AMPK在非酒精性脂肪性肝病发展中的作用

毕佳宁 杨 硕 张桐赫 张梓琳 王绍清

齐齐哈尔医学院病理学院，黑龙江齐齐哈尔 161006

健康肝脏与其他多种细胞相协调，具有显著的代谢可塑性，可以在人体需要的各种代谢任务之间切换。然而，在非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）发生时，这种高度平衡的生理内稳态将受到影响[1]。研究表明，新生脂肪生成（de novo lipogenesis，DNL）对人体肝脏脂肪储存有重要作用[2]。而单磷酸腺苷依赖的蛋白激酶（Adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）在DNL中有着重要的作用，这方面的标志性研究之一是发现AMPK对脂质代谢的调节是通过乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl CoA carboxylase，ACC）的磷酸化和失活来实现的，ACC是DNL中第一步和限速步骤的催化酶[3]。此外，异位脂质沉积与胰岛素抵抗的密切关系已得到公认。这支持了AMPK作为在肥胖症、2型糖尿病（type 2 diabetes，T2D）和NAFLD之间的分子节点从而可以起到关键作用的假设。

1 NAFLD的发病机制

据报道，NAFLD影响了30%以上的欧洲人口，在美国、澳大利亚、印度和其他国家的发病率甚至更高[4]。NAFLD被描述为代谢综合征的肝脏表现，现在被认为是一种多系统疾病[1]。同时，晚期NAFLD是美国肝癌相关肝移植的第二大病因，且增长速率相较于其他因素最快[5]。在进行肝移植后，NAFLD患者因心血管并发症和败血症病死的风险增加[6]。此外，在NAFLD的晚期，肝移植受者移植后复发T2D的风险更高[7]。Stepanova等[8]的研究表明，接受重大肝脏手术的NAFLD患者经常会出现肝脏功能受损[8]。NAFLD的病程本质上或多或少遵循所谓的“二次打击假说”[9]，假说基于脂肪变性的出现（第一次打击）和随后的炎症、肝细胞损伤和纤维化（第二次打击）。目前已知，在相对较短的时间内，NAFLD和非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）患者都可以从非纤维化阶段发展到晚期肝纤维化[7]，可能导致随后的肝硬化和器官衰竭[10]。在不同致病条件下，DNL失衡和脂肪氧化都可能参与NAFLD的发生，而AMPK作为这两种途径的主要调控因子从而可以发挥重要的调节作用。

2 AMPK的结构及其生理调控

真核细胞通过不断管理能量消耗和生产ATP的能力来适应环境能量波动[11]。AMPK通过结合腺嘌呤核苷酸而变构激活，从而作为细胞内能量稳态的传感器[12]。从生化角度来看，AMPK是一种高度保守的异三聚丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶复合体，由一个催化亚基（α）和两个调节亚基（β和γ）组成。哺乳动物细胞中上游激酶对AMPK的完全激活需要α-亚基N端激活环中保守的苏氨酸-172（Thr172）残基的磷酸化[13]。Suter等[14]使用纯化的重组酶制剂证明，在饱和腺嘌呤核糖核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）效应存在的情况下，上游激酶激活导致α1-β1-γ1和α2-β2-γ1 AMPK异源三聚体的激活增加了1000倍。

AMPK的激活由肿瘤抑制因子肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）和Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（calcium/calmodulin-dependent kinaseⅡ，CaMKKⅡ）两个上游激酶负责调控。LKB1具有组成性活性，被认为是主要的上游激酶[15]。在激素刺激的胞质钙浓度变化中，独立于AMP的AMPK活性激活是由CaMKK2介导的[15]。

AMPK激活后直接导致糖酵解、脂质氧化和其他参与短期诱导营养物质燃烧的细胞过程的下游调控蛋白的翻译后修饰。长期的调节作用由转录因子的磷酸化和调节这些代谢功能的辅激活因子控制[12]。除了降低AMP/ATP比值外，AMPK激活后可以通过诱导脂肪分解和脂肪酸氧化而影响全身能量利用率[15]。由于AMPK在代谢中的核心功能位置，其被认为是一种很有前景的药理靶点结构。

增加AMPK活性以治疗NAFLD被广泛认为是可行的策略[16]。AMPK不仅可以抑制ACC1，还可以进一步导致ACC2的磷酸化和丙二酰辅酶A脱羧酶（Malonyl-CoA decarboxylase，MCD）的激活，导致胞质丙二酰辅酶a的急性减少。丙二酰辅酶A因具有抑制肉碱棕榈酰转移酶1（carnitine palmotoyltransferaseⅠ，CPT1）的能力而被认为是脂肪酸氧化的负调节因子。AMPK在脂质代谢中的独特作用证明了其在平衡能量内稳态中的中心地位。然而，AMPK在长期热量供应过剩的情况下会严重受损，可能导致异位脂质沉积和胰岛素抵抗。

