AMPK作为治疗肥胖靶点的研究进展

郑丽英(综述)，谢建新(审校)

(石河子大学医学院新疆地方病与民族高发病省部共建重点实验室，新疆石河子 832000)

肥胖是一种慢性营养性疾病，本质是机体控制能量代谢平衡机制紊乱，从而使体内脂肪堆积过多和(或)分布异常，是遗传因素和环境因素共同作用的结果。肥胖导致炎症，进而诱导的胰岛素抵抗是代谢综合征发生的关键［1］。肥胖及与肥胖相关的疾病(如胰岛素抵抗、2型糖尿病及代谢综合征等)已经成为危害人类健康的严重疾病［2］。现代生活方式的改变和过度营养所导致的肥胖已成为严重的世界性健康问题，截止2008年，全球超重人数约为15亿(体质量指数＞28 kg/m2)，其中肥胖人数约为5亿(体质量指数＞30 kg/m2)［3］。食物的摄入和能量消耗之间的平衡控制着体质量。腺苷酸激活蛋白激酶(AMP-activatedproteinkinase，AMPK)在真核细胞广泛存在，是高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶。AMPK对机体能量代谢平衡起着中枢调节作用，一旦激活AMPK，关闭如脂肪酸酸、三酰甘油、胆固醇等合成代谢途径，开启如糖酵解、葡萄糖摄取和脂肪酸氧化等分解代谢途径［4］。此外，AMPK通过介导某些激素和细胞因子的释放和表达，作用于下丘脑摄食中枢，调节摄食行为，引起肥胖或体质量减轻［5］。因此，AMPK信号通路有望成为治疗肥胖的药理学靶点。

1 AMPK的分子结构和组织分布

AMPK是一种高度保守异源三聚体蛋白，由α、β、γ 3个亚单位组成。每种亚单位存在2～3种亚型(αl、α2、β1、β2、γ1、γ2、γ3)，可以形成 12 种不同的复合物［4］。这些组合赋予AMPK复合物不同的属性，并显示相对组织特异性。α亚单位是AMPK的主要催化亚单位，β和γ亚单位起调节作用。AMPK各亚单位在组织分布不同。α1分布较广，主要表达于肾、肝、肺、心肌和脑组织，研究还发现α1定位于胞质。α2主要表达在骨骼肌、心肌和肝脏，已证实脑神经元中也存在 α2，而 α2定位于胞核。β1、γ1和 γ2广泛表达于各组织细胞，β2主要表达在骨骼肌、心脏和胰腺中，γ3只特异地在骨骼肌中表达［6-7］。AMPK在不同细胞中以不同亚型的复合体存在，推测可能与其下游靶蛋白的选择有关。

2 AMPK的活性调节

AMPK活性与细胞内AMP和ATP的浓度密切相关，AMP含量增加是细胞能量水平下降的敏感指标。当机体AMP/ATP的比值增大(如缺氧、缺血、运动和饥饿等)时，AMPK活性增加。AMP激活AMPK的3个机制:①变构激活;②上游激酶磷酸化AMPKa亚基Thr172，已报道的AMPK上游激酶(AMPKK)包括抑癌基因LKB1、钙调素依赖性激酶(CaMKK)和转化生长因子激活的蛋白激酶1;③抑制蛋白磷酸酶的去磷酸化［8］。5-氨基-4-甲酰胺咪唑核糖核苷酸(5-amino imidazole-4-carbamidine ribonucleoside，AICAR)已作为AMPK的激活剂广泛运用于研究，细胞摄取AICAR在胞内转化为ZMP(AMP的模拟药物)激活AMPK［9］。如双胍类降糖药物降低ATP的浓度，激活脂肪细胞中AMPK。在转基因小鼠白色脂肪组织表达解耦联蛋白1，导致AMP/ATP比值增加，从而激活AMPK。体育锻炼和饥饿激活AMPK，这两种情况都都伴随着肾上腺素的释放，推测β肾上腺素受体激动剂及其第二信使cAMP可激活AMPK。脂肪组织分泌的脂肪因子瘦素和脂联素也能够激活脂肪组织中的AMPK。具争议性的结果是另一类降糖药噻唑烷二酮类药物，这是来自PPARγ转录因子的配体。有研究发现10 μmmo/L的曲格列酮不能激活3T3-L1脂肪细胞的AMPK，而吡格列酮和罗格列酮可激活大鼠脂肪组织AMPK的活性。在Marie Daval的实验中，浓度高于200 μmmo/L噻唑烷二酮类药物可激活脂肪细胞AMPK活性［10］。

