AMPK在保護血管功能中研究進展*

張 洋，王 利，曹愛麗，陳駿良，彭 文，王 浩

AMPK是調節糖、脂肪和蛋白質代謝、維持細胞能量穩態的關鍵代謝調節酶[1]。一些研究表明在遺傳性肥胖動物模型和人類血管疾病中均存在AMPK的調節異常[2]。雖然目前AMPK的調節異常與血管疾病之間的機制并不是非常清楚，但是AMPK已成為治療血管相關疾病的重要靶點之一。因此筆者就AMPK在血管疾病中作用及機制的研究進展做一綜述。

1 AMPK的結構

AMPK是異源三聚體的蛋白復合物，由具有催化作用的α亞基和具有調節作用的β和γ亞基組成。每個亞基有 2 到 3 種異構體（α1，α2，β1，β2，γ1，γ2，γ3）。AMPK的 α 亞基由一個 N端催化酶區域和一個C端調節區域組成[3]。N端是催化核心部位，N端Thr172位點的磷酸化被認為是AMPK激活的標志，這個位點的突變可以使AMPK激酶活性喪失[4]。α1亞基的C端由一個自抑制區域和與β和γ亞基相結合的區域組成[5]。β亞基由一個與α亞基聯系的C端區域[6]和一個糖原結合的中心區域組成[7]。γ亞基由一個β亞基結合域和4個胱硫醚β-合成酶（CBS）串聯重復序列組成的兩個“貝特曼域”（bateman domain）組成[8]。在脂肪組織和內皮細胞中，最主要的催化亞基亞型是α1，α2催化亞基主要在骨骼肌和心肌中發現[9]。β1亞基廣泛表達，β2亞基主要在骨骼肌和心臟表達。γ3亞基在糖酵解骨骼肌中出現特定的表達，而γ1和γ2則表現出廣泛的組織分布特點[10]。

2 AMPK的激活

在動物實驗中，AMPK的激活能夠降低肥胖的風險和糖尿病相關的比如胰島素抵抗，代謝綜合征和動脈粥樣硬化性心血管疾病發生率[11]。不同的實驗方法顯示血管內皮的AMPK可被不同的AMPK激酶激活，包括肝激酶B1（LKB1），激活鈣調素依賴蛋白激酶的激酶（CaMKKβ）和轉化生長因子β激酶（TAK1）[12]。一些學者提出Sirt1是AMPK的激動劑，同時也是在AMPK-Sirt1循環產生效果的媒介[2]。Sirt1是高度保守的NAD（+）依賴的脫乙酰酶，在代謝調節中非常重要。細胞內NAD（+）水平的改變反應了細胞能量狀態，同時也調節Sirt1的激活來確保細胞能量需求[13]。剪切力誘導Sirt1表達和內皮細胞AMPK的激活和一氧化氮（NO）的有效性的提高，這表明這兩種蛋白可能共同調節血管功能[14]。除此之外，有規律的運動能夠改善NO生物利用度，氧化還原平衡以及血脂水平，從而產生保護血管功能，這效果部分是通過細胞內Sirt1和AMPK通路[15]。Chen X等[16]也發現長期運動的小鼠能夠促進血管舒張和增加內皮型一氧化氮合酶（eNOS）的表達和磷酸化，并且伴隨AMPKα2表達的增加，表明了AMPKα2在運動相關的保護血管中扮演了重要角色。通過熱量限制來激活AMPK緩解了多種代謝和年齡相關的并發癥，比如增加胰島素敏感性來減輕葡萄糖調節損傷[17]。雖然生活方式的干涉應當是預防肥胖引發的心血管疾病的第一選擇，但是同樣也有許多激活AMPK的藥物，比如AICAR，二甲雙胍，噻唑烷二酮和他汀類[12]。

3 AMPK保護血管

3.1 AMPK與血管內皮 血管內皮通過合成和釋放血管活性物質來調節血管的張力，引起血管收縮或者舒張。內皮源性NO是調節血管功能、刺激血管平滑肌舒張、白細胞黏附、血小板聚集、平滑肌細胞增殖和遷移相關的病理性血管重塑和動脈粥樣硬化的關鍵分子[18]。在培養的內皮細胞中，AMPK通過Ser1177和Ser633位點激活eNOS磷酸化，因此增加NO的釋放來引起血管舒張[19]。Fang Han等[20]在高脂飲食誘導的肥胖小鼠中，由肌細胞分泌的鳶尾素可以通過AMPK-eNOS通路來增加eNOS的表達，增加NO的產量，從而提高內皮功能，并且在人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）中也證實了這一現象，說明了eNOS是AMPK的一個靶點。Xing SS等[21]在研究紅景天苷抗動脈粥樣硬化作用時，發現了它是通過線粒體去極化和激活AMPK/PI3K/AKT/eNOS通路來發揮作用。AMPK還可以通過調節氧化過程中來發揮保護血管的作用。在內皮細胞中，有許多通過降低NADPH氧化酶和線粒體呼吸鏈活性來降低活性氧類來減少氧化應激的AMPK依賴型的機制[22]。HUM等[23]證實了在糖尿病小鼠和高糖刺激下的HUVECs中，白藜蘆醇能夠激活AMPK來抑制氧化應激從而阻止內皮功能障礙。另外AMPK也可以調節血管生成，二甲雙胍可以激活AMPK/eNOS通路來改善內皮祖細胞的血管生成功能，從而保護血管[24]。所以可以通過AMPK的激活，不僅可以增加eNOS的磷酸化水平，還可以減少氧化應激和提高內皮祖細胞功能。