3 AMPK在人体脂肪库中的作用

Grisouard等[12]的研究表明，二甲双胍使脂肪细胞的葡萄糖摄取增加两倍以上，同时伴有胰岛素依赖性跨膜载体蛋白和葡萄糖氧化的增加。AMPKα1的沉默抵消了这些效应。现有证据支持AMPK有助于外周胰岛素敏感性增加。通过连续强化游离脂肪酸（free fat acid，FFA）酯化，以支持细胞葡萄糖摄取的方式激活AMPK，有助于控制高脂血症。胰岛素介导的脂解抑制随着肝脏脂肪积累的增加而持功能续减弱，当脂肪细胞在重复正能量平衡条件下变得肥大时，脂肪分解进一步加剧。这可能导致全身低度炎症，由脂肪组织中的巨噬细胞促进，胰岛素抵抗恶化[17]。动物研究数据也支持这一假说，表明在脂肪组织中抑制AMPK会导致全身胰岛素敏感性降低和肝脏三酰甘油积累增加[18]。

4 NAFLD中AMPK的失调

在热量供应过剩的情况下，DNL是肝脏三酰甘油积累的主要促因，葡萄糖是DNL的主要底物。人类代谢中DNL在数量上唯一相关的部位是肝脏[19]。NAFLD的主要预测因子是肝脏胰岛素抵抗，胰岛素抵抗可以被定义为组织对胰岛素的反应不敏感，这种异常以胰岛素受体后信号传导障碍为主[20]。在生理条件下，DNL与糖异生作用一样，受到胰岛素依赖机制的缓慢但有效的转录控制[21]。当肝细胞胰岛素信号减弱时，DNL的激活仍然不受损害。这被称为选择性胰岛素抵抗，同时导致空腹高血糖和DNL失控[22]。与Lambert等[23]的人体研究相对应，空腹高血糖是DNL的重要驱动因素，因为独立于胰岛素的葡萄糖可以通过葡萄糖转运蛋白2大量进入肝细胞，从而进入糖酵解。胰岛素抵抗情况下糖酵解的失调是复杂的[21]。糖酵解途径的酶可被视为DNL的延伸部分，因为肝细胞糖酵分解的主要功能不是提供ATP，而是允许碳水化合物转化为脂质[19]。由于存在选择性胰岛素抵抗，因此DNL主要受合并高血糖和高胰岛素血症的影响。

研究表明，大部分NAFLD患者的肝脏都有着的AMPK功能障碍[16]。Kohjima等[24]的研究发现，与对照组相比，NAFLD患者肝脏中的ACC1 mRNA表达显著增加，NAFLD和对照组受试者的肝脏AMPK mRNA表达仍具有可比性，饥饿过夜后，基础AMPKα在mRNA和蛋白质水平上上调，而各组间AMPK活性无明显差异。另一项研究发现NASH患者的肝脏AMPK表达和AMPK的Thr172磷酸化显著降低[25]，因此，研究者假设，NAFLD早期细胞的DNL日益增加，肝脏AMPK和脂肪氧化能力最初以代偿方式增加，这种变化加强了脂质氧化以克服DNL的日益增加。然而，随着慢性病程发展，这种代偿无法充分控制DNL，导致大量患者三酰甘油进一步积累。此外，NAFLD疾病似乎是通过一些适应性机制进展的，最终导致线粒体功能受损，活性氧增加，解毒潜力不足，诱导纤维化[26]，这与在NASH患者中观察到的肝脏AMPK活性和脂质氧化受损的情况相符。

5 总结与展望

胰岛素抵抗是NAFLD发病的关键驱动因素，与肝脏脂质积聚密切相关。AMPK是脂质氧化和新生脂肪生成的主要调节器。在患有T2D的人群中，通过体力活动或药物干预激活AMPK可以产生显著的胰岛素增敏作用，主要是在骨骼肌中。肝脏AMPK在人类脂肪性肝病中的作用可能因NAFLD分期而异。AMPK对DNL和脂肪氧化的功能失调主要见于人类的晚期疾病，可能是一个很有前景的药物调节靶点。阻断ACC作为AMPK在DNL方面的一个中心下游靶点已被证明是主要有效的，可以缓解人类NAFLD。

然而，在一些研究中观察到了显著的副作用。更多的研究将进一步阐明AMPK激活在缓解过度DNL中的作用，进一步推动NAFLD发病机制的深入研究。