3 AMPK在肥胖中的作用

肥胖患者的合成代谢远远大于分解代谢，主要表现为胰岛素抵抗、血脂异常和高血压等多种代谢改变。据报道，机体出现肥胖、2型糖尿病和代谢综合征时，AMPK的活性发生变化［11］。是否AMPK活性的改变是导致这些疾病的原因之一仍然是一个有争议的问题。激活AMPK，促进骨骼肌中葡萄糖摄取和脂肪酸氧化;抑制肝脏中脂质和葡萄糖的合成，同时促进脂质氧化;AMPK调节脂肪组织中脂肪的合成和脂肪分解。此外，AMPK通过介导某些激素和细胞因子的释放和表达，作用于下丘脑摄食中枢，有助于调节食欲和新陈代谢，引起肥胖或体质量减轻。AMPK多方面的协同作用降低机体葡萄糖和脂质水平，减少脂质异位沉积，增强胰岛素敏感性，抑制摄食行为的发生，为肥胖的治疗提供了新的切入点［10］。

3.1 AMPK在骨骼肌代谢中的作用 葡萄糖稳态是葡萄糖产生和葡萄糖摄取保持平衡的结果，大约1/3的肥胖患者体内会出现糖代谢紊乱。糖是体内主要的能源物质，当机体摄入过多或利用减少时，多余的葡萄糖转变为脂肪储存在体内，导致体质量增加。骨骼肌是机体摄取葡萄糖的主要场所，研究证实AICAR进入体内，诱导葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter type 4，GLUT4)向浆膜转移及磷酸化转录因子，开启GLUT4基因的表达，促进葡萄糖的摄取。在离体的大鼠骨骼肌，AMPK的短期活化可通过拮抗收缩刺激的糖原合成使葡萄糖酵解增加［12］。激活AMPK可活化己糖激酶和磷酸果糖激酶(糖酵解的限速酶)，还使糖原合成酶失活，促进糖酵解和葡萄糖氧化，同时抑制糖原合成和糖异生，抑制葡萄糖向脂肪的转化;反之，AMPK活性减弱，糖原合成和糖异生增强，促进葡萄糖转变为脂肪。此外，AMPK抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)途径，mTOR途径刺激蛋白的合成，激活AMPK可抑制蛋白合成。转基因动物的研究(如剔除AMPKα1和AMPKα2的小鼠、肌肉特异性过表达显负性 AMPKα2、AMPKγ3基因剔除、肌肉特异性过表达 AMPKγ3和剔除骨骼肌 LKB1基因)证实，AMPK通过调节GLUT4和糖原合成酶的磷酸化或其基因的表达等，参与调节骨骼肌中的葡萄糖代谢和脂质代谢，如增加葡萄糖的摄取、脂肪酸的氧化，抑制糖原合成、减少脂质沉积等［13］。临床上广泛使用的胰岛素增敏剂二甲双胍可以激活大鼠骨骼肌的AMPK，进而增加葡萄糖摄取，改善胰岛素抵抗。

3.2 AMPK在肝脏代谢中的作用 肝脏是碳水化合物储存和释放及脂肪酸合成的主要部位。肝脏的糖异生由磷酸烯醇式丙酮酸激酶和葡萄糖-6-磷酸酶调节，激活AMPK可以抑制它们基因的表达［14］。剔除小鼠肝脏AMPKα2不但出现葡萄糖耐受，还发生禁食高血糖，推测是与糖异生相关的酶活性升高导致的。TORC2蛋白(一种调节转录因子活性蛋白)在调控肝脏葡萄糖代谢中起到关键的作用，AMPK的活化使其发生磷酸化并从细胞膜上解离下来，抑制糖原合成。同时，激活AMPK可抑制肝脏中生脂基因的表达。AMPK通过调节多种酶的磷酸化来调节肝脏的脂质代谢和糖代谢。AMPK调控有关糖异生、糖酵解和脂肪生成等过程的上游蛋白的基因表达［13］。激活AMPK可抑制肝脏脂肪酸、三酰甘油和胆固醇的合成及糖异生并刺激脂肪酸氧化。肥胖和2型糖尿病患者都存在着肝脏代谢的变化，激活AMPK对这些患者是有益的。

