AMP激活蛋白激酶活性調節研究進展

付大波，楊震國，王 蕾，張 偉，肖 飛

（武漢工業學院動物營養與飼料科學湖北省重點實驗室，武漢 430023）

腺苷一磷酸激活蛋白酶（AMPK）能感知細胞能量代謝狀態的改變，維持機體的能量代謝平衡。當細胞內能量缺失時，AMPK被磷酸化激活，抑制消耗ATP的合成代謝過程，啟動生成ATP的分解代謝過程。AMPK的活性受到許多因素的調控，本文對AMPK活性的調控因素作一概述。

1 AMPK的分子結構

AMPK在真核細胞生物中廣泛存在，屬絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。其是由催化亞基α、調節亞基β和γ組成的一個異源三聚體。3個亞單位在AMPK的穩定性和活性中有各自特殊的作用。α亞基含有2個功能區：一個N端激酶結構域和一個C端結構域，兩者大小基本相等。N端是催化核心部位，C端負責與β和γ亞基結合。β亞基N端區域之后緊跟著兩個保守的結構域-KIS和ASC，ASC結構域為形成穩定有活性的 α、β、γ復合物所必需，KIS結構域為β亞基上的功能性糖原結合結構域[1-2]。β亞單位相當于一個支架，分別將α、γ亞基錨定在其上的KIS和ASC區域，γ亞基有4個串行重復的CBS區域，使得AMPK易感知AMP/ATP的變化[3]。現已證實，其上游腺苷一磷酸激活蛋白激酶（AMPKK）磷酸化AMPK的主要位點是位于其催化部位α亞基的Thr-172，這一位點的磷酸化對于該酶的激活是必需的[4]。

2 AMPK的活性調節

2.1 AMP依賴通路

AMPK受AMP和ATP比值的調控，組織缺血、熱應激等均可干擾線粒體內ATP的生成。由于各種因素作用導致AMP/ATP升高，使得AMPK磷酸化激活，機體通過抑制合成過程保護 ATP水平[5]。AMP變構激活AMPKK、AMP與磷酸化的 AMPK結合，使AMPK成為蛋白磷酸酶-2C（PP2C）更差的底物、AMP與未磷酸化的 AMPK結合，使AMPK成為AMPKK更好的底物、直接變構激活 AMPK的作用。AMP對AMPK活性的促進作用受到高濃度的ATP所抑制，AMP與AMPK的親和力也會因ATP濃度的升高而下降，因為ATP可與AMP競爭AMPK上的變構位點。

有研究報道，導致ATP缺失的細胞應激能引起 AMPK的激活，如三羧酸循環、呼吸鏈或者ATP合成酶抑制劑以及氧化磷酸化的解耦聯劑均能激活AMPK，缺血、缺氧等造成的AMP/ATP升高也能使AMPK磷酸化激活[6]。

2.2 非AMP依賴通路

5-氨基－4甲酰胺咪唑核糖核苷酸（AICAR）在細胞內磷酸化成 AMP的類似物 5-氨基咪唑－4甲酰胺核糖核苷（ZMP）磷酸化激活AMPK[7]。研究表明，糖原直接影響AMPK的活化狀態，而不影響老鼠骨骼肌中的腺苷酸水平[8]。AMPK可直接作為糖原傳感器，檢測細胞內能量儲備狀況，肝糖原變構抑制AMPK活性[9]。糖原中由α1,6糖苷鍵連接的支鏈結構比 α1,4糖苷鍵連接的線性結構對AMPK的變構抑制作用更強[10]。蛋白磷酸酶2Cα（PP2Cα）可以抑制AMPK的活性，AMP/ATP減弱了PP2Cα對AMPK的抑制，從而使AMPK磷酸化活性增加[10]。此外脂肪細胞分泌的脂聯霉素和瘦素通過下丘腦-交感神經系統（SNS）軸磷酸化激活AMPK[11]。在某些細胞里，磷酸肌酸抑制AMPK的活性，當肌酸與磷酸肌酸比值升高時，AMPK被激活[12]。

2.3 AMPK激酶

研究表明，抑癌基因LKB1在體外可直接磷酸化 AMPKα（Thr-172）激活其活性[12-14]。LKB1 最早發現于Peutz-Jeghers Syndrome（PJS）的研究中，是第一個被發現的AMPK激酶（AMPKK），是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。LKB1敲除的小鼠胚胎成纖維細胞中，AMPK不能被激活[14]。降血糖藥甲福明二甲雙胍能夠增多LKB1出核轉運進入細胞質中，并通過磷酸化LKB1使得AMPK活化[15]。鈣/鈣調蛋白依賴的蛋白激酶（CaMKK）為AMPK的另一上游激酶，主要表達于神經組織，在嚙齒動物組織中也廣泛存在[16]。在LKB1敲除的小鼠胚胎成纖維細胞中，CaMKK能夠磷酸化激活AMPK[17]。

近年來研究發現了另外兩種AMPKK：轉化生長因子-β-激活激酶-1（TAK1）和共濟失調毛細血管擴張癥突變基因（ATM）[18－19]。TAK1 為絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是絲分裂素激活的激酶（MAPKs）家族成員之一。研究表明，HeLa細胞中TAK1可以磷酸化AMPK催化部位α亞基的Thr-172，并能降低LKB1的活性[18]。胰島素樣生長因子Ⅰ（IGF-Ⅰ）可通過ATM和LKB1依賴途徑作用于AMPK的α亞基將其磷酸化激活；IGF-Ⅰ能刺激ATM蘇氨酸和酪氨酸亞基磷酸化，而酪氨酸亞基磷酸化在這個信號通路中是很重要的[20]。

3 展望

AMPK是體內能量平衡的關鍵酶。其被激活后能調控許多營養物質的代謝、蛋白質的合成以及其他的代謝途徑。AMPK能被多種物質通過多種途徑調控，而這些物質又各自與其他各種信號通路有聯系。對AMPK活性調控機制的研究仍有待更進一步的研究。

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