AMPK與神經(jīng)退行性疾病的研究進(jìn)展

吳金洋 曾常茜

（大連大學(xué)醫(yī)學(xué)院 遼寧大連 116622）

神經(jīng)退行性疾病是一種由于中樞或外周神經(jīng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)或功能上的晚期惡化造成的疾病。其損傷是不可逆的，并且其發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚[1]。單腺苷酸活化蛋白激酶（AMPactived protein kinase，AMPK）是一種重要的內(nèi)源性防御分子[2]。近期研究表明，AMPK與一些神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，并且可以作為疾病治療的分子靶點(diǎn)[3，4]。本文就AMPK與神經(jīng)退行性疾病的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為神經(jīng)退行性疾病的治療提供更多的實(shí)驗(yàn)依據(jù)[5-7]。

一、AMPK概述

AMPK是絲氨酸/蘇氨酸（Ser Thr）激酶組的成員，廣泛分布于各種細(xì)胞和器官中。它是一種重要的內(nèi)源性防御分子，能對(duì)有害刺激（如腦缺血，腦出血和神經(jīng)退行性疾病）作出反應(yīng)。AMPK是真核細(xì)胞和生物體能量平衡的主要調(diào)節(jié)器，能夠獨(dú)立于腺嘌呤核苷酸的變化而感知葡萄糖的可用性，協(xié)調(diào)各種代謝途徑，平衡能量供需，并最終調(diào)節(jié)細(xì)胞和器官的生長(zhǎng)。AMPK可使特定的酶和生長(zhǎng)控制節(jié)點(diǎn)磷酸化，從而增加ATP的產(chǎn)生，減少ATP的消耗。AMPK可以介導(dǎo)能量穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，還能調(diào)控自噬，并可能成為激活自噬的潛在分子靶點(diǎn)[8，9，10]。在真核細(xì)胞中[11]，AMPK信號(hào)傳導(dǎo)和與自噬調(diào)節(jié)有關(guān)[12]。

二、AMPK與神經(jīng)退行性疾病

（一）AMPK與阿爾茲海默癥

對(duì)APP/PS1轉(zhuǎn)基因AD小鼠模型研究，發(fā)現(xiàn)AD小鼠神經(jīng)元的AMPK相關(guān)信號(hào)通路會(huì)被激活，使用AMPK抑制劑可以降低alr相關(guān)蛋白的表達(dá)水平，從而能改善記憶缺陷[13]。研究發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙?；?（Histone deacetylase 2，HDAC2）在AD神經(jīng)元的異位表達(dá)可導(dǎo)致肝細(xì)胞核因子4（Hepatocyte nuclear factor 4，HNF-4A）轉(zhuǎn)錄因子去乙?；?，破壞其與miR-101b啟動(dòng)子的結(jié)合，而miR-101b的抑制可導(dǎo)致其靶蛋白AMPK的上調(diào)，從而能夠改善AD小鼠的記憶缺陷[14]。研究發(fā)現(xiàn)，AD小鼠大腦中p-AMPK蛋白的表達(dá)顯著降低，而p-mTor蛋白的表達(dá)則顯著增加。在加入β片層阻斷肽（H102）后，兩種蛋白表達(dá)結(jié)果正好相反，表明AMPK-mTOR自噬相關(guān)通路的激活，可以改善AD小鼠識(shí)別記憶的能力[15]。

體外研究HDAC2在AD中表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)AMPK引入miR-101b模擬物或小干擾RNA（siRNA）可阻斷HDAC2誘導(dǎo)的tauopathy和樹(shù)突損傷，miR-101b擬態(tài)物或AMPK siRNAs可以改善AD小鼠的軸突生長(zhǎng)，樹(shù)突異常以及神經(jīng)元的遷移[14]。當(dāng)使用AMPK抑制劑的時(shí)候，可以降低alr相關(guān)蛋白的表達(dá)水平，從而能減輕神經(jīng)元的凋亡[13]。研究過(guò)氧化氫（H2O2）誘導(dǎo)SH-SY5Y細(xì)胞AD模型，發(fā)現(xiàn)AMPK磷酸化降低，神經(jīng)元細(xì)胞核凋亡，青蒿素可以使其恢復(fù)至正常水平，表明AMPK與AD神經(jīng)元損傷有關(guān)[16]。

