AMP活化蛋白激酶在肝病中的研究進展

陳曉鳴，李溢，李華

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州科技城醫(yī)院麻醉與圍術(shù)期醫(yī)學(xué)科，江蘇 蘇州 215153)

AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是AMPK信號通路的核心分子，是細(xì)胞中調(diào)節(jié)能量代謝的關(guān)鍵因子。AMPK可以感受并對細(xì)胞能量狀態(tài)做出應(yīng)答，是細(xì)胞內(nèi)的能量感受器和代謝調(diào)節(jié)開關(guān)。AMPK還參與調(diào)節(jié)耗能的病理過程，如炎癥、凋亡和增殖等[1-2]。AMPK還參與2型糖尿病、腫瘤等多種疾病的發(fā)生發(fā)展。肝臟激酶B1是活化的AMPK的重要上游分子，也是強大的抑癌因子，該因子的突變失活與多種惡性腫瘤相關(guān)[3]。肝臟是機體重要的代謝器官，其功能包括蛋白合成、糖脂代謝、膽汁生成和分泌、異型物質(zhì)清除等，由于生理功能的特殊性，病原體感染、藥物、毒物、代謝紊亂、免疫因素等易造成肝細(xì)胞損傷，而損傷過程與炎癥、凋亡、代謝改變等密不可分。AMPK與肝臟的生理病理過程關(guān)系密切，可能參與非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)、肝纖維化、肝癌、病毒性肝炎等多種急慢性肝病的發(fā)生發(fā)展，并有望成為治療部分肝病的潛在藥物靶點。現(xiàn)就近年來AMPK在肝病中的研究進展予以綜述。

1 AMPK概述

AMPK是由α、β、γ三種亞基組成的異三聚體，其基因序列在真核生物中高度保守。α亞基為催化亞基，有α1、α2兩種亞型，N端含有一個磷酸化位點(Thr172)，該位點磷酸化后AMPK的活性可升高100倍，C端與β亞基結(jié)合；β亞基有β1、β2兩種亞型，其功能主要是保持AMPK蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及參與對AMPK激動劑的應(yīng)答；γ亞基分為γ1、γ2、γ3三種，作為調(diào)節(jié)亞基參與調(diào)節(jié)α亞基的催化活性[4-5]。不同亞基可組合成不同的異三聚體，其在不同組織中的分布也不同，肝臟以AMPKα1為主[4-5]。

當(dāng)AMP/ATP升高時，AMP可與γ亞基結(jié)合，變構(gòu)激活A(yù)MPK；當(dāng)AMP/ATP降低時，AMPK的活性受到抑制。此外，肝臟激酶B1與鈣離子/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶也是活化AMPK的重要激酶，可將AMPK的Thr172位點磷酸化，從而激活A(yù)MPK。除生理性AMP/ATP升高活化AMPK外，低氧、饑餓以及無糖刺激等也可活化AMPK。

2 AMPK在肝病中的作用

2.1NAFLD 隨著肥胖的流行，NAFLD已成為全球最常見的慢性肝病，嚴(yán)重者會進展成為肝硬化、肝癌甚至死亡[6-7]；NAFLD也與動脈硬化、腎臟病及惡性腫瘤等多種慢性病相關(guān)，嚴(yán)重威脅人類健康[8-9]。鑒于AMPK在細(xì)胞能量代謝中的重要作用，其在NAFLD發(fā)生機制及治療中的作用愈發(fā)受到重視。

