AMPK在內皮細胞中對血管形成的影響

楊宵曼，朱 偉(綜述)，劉銘雅，魏 盟(審校)

(上海交通大學附屬第六人民醫院心內科，上海 200233)

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)屬于高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在真核生物中廣泛存在。在機體消耗ATP的各種應激(如骨骼肌的收縮等)和干擾ATP產生(如低糖、低氧應激等)等刺激下，激活的AMPK能夠通過關閉消耗ATP的合成代謝途徑及啟動產生ATP的代謝途徑協調細胞內及全身代謝和能量平衡，被稱為“能量調節器”。近年來隨著AMPK的深入研究，其在生理性和病理性血管形成方面的作用引起了各學科研究人員的關注。

1 AMPK的分子結構

AMPK是由α(63 ku)、β(30 ku)和γ(37～63 ku)三個亞單位組成的異源性三聚體，它因底物的不同而發揮著不同的生物效應。其3個亞單位在AMPK的穩定性和生物活性中有各自的作用。α亞基的N末端是起催化作用的核心部位，而C末端則主要負責AMPK活性的調節以及與β和γ亞基兩個亞單位的聯系[1]。β亞基N端區域后跟著兩個保守的KIS和ASC結構域。ASC結構域是形成穩定有活性的α、β、γ復合物所必需的，而KIS是β亞基上與糖原結合的功能性結構域[2]。哺乳動物γ亞基與AMPK結合AMP有關。γ亞基在結合兩個分子的AMP后才發揮正協同效應。

2 AMPK的上游激酶

肝激酶B1基因是一種抑癌基因，是腫瘤易患綜合征的致病基因，也是第一個被發現的AMPKK(AMPK激酶)。肝激酶B1是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它能夠直接磷酸化AMPKα亞單位上的蘇氨酸172位點(Thr-172)而激活AMPK。在內皮細胞中，剪切力應激[3]、二甲雙胍[4]都通過磷酸化肝激酶B1而激活AMPK發揮其生物效應。

鈣/鈣調蛋白依賴的蛋白激酶β是AMPK的另一個重要的上游激酶，主要分布在神經組織。鈣/鈣調蛋白依賴的蛋白激酶β通過升高細胞內Ca2+水平激活AMPKα1，而與細胞內AMP水平無關。已有研究證實,緩激肽和凝血酶均通過激活鈣/鈣調蛋白依賴的蛋白激酶β而磷酸化AMPK[5]。

轉化生長因子β-激活激酶1和共濟失調毛細血管擴張癥突變基因是近年來研究發現的另外兩種AMPKK。轉化生長因子β-激活激酶1是絲裂原激活蛋白激酶家族成員之一，在HeLa細胞中轉化生長因子β-激活激酶1能夠激活AMPKα亞基的Thr-172位點[6]。共濟失調毛細血管擴張癥突變基因的研究相對比較少，胰島素樣生長因子1可通過共濟失調毛細血管擴張癥突變基因和肝激酶B1依賴途徑激活AMPK[7]。

3 AMPK在血管生成中的作用

血管生成是指在現有血管的基礎上形成新生血管的過程，正常的血管生成在胚胎發育過程的器官形成和傷口恢復的組織重塑中起重要作用。體內血管生成是一個嚴密調控的過程，其中血管內皮細胞在該過程中發揮著重要的作用，包括內皮祖細胞的分化、內皮細胞的遷移和管腔形成過程。在糖尿病患者體內可觀察到內皮祖細胞活性功能受損并伴隨有AMPK磷酸化的減少[8]。已有數據顯示，內皮細胞前列腺素E2與受體跨膜特定的G蛋白偶聯受體4結合后通過激活AMPK促使內皮祖細胞的分化、遷移和管腔形成[9]。然而，AMPK的激活能否影響循環祖細胞的血管形成目前尚不清楚，但已有研究發現AMPK的激活通過一氧化氮依賴性機制,促使內皮祖細胞向內皮細胞的分化、遷移和管腔形成過程[10]。