（二）AMPK與帕金森

通過(guò)對(duì)魚(yú)藤酮損傷SH-SY5Y細(xì)胞模型的研究[16]，發(fā)現(xiàn)魚(yú)藤酮損傷細(xì)胞中自噬調(diào)節(jié)蛋白AMPK/m TOR/ULK明顯上調(diào)，而百可利可以使其恢復(fù)至正常水平，可提高細(xì)胞存活率，降低α-突觸核蛋白的毒性，起到神經(jīng)保護(hù)作用[4]。然而，α-突觸核蛋白聚集成難以清除的寡聚物是PD的一個(gè)特征性病變。AMPK可以清除PD的α-突觸核蛋白。用6-OHDA處理大鼠，發(fā)現(xiàn)大鼠行為能力明顯下降，黑質(zhì)TH陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)量明顯減少。用6-OHDA處理人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞（SH-SY5Y）后，發(fā)現(xiàn)SH-SY5Y細(xì)胞中的p-AMPK表達(dá)增加。當(dāng)再給予ALA進(jìn)行干預(yù)時(shí)，大鼠的行為能力顯著性增高，黑質(zhì)中TH神經(jīng)元的數(shù)量增加，而SH-SY5Y細(xì)胞中的p-AMPK的表達(dá)降低。表明AMPK能減輕6-OHDA所致的氧化損傷，從而抑制PD大鼠神經(jīng)元的減少[17]。

通過(guò)建立PD轉(zhuǎn)基因果蠅模型，研究發(fā)現(xiàn)PD轉(zhuǎn)基因果蠅的肌肉組織中p-AMPK-α蛋白的表達(dá)水平明顯降低。而AMPK的過(guò)度表達(dá)可改善PD轉(zhuǎn)基因果蠅飛行肌，從而改善PD轉(zhuǎn)基因果蠅模型的異常翅型[18]。

通過(guò)建立1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）PD模型。研究發(fā)現(xiàn)，腸道激素ghrelin可以使模型小鼠紋狀體中磷酸化AMPK和脫氨酶（ACC）的磷酸化水平升高，并可減弱黑質(zhì)（SN）多巴胺神經(jīng)元的丟失和紋狀體多巴胺的周轉(zhuǎn)不通。這表明AMPK可能是PD神經(jīng)保護(hù)的分子靶點(diǎn)[19]。

（三）AMPK與腦缺血再灌注損傷

研究發(fā)現(xiàn)腦缺血再灌注的大鼠腦梗死體積與神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分明顯增加，自噬調(diào)節(jié)蛋白AMPK和beclin1表達(dá)上調(diào)，beclin1與vps34之間的絡(luò)合物形成增加。與此同時(shí)，細(xì)胞凋亡數(shù)量明顯增加[5]。表明AMPK可以通過(guò)減少自噬來(lái)控制腦缺血再灌注損傷。建立大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞模型，測(cè)定大鼠海馬相關(guān)蛋白含量，結(jié)果表明，葛根素能明顯降低LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ，p-AMPK蛋白的表達(dá)，增加p-MTOR表達(dá)，表明AMPK可以通過(guò)減少自噬來(lái)減少腦梗死體積，從而改善大鼠神經(jīng)功能損傷[20]。用癸酸鈉（HGSD）預(yù)處理大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腦缺血再灌注損傷的神經(jīng)功能缺損評(píng)分、梗死面積顯著降低。腦IR損傷后p-AMPK表達(dá)顯著降低。并且HGSD血清培養(yǎng)的PC12細(xì)胞凋亡顯著減少。使用AMPK激活劑（AICAR）后，HGSD血清對(duì)PC12細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用會(huì)減弱，而使用AMPK抑制劑（復(fù)合物C）時(shí)，HGSD血清對(duì)PC12細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用會(huì)增強(qiáng)。AMPK通過(guò)抗細(xì)胞凋亡的作用，來(lái)減輕腦缺血再灌注損傷[21]。