肝細(xì)胞脂質(zhì)代謝紊亂是導(dǎo)致NAFLD發(fā)生的主要因素。肝臟三酰甘油的來源主要包括4個途徑：①存儲在外周脂肪組織而釋放入血的脂肪酸；②從頭合成的脂肪酸；③膳食脂肪酸；④乳糜微粒。AMPK與前兩個途徑關(guān)系密切。血非酯化脂肪酸是肝臟脂肪沉積最主要的來源[10]。在胰島素敏感的個體中，胰島素會抑制白色脂肪組織分解，降低血非酯化脂肪酸水平；發(fā)生胰島素抵抗時，胰島素不能抑制脂肪分解，導(dǎo)致非酯化脂肪酸增多。在肥胖人群中，脂肪組織AMPK活性的降低與胰島素抵抗程度相關(guān)[11]。特異性敲除小鼠脂肪組織中β1/β2亞基使AMPK失活，可引起脂肪組織胰島素敏感性降低及肝臟脂質(zhì)沉積[12]。因此，AMPK活性降低可引起胰島素抵抗，血非酯化脂肪酸水平的升高可導(dǎo)致肝臟脂質(zhì)沉積。在健康人群的肝臟中，從頭合成來源的三酰甘油占比低于5%，而在NAFLD患者中占比達26%，說明NAFLD患者的脂質(zhì)合成顯著增強[10，13]。乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)是參與脂質(zhì)合成的重要因子，抑制其活性是減少脂質(zhì)合成的重要手段。Fullerton等[14]研究發(fā)現(xiàn)，AMPK可通過磷酸化ACC1(Ser79)和ACC2(Ser212)抑制其活性，減少丙二酰輔酶A的生成，抑制脂肪酸從頭合成，改善NAFLD。同時，AMPK抑制ACC后使丙二酰輔酶A的生成減少，而丙二酰輔酶A是線粒體脂肪酸氧化過程的限速酶肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ的抑制因子。因而AMPK活化還會使肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ的活性增強，促進脂酸轉(zhuǎn)運入線粒體氧化。此外，AMPK還可以直接磷酸化固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol regulatory element-binding protein，SREBP)-1c，下調(diào)脂質(zhì)合成基因[15]。綜上可知，AMPK活化可以減少外周脂肪組織釋放脂肪酸、抑制脂質(zhì)合成、促進脂質(zhì)降解等，從而減少脂質(zhì)在肝臟沉積。

活化的AMPK可以防治NAFLD。有學(xué)者構(gòu)建了肝臟特異性AMPK持續(xù)活化的轉(zhuǎn)基因小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AMPK活化顯著抑制了飲食誘導(dǎo)的肝脂肪變性，并降低了炎癥因子和纖維化基因的表達[16-17]。抑制AMPK通路活化會加重高脂飲食誘導(dǎo)的NAFLD[18]。由此可知，AMPK活化可防治NAFLD并改善預(yù)后。藥物或小分子化合物也可以激活A(yù)MPK，改善NAFLD。2型糖尿病的一線用藥二甲雙胍是目前公認(rèn)的AMPK激動劑，可以活化AMPK，減輕NAFLD[14，19]。納米氧化鋅、輔酶Q10等在小鼠體內(nèi)也可通過活化AMPK減輕NAFLD[20-21]。綜上可知，AMPK信號通路有可能成為治療NAFLD的關(guān)鍵靶點。

2.2肝纖維化 肝纖維化是病毒感染、酒精性脂肪性肝病、NAFLD等多種慢性肝病的共同后果，其發(fā)生與炎癥細(xì)胞浸潤、肝星狀細(xì)胞活化、轉(zhuǎn)化生長因子-β通路活化以及膠原沉積密切相關(guān)，并可引起膽汁淤積，嚴(yán)重時會進展為肝硬化、肝癌。在此過程中，星狀細(xì)胞的活化尤為重要，因此抑制肝星狀細(xì)胞活化是阻斷肝纖維化的關(guān)鍵。既往研究發(fā)現(xiàn)，星狀細(xì)胞活化與細(xì)胞內(nèi)pH值的升高密切相關(guān)[22]。Marrone等[23]報道，AMPK活化下調(diào)氫離子-ATP酶復(fù)合體的表達，抑制星狀細(xì)胞內(nèi)pH值的升高。此外，AMPK活化通過下調(diào)血小板源性生長因子和單核細(xì)胞趨化蛋白1的表達，降低星狀細(xì)胞及轉(zhuǎn)化生長因子-β/Smad通路的活性，還可通過抑制細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3的表達促進星狀細(xì)胞凋亡[24-26]。同時，活化的AMPK還能阻斷Smad復(fù)合物與p300結(jié)合，抑制纖維化相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和炎癥細(xì)胞浸潤，從而減輕肝纖維化[27]。

AMPK通路激動劑也具有抑制肝纖維化的作用。Hu等[28]在四氯化碳和膽管結(jié)扎誘導(dǎo)的肝硬化大鼠中發(fā)現(xiàn)，使用AMPK激動劑活化AMPK信號通路不僅可以降低門靜脈壓力，還能減輕肝纖維化程度。在硫代乙酰胺誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠中，多種AMPK通路激動劑都可以減輕肝纖維化[29-30]。