AMPKα亞單位有兩個亞型(α1和α2)，在內皮細胞中均可見兩個亞單位的表達并發揮不同的效應。盡管在許多細胞(如胰腺β細胞)中AMPK的持續激活可誘導細胞的凋亡，然而，在內皮細胞中，AMPK的兩個α亞型的激活均不能誘導細胞的凋亡[11]。已有研究證實，在頸動脈損傷的小鼠模型研究中AMPKα1的激活是咖啡因誘導的再內皮化的必備條件[12]；此外，AMPK的激活能通過對抗血管緊張素2引起的還原型煙酰胺腺嘌呤-2核苷酸磷的激活調節血管氧化還原平衡，并在維持血管內穩態方面起保護性作用[13]。同樣，在內皮細胞中，不同藥物，如促紅細胞生成素[14]和普伐他汀[15]均通過激活AMPK促進內皮細胞的增殖、遷移和管腔形成及增加缺血肢體的毛細血管密度。另一項研究也證實,瘦素能夠通過增加其受體的表達和誘導AMPK的磷酸化促進腦卒中發生后的神經修復和血管形成[16]。上述研究證明，AMPK是參與且促血管形成過程的一個重要的調控樞紐。

4 AMPK與多種參與內皮細胞的血管形成信號肽的關系

4.1AMPK與Akt的關系 Akt又稱蛋白激酶B，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細胞存活和凋亡中起重要的作用，在維持血管內穩態和血管形成過程中也發揮著重要的作用[17]。在新生小鼠的心肌細胞中，Akt負向調節AMPK的激活[18-19]，但在內皮細胞中，剪切力應激[20]可同時激活AMPK和Akt兩條信號通路，且兩者在血管形成過程中又發揮著協同作用。生理狀態下激活的AMPK可通過磷酸化內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)參與內皮細胞的血管形成過程，但其作用較弱，它的促血管形成效應在很大程度上是通過激活Akt來發揮作用的。然而在低氧應激狀態下，隨著缺氧時間的延長AMPK的促血管形成作用變得尤其重要，相比之下Akt信號肽在低氧狀態下發揮促血管作用已不明顯[21]。此外，激活的AMPK通過增加糖代謝、脂肪酸氧化和提高胰島素的敏感性而激活磷脂酰肌醇3-激酶-Akt信號通路來促進血管形成和生長因子的合成[22]。因此,AMPK和Akt兩條信號通路之間協同又拮抗的復雜關系值得進一步的探討和研究。

4.2AMPK與沉默信息調節因子1的關系 沉默信息調節因子1(silence information regulator type 1，SIRT1)是一種核蛋白，可通過與不同的非組蛋白相互作用參與眾多基因轉錄、細胞生長周期、能量代謝等體內許多生理功能的調節。此外，SIRT1還可以通過調控叉頭框O轉錄因子1參與內皮細胞的血管形成[23-24]。近年來SIRT1與AMPK兩信號肽間的相互關系引起了各科學術研究者的深切關注。已有研究證實，SIRT1與AMPK兩信號肽在不同組織和細胞中存在相互作用[25-27]。大量研究已表明，AMPK在內皮細胞的血管生成過程中亦發揮著不可或缺的作用[9,14-16]，然而SIRT1是否參與了AMPK的促血管形成作用或AMPK是否參與了SIRT1的促血管形成作用還有待于進一步研究和探討。

4.3AMPK與eNOS的關系 eNOS是調控血管功能的關鍵，它在調節內皮細胞的血管形成過程中也發揮著重要的作用[28-29]。大量研究顯示，AMPK位于eNOS的上游，它能激活eNOS的多個磷酸化位點，如1177和633兩個絲氨酸激活磷酸化位點[30,3]和495蘇氨酸抑制性磷酸化位點[30]。新近研究表明，在內皮細胞中，AMPK依賴性eNOS磷酸化在血管形成過程中發揮著重要的作用[31-32]，在eNOS基因剔除小鼠的內皮細胞中可觀察到剪切力刺激誘導的AMPK激活明顯被削弱[33]，由此可見eNOS的磷酸化是AMPK參與介導的血管形成過程的又一個重要靶點。

此外，AMPK還可通過調節上述信號通路參與血管形成：①能夠通過調控乙酰輔酶A羧化酶增加β脂肪酸氧化和ATP的產生為血管形成提供能量而促進血管形成過程。②在骨骼肌中長期訓練促進的AMPK介導的血管內皮生長因子的高表達有賴于過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活物1α的參與[34]。③通過增加β脂肪酸氧化和ATP的產生為血管形成提供能量而促進血管形成過程[35]。

5 結 語

目前，根據AMPK調控血管形成理論及其在生理病理血管生成過程中作用的探討，許多血管生成的激動劑和抑制劑已被應用于相關疾病的治療。但更詳細的生理生化機制以及在動物模型上的應用還需進一步研究。隨著對AMPK調控血管生成過程的深入研究將使其成為治療心血管系統疾病的潛在靶點，這對人類疾病的研究及診斷具有深遠意義。

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