研究發(fā)現(xiàn)，AMPK可以使SNHG12在原代神經(jīng)元細(xì)胞和N2a細(xì)胞中上調(diào)，分別在缺血再灌注處理后12h和24h達(dá)到高峰。SNHG12基因可增加細(xì)胞增殖率，減少細(xì)胞凋亡率[22]。因此AMPK可減少腦I/R損傷并且為缺血繼發(fā)中風(fēng)損傷提供治療策略。建立腦缺血再灌注大鼠模型，經(jīng)延齡草總皂苷（TST）處理后，對(duì)這些大鼠肺組織AMPK、p-AMPK蛋白表達(dá)水平進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大鼠肺組織中p-AMPK、SIRT1蛋白都相應(yīng)增高，從而能減輕炎癥反應(yīng)。表明AMPK可通過(guò)減輕炎癥來(lái)減緩腦缺血再灌注繼發(fā)肺損傷[23]。

（四）AMPK與腦脊髓炎

以MOG35-55抗原、結(jié)核菌素h37ra、完全弗氏佐劑、百日咳毒素為抗原建立EAE動(dòng)物模型[24，25]。AMPK經(jīng)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）治療后在小鼠脊髓中的蛋白表達(dá)水平顯著升高，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)在小鼠腰膨大組織中的數(shù)量顯著減少，且小鼠的發(fā)病率、持續(xù)時(shí)間和神經(jīng)功能評(píng)分明顯降低[26]。表明AMPK可能參與減輕脊髓炎性細(xì)胞浸潤(rùn)的程度。采用髓鞘少突細(xì)胞糖蛋白（MOG）皮下注射誘導(dǎo)EAE經(jīng)典小鼠模型，在NAD+處理的小鼠中，AMPK/SIRT1通路被激活，從而減輕病情和EAE小鼠的病理?yè)p傷，也可抑制促炎性T細(xì)胞反應(yīng)，從而治療腦脊髓炎[27]。構(gòu)建EAE小鼠模型，AMPK可通過(guò)進(jìn)行NAD+干預(yù)在小鼠腦組織中的蛋白表達(dá)增加，減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及脫髓鞘，從而降低EAE小鼠發(fā)病率，減輕EAE小鼠神經(jīng)功能損害癥狀[28]。

上述研究顯示，AMPK與EAE神經(jīng)損傷有關(guān)，但也有研究表明AMPK可以介導(dǎo)鋅誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性從而參與EAE的發(fā)病，AMPK的抑制劑1H10可以減少鋅誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡，并保護(hù)抗氧化應(yīng)激、興奮性毒性和凋亡[6]，表明AMPK可以通過(guò)神經(jīng)毒性作用參與發(fā)病。

（五）AMPK與癲癇

AMPK可能參與癲癇相關(guān)癥狀的改善。通過(guò)建立癲癇幼鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)，百合知母湯水提物處理可使幼鼠神經(jīng)元中的AMPK mRNA及蛋白和p-AMPK表達(dá)降低，驚厥次數(shù)、潛伏期時(shí)間和游泳距離也明顯降低，表明AMPK可以通過(guò)百合知母湯降低癲癇幼鼠海馬神經(jīng)元表達(dá)，改善癲癇幼鼠行為學(xué)改變及癥狀[7]。采用氯化鋰-匹羅卡品建模方法建立癲癇模型，研究發(fā)現(xiàn)癲癇小鼠海馬中的AMPK磷酸化和PPAR-α的蛋白表達(dá)降低，但是經(jīng)過(guò)脂肪酸氧化產(chǎn)生酮體（BHBA）治療后，AMPK可以通過(guò)BHBA明顯改善在海馬中的表達(dá)，改善癲癇介導(dǎo)的空間學(xué)習(xí)缺陷，改善癲癇介導(dǎo)的海馬氧化應(yīng)激損傷，改善癲癇所致海馬神經(jīng)損傷。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上，AMPK與AD、PD、癲癇、EAE、腦缺血再灌注損傷的治療都密切相關(guān)，其主要機(jī)制是AMPK可通過(guò)調(diào)控自噬和抗神經(jīng)元及神經(jīng)細(xì)胞凋亡以及減少炎癥因子的表達(dá)發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，從而參與疾病的治療。矛盾的是，也有研究顯示AMPK可以參與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病，但是目前發(fā)病機(jī)制和治療策略尚不明確。具體發(fā)病機(jī)制和治療策略還有待于進(jìn)一步研究，相信可通過(guò)更多化學(xué)物質(zhì)研究出具體的AMPK發(fā)病機(jī)制和治療策略，來(lái)預(yù)防和治療神經(jīng)退行性疾病。