2.3肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC) HCC是第六大常見的惡性腫瘤，腫瘤相關(guān)死亡率居第三位[31]。AMPK信號通路在HCC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。Yang等[32]的研究納入了426例肝纖維化患者，根據(jù)肝組織AMPK的活化水平分組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，磷酸化AMPK水平高者HCC的發(fā)生率較磷酸化AMPK水平低者顯著降低，說明AMPK活化能夠預(yù)防HCC的發(fā)生。受AMPK調(diào)控的ACC磷酸化位點突變后，ACC活化后促進了肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)合成和HCC發(fā)生[33]。蛋白磷酸酶5通過與AMPK相互作用抑制AMPK通路，進而促進HCC發(fā)生[34]。AMPK不僅參與HCC的發(fā)生，在HCC的進展中也發(fā)揮重要作用?；罨腁MPK信號通路能抑制HCC進展。低劑量的二甲雙胍通過活化AMPK信號通路，促進HCC細(xì)胞衰老，從而抑制HCC[35]。AMPK還參與眾多抑癌因子的下游通路。HCC相關(guān)蛋白TD26的C端與截短的SREBP1相互作用，影響AMPK對SREBP1的轉(zhuǎn)錄抑制，導(dǎo)致SREBP1表達升高，使脂肪合成增加，促進HCC細(xì)胞增殖[36]。Hou等[37]研究發(fā)現(xiàn)，乙醛脫氫酶通過活化AMPK信號通路抑制HCC進展。AMPK信號通路還參與抑制HCC細(xì)胞耐藥?；罨腁MPK通路可以下調(diào)耐藥基因的表達，上調(diào)HCC干性基因表達，降低HCC細(xì)胞對索拉菲尼的耐藥[38]。

也有部分研究認(rèn)為AMPK通路可促進HCC進展。Gao等[39]發(fā)現(xiàn)，膽汁酸中的重要成分——甘氨酸鵝脫氧膽酸可通過活化HCC細(xì)胞的AMPK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路促進自噬，增強HCC細(xì)胞的侵襲力。此外，AMPK信號通路活化會誘導(dǎo)長鏈非編碼RNA——代謝誘導(dǎo)腫瘤活化因子1表達的升高，增強上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進HCC轉(zhuǎn)移[40]。

AMPK在腫瘤中的作用可能具有“環(huán)境依賴性”。AMPK缺失協(xié)同癌基因突變促進B細(xì)胞和T細(xì)胞淋巴瘤模型發(fā)生癌變[41-42]；而在部分小鼠白血病模型中，敲除AMPK則不利于腫瘤細(xì)胞生存[43-44]。由此可知，AMPK在腫瘤發(fā)生和進展兩個過程中可能發(fā)揮不同的作用，在不同組織腫瘤中的作用也不同。目前AMPK在HCC中作用的研究相對較少，還需更多更高質(zhì)量的動物研究，以進一步明確AMPK在HCC發(fā)生和進展中的作用。

2.4肝炎

2.4.1乙型肝炎 乙型肝炎病毒在世界范圍內(nèi)造成約3.5億人發(fā)生急慢性肝炎，是引起我國肝硬化、肝癌的第一大病因[45]。有研究發(fā)現(xiàn)，動物體內(nèi)活化的AMPK具有抗病毒功效，能減輕炎癥反應(yīng)。常山酮是一種可以參與免疫調(diào)節(jié)的植物堿，在乙型肝炎病毒感染的SD大鼠中，使用常山酮可以使AMPK和核因子κB通路抑制物A的表達升高，激活A(yù)MPK并抑制核因子κB引起的炎癥反應(yīng)，進而抑制病毒復(fù)制[46]。

2.4.2丙型肝炎 丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)感染是引起肝硬化、肝癌的另一大原因。HepG2細(xì)胞表達HCV核心蛋白后，AMPK的表達下調(diào)，脂質(zhì)合成相關(guān)基因表達上調(diào)，而脂質(zhì)代謝基因表達下調(diào)，造成肝細(xì)胞胰島素抵抗和脂質(zhì)沉積[47]。兩者促進肝纖維化，并導(dǎo)致慢性丙型肝炎患者對干擾素治療的敏感性降低[48]。使用激動劑活化AMPK不僅可以減輕細(xì)胞脂質(zhì)沉積，還能抑制病毒復(fù)制[49]。干擾素在丙型肝炎的治療中占據(jù)重要地位，Ⅰ型干擾素信號通路的活化對于清除HCV至關(guān)重要。AMPK通路激動劑二甲雙胍、2-辛炔酸能夠激活干擾素信號通路，抑制HCV核心蛋白的表達和病毒復(fù)制[50-51]。綜上，AMPK信號通路可能成為治療HCV感染的重要靶點。