3.3 AMPK在脂肪组织中的作用 在能量短缺的情况下，肝脏中的AMPK调控脂类从合成代谢到分解代谢的转变，如抑制脂类合成和增加脂类氧化等。在能量持续短缺或更高的能量需求(如运动)时，脂肪细胞中的AMPK具有相似的作用，可抑制脂肪酸合成及激活脂肪酸氧化。乙酰辅酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)是AMPK的靶蛋白之一，脂肪生成途径的关键酶丙二酰辅酶A来源于ACC。激活AMPK，磷酸化ACC，使ACC失去活性，伴随丙二酰辅酶A浓度的降低，由此三酰甘油合成降低［15］。最近的研究显示，脂肪组织(细胞)不仅仅是传统概念上的营养物质/能量储存的场所，而且是高度活跃的内分泌代谢器官，可分泌多种生物活性肽，统称为脂肪细胞因子，如脂联素、抵抗素、瘦素等参与调节食欲和新陈代谢［16］。瘦素和脂联素可激活脂肪组织中的AMPK，限制脂肪酸外流，增加脂肪酸氧化。由于脂肪酸在胰岛素抵抗发病中起关键作用，AMPK这些作用将趋于减少脂肪酸在血浆中的浓度，这对改善胰岛素抵抗状态是有益的。在人体脂肪组织，已证明AICAR激活AMPK增加脂联素的表达，抑制促炎细胞因子(肿瘤坏死因子α和白细胞介素6)的表达和分泌，这对于肥胖患者是有益的［17］。炎症被认为是导致肥胖的重要病因［18］。脂联素在血浆浓度与肥胖呈负相关，灵长类动物及人类肥胖和2型糖尿病时血浆脂联素浓度降低，脂联素被认为是胰岛素增敏激素，它激活肌肉对葡萄糖的利用，促进脂肪酸氧化，降低肝脏葡萄糖产生［10］。由此，激活脂肪组织中的AMPK，减少肿瘤坏死因子α和白细胞介素6的分泌并增加脂联素的表达，有助于防治肥胖。

3.4 AMPK在下丘脑中的作用 调节食欲的神经系统集中在下丘脑，调节摄食行为的发生和终止。AMPK通过介导某些激素和细胞因子的释放和表达，作用于下丘脑摄食中枢，有助于调节食欲和新陈代谢，引起肥胖或体质量减轻。最近的研究已经证明瘦素、胰岛素、葡萄糖和α硫辛酸通过降低下丘脑AMPK活性减少食物摄入量，而生长素通过增加下丘脑AMPK活性增加食物摄入量［19］。虽然还没有完全理解下丘脑神经元AMPK的活性对摄食行为的影响机制，研究报道其可能抑制是抑制下丘脑AMPK活性，ACC的活性升高可导致丙二酰辅酶A水平增加，抑制碱棕榈酰基转移酶1而增加长链脂肪酸酰基辅酶的表达，由此可减少食物的摄入量。瘦素是由脂肪组织分泌的多肽激素，是经典的内源性抗肥胖激素。已证明瘦素通过抑制AMPK活性下调下丘脑弓状核神经肽Y的表达，导致中枢性的食欲抑制［18］。研究结果表明，下丘脑AMPK是各种调节摄食行为信号通路的中介，摄食抑制因素抑制下丘脑AMPK的活性，摄食刺激因素激活下丘脑AMPK活性，抑制下丘脑AMPK活性可减少食物的摄入。AMPK还可通过改变细胞内丙二酰辅酶A浓度和肉碱棕榈1的活性而影响摄食行为［20］。

4 结语

西布曲明和奥利司他分别是当前已认可的两种抗肥胖药物。然而，由于这两种药物的疗效有限及有一定的不良反应，因此需要有一个更有效和更安全的治疗肥胖的药物。α硫辛酸A通过抑制下丘脑AMPK活性，抑制食物摄入，同时可激活周围组织的AMPK，刺激机体的能量消耗，从而减轻体质量，然而，α硫辛酸A对能量消耗的作用目前仅限于啮齿动物。既可以降低食欲又可增加能量消耗的药物是调节体质量的理想选择。α硫辛酸的发现使这一原本看似矛盾的设想成为可能。开发组织特异性的异构体特异性激活AMPK，或以AMPK的下游底物为治疗靶标，以AMPK信号通路作为靶点防治肥胖的方案应该是安全有效的。

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