謝異常[44]。亦有文獻報道，舒尼替尼能夠直接抑制AMPK活性[45]。以上研究結(jié)果提示，TKI類抗腫瘤藥物所致脂質(zhì)代謝紊亂可能與AMPK相關(guān)，此類藥物在臨床使用的過程中應(yīng)該更多地關(guān)注代謝不良反應(yīng)并及時加以處理。本文對AMPK調(diào)控脂質(zhì)代謝的作用進行綜述，對于維持機體脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)，防治脂質(zhì)紊亂相關(guān)的代謝綜合征及不良反應(yīng)具有重要的指導(dǎo)意義。