3.2 AMPK與血管平滑肌 許多報道已證實AMPK在平滑肌中調節血管張力的重要性以及AMPK功能異常可能會導致血管病變的發生，包括高血壓，動脈粥樣硬化和內皮功能障礙等[25]。AMPK抑制血管平滑肌細胞（VSMC）增殖是其發揮作用的一個重要方面。Song Y等[26]證實AMPK激活抑制了雷帕霉素靶蛋白（mTOR）活性從而抑制了肺動脈平滑肌細胞增殖，這在預防和治療肺動脈高壓存在潛在價值。除此以外，AMPK也可以通過減少TGF-β介導的增生來抑制VSMC增殖[27]。最近有文獻報道通過脂聯素激活AMPK減少了成骨細胞分化和血管平滑肌的鈣化[28]。另外，用二甲雙胍激活大鼠主動脈平滑肌AMPK后，通過AMPK-eNOS-NO通路可以防止血管鈣化[29]。除此以外，AMPK可以直接作用在血管平滑肌引起血管舒張。Schneider H等[30]證實了AMPK可以通過激活內質網鈣泵和大電導鈣通道來舒張阻力血管。這代表了一個有效的舒張阻力血管的途徑。因此AMPK的激活，不僅可以抑制VSMC的增殖和鈣化，還可以直接舒張血管。所以AMPK的激活在血管平滑肌亦可以產生保護血管的作用。目前對血管平滑肌功能的研究明顯少于內皮，隨著以后更加深入的研究，可能為保護血管功能提供新的靶點。

4 AMPK與中醫藥

近幾年來運用中醫藥在疾病的治療和預防的研究上取得很多進展，在保護血管功能方面也有許多重要的研究成果。姜黃素是中藥姜黃中的重要成分，用姜黃素干預高糖刺激的HUVECs后，發現它能顯著降低高糖引起的血管內皮細胞活性氧水平以及增加內皮細胞eNOS的磷酸化。并且通過Western blotting結果表明，它能顯著增加p-AMPK的表達。說明了姜黃素可以通過激活AMPK/eNOS通路來保護血管功能[31]。芍藥醇是中藥芍藥的提取物，Choy KW等發現它可以通過AMPK/PPARδ通路改善衣霉素引起的小鼠主動脈和HUVECs內質網應激和氧化應激[32]。宋杰等[33]從黃芪中提取黃芪多糖，發現黃芪多糖能夠通過AMPK-eNONs通路保護游離脂肪酸誘導的內皮細胞損傷。周慧等[34]使用黃連中主要有效成分的小檗堿來研究對人主動脈內皮細胞的保護作用。他們發現小檗堿可以通過AMPK/eNOS信號通路，改善油酸導致的人主動脈內皮細胞損傷。小檗堿還有抗炎作用，Liu SJ等發現小檗堿能夠通過AMPK通路改善TNF-α引起的炎癥反應，從而保護血管[35]。除了上文提到的白藜蘆醇可以激活內皮細胞AMPK來保護內皮功能外，郜攀等[36]還發現白藜蘆醇可以抑制血管緊張素Ⅱ引起的血管平滑肌細胞增殖，而且其機制與AMPK的通路激活有關。另外，Zhou DY等[37]用高糖孵育的HUVECs，通過加入白藜蘆醇以及AMPK的抑制劑Compound C，發現白藜蘆醇可以顯著提高高糖孵育的細胞存活率和過氧化物歧化酶水平，這種有益的效果能被Compound C剝奪，證明了白藜蘆醇可以通過AMPK來改善高糖刺激后的細胞狀態。除了中藥單體外，王縣委等[38]研究發現黃連解毒湯可能通過AMPK對炎癥損傷的內皮細胞起保護作用。任單單等[39]通過不同時期用抵擋湯干預，研究糖尿病大鼠血管內皮AMPK信號通路的變化，發現抵擋湯早期干預可以通過調節AMPK通路，加強血管內皮細胞線粒體的能量代謝，從而起到保護血管內皮的功能。

5 結語

綜上所述，可以明顯的看到AMPK相關通路在血管功能方面具有預防和保護作用。隨著人們生活水平的提高，高血壓、高血糖、高血脂以及肥胖等已經成為嚴重危害人類健康的危險因素。而且目前研究發現這些危險因素大多與血管功能的損傷密切相關。如果可以在早期通過干預AMPK相關通路，延緩血管損傷的進展，就可以有效的延緩疾病的發生發展。目前的研究已經為AMPK通路作為治療疾病靶點的可能性提供了可行性，而且在中醫藥的寶庫里還有許多藥物的作用等待挖掘。雖然現在對AMPK的研究很多，但大部分都未涉及到藥物作用的機制方面，如果能夠更清楚的了解AMPK作用的機制，那對于以后的臨床應用會有很大的意義。

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