2.5其他肝病 急性重型肝炎死亡率高、預(yù)后差，是一種嚴(yán)重的肝病，其病因包括病原體感染、藥物、毒物等。近年來有學(xué)者利用脂多糖和D-氨基半乳糖構(gòu)建了急性重型肝炎模型發(fā)現(xiàn)，使用AMPK抑制劑compond C預(yù)處理小鼠能夠減輕肝組織損傷，并提高小鼠存活率[52]。但也有學(xué)者在類似小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，使用AMPK激動劑可減少促炎細(xì)胞因子釋放，抑制肝細(xì)胞凋亡，減輕肝損傷，提高小鼠存活率[53]。總體來說，關(guān)于AMPK在爆發(fā)性肝炎中的作用尚未明確，還需更多模型、更高質(zhì)量的動物研究明確。自身免疫性肝病也是引起慢性肝損傷的原因之一。Wang等[54]發(fā)現(xiàn)，小檗堿可以活化AMPK，減輕伴刀豆球蛋白誘導(dǎo)的小鼠自身免疫性肝炎的炎癥反應(yīng)和肝損傷。

2.6膽汁淤積 多種病因可導(dǎo)致膽汁淤積，并與多種肝病互為因果，常見病因有藥物不良反應(yīng)、激素、肝纖維化、急性肝炎等，最終可導(dǎo)致肝硬化、惡性腫瘤或肝衰竭。由于對膽汁淤積的認(rèn)識相對有限，其內(nèi)在分子機制和相關(guān)信號通路尚不完全明確，除熊去氧膽酸、鵝去氧膽酸以及肝移植外，治療手段十分有限。近年來研究發(fā)現(xiàn)，AMPK活化可促進膽汁淤積。Nammour等[55]發(fā)現(xiàn)，AMPK激動劑二甲雙胍會導(dǎo)致膽汁淤積，進一步研究發(fā)現(xiàn)，其機制與法尼酯X受體有關(guān)。法尼酯X受體是最早發(fā)現(xiàn)的膽酸受體，可被膽酸激活，并能抑制膽酸合成，促進膽酸轉(zhuǎn)運?；罨腁MPK不僅可抑制法尼酯X受體的表達，還能直接磷酸化法尼酯X受體，并抑制其活性，從而造成膽汁淤積[5，56]。

3 小 結(jié)

AMPK是組織中重要的信號通路分子，其功能廣泛而強大。肝臟是參與人體營養(yǎng)和能量代謝的重要器官，隨著研究的深入，AMPK在肝細(xì)胞能量代謝、應(yīng)激、疾病發(fā)生發(fā)展等病理生理過程中的功能被逐步揭示，并與NAFLD、肝纖維化、肝癌、病毒性肝炎、爆發(fā)性肝炎等多種急慢性肝病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，有望成為部分肝病的治療靶點。AMPK是能量代謝的關(guān)鍵分子，其在NAFLD等代謝性疾病中的研究相對較多。目前，NAFLD的治療手段相對有限，特異性活化AMPK的藥物有望成為治療NAFLD的新方法，但在病毒性肝炎、肝纖維化及肝癌等研究中尚缺乏高質(zhì)量的動物研究。AMPK基因敲除的動物模型可更多地用于疾病研究，并有助于明確AMPK在肝癌發(fā)生和進展中的作用。AMPK激動劑種類較多，應(yīng)用激動劑治療肝病的研究大多處于初級階段，還需更多更高質(zhì)量的體內(nèi)外研究進一步明確激動劑的安全性和有效性。此外，雖然特異性活化AMPK的藥物及小分子激動劑的發(fā)現(xiàn)為深入探究肝病可能的治療方法提供了工具，但這些激動劑活化AMPK后的下游通路及效應(yīng)分子等仍需進一步探討，以明確AMPK激動劑對不同肝病的作用，也為日后臨床開展藥物聯(lián)用提供依據(jù)。AMPK是防治肝病的潛在重要靶點，但活化AMPK可能造成膽汁淤積，因而在研究中還應(yīng)重視潛在的不良反應(yīng)，為慢性肝病的治療找到安全、有效的新方法。