AMPK信號通路在肝癌中的研究進展

景學芬 王翠峰 文榮

【摘要】 原發(fā)性肝癌發(fā)病率在全世界常見惡性腫瘤中位居第5位，死亡率位居第3位，其中90%以上的原發(fā)性肝癌屬肝細胞肝癌。AMPK信號通路是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白通路，是廣泛存在于哺乳動物體內(nèi)的一種能量調(diào)節(jié)器，通過促進分解代謝、抑制合成代謝來調(diào)控腫瘤細胞的生長代謝。有研究證實當AMPK在肝臟中頻繁發(fā)生異常表達及激活突變，其通過多種機制促進肝癌的發(fā)生發(fā)展，而且與肝癌的治療及預后密切相關。因此，AMPK信號通路可作為一個新的靶標，為肝癌的診斷和治療提供新的策略與思路。

【關鍵詞】 AMPK； 肝癌； 信號通路

【Abstract】 The incidence of primary liver cancer is the fifth most common malignancy over the world with the third highest mortality rate.More than 90% of primary liver cancer is hepatocellular carcinoma.AMPK signal pathway is a highly conserved serine/threonine protein pathway.It is an energy regulator that widely exists in mammals and regulates the growth and metabolism of tumor cells by promoting catabolism and inhibiting anabolism.Studies have shown that when AMPK is frequently expressed abnormally in the liver and activation of mutations，which through a variety of mechanisms to promote the occurrence and development of hepatocellular carcinoma，but also with the treatment and prognosis of hepatocellular carcinoma are closely related.Thus，AMPK signaling may become a potential target for treatment，providing new directions and strategies for HCC.

【Key words】 AMPK； Hepatocellular carcinoma； Signaling pathway

First-authors address： The First Affiliated Hospital of Baotou Medical College，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.20.037

惡性腫瘤是全球的公共健康問題，而原發(fā)性肝癌發(fā)病率在全球常見惡性腫瘤中位居第5位，死亡率排第3位[1]。從組織學劃分上，原發(fā)性肝癌可分為三種類型，分別為肝細胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）、膽管細胞肝癌和混合型肝癌，而其中肝細胞肝癌占了90%以上。流行病學調(diào)查顯示，HCC在不同的地區(qū)發(fā)病率有所不同，其中高發(fā)病率集中在東南亞和撒哈拉沙漠以南的非洲這些發(fā)展中國家，而發(fā)達國家的發(fā)病率相對較低，如北美、南美以及北歐這些國家。導致HCC的致病因素很多，其中病毒性肝炎引起HCC占絕大多數(shù)，此外脂肪肝、黃曲霉素、酗酒以及不潔水的長期飲用均是引起HCC的高危因素。由于HCC起病隱匿、發(fā)展速度快、惡性程度高且缺乏典型的臨床表現(xiàn)，導致多數(shù)患者在確診時已處于晚期，出現(xiàn)腫瘤的遠處轉(zhuǎn)移。肝癌一旦發(fā)生其他臟器的轉(zhuǎn)移則明顯影響預后，術后生存率也隨之降低，這是引起肝癌死亡的重要因素。因此，對肝癌發(fā)生、發(fā)展的早認識及有效治療成為新的挑戰(zhàn)。

AMPK廣泛存在于動植物體內(nèi)，是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸結合蛋白，其作為一種能量平衡器，在能量代謝調(diào)節(jié)方面起到關鍵性作用，而且對腫瘤細胞的生長、增殖、自噬、新生血管形成、侵襲轉(zhuǎn)移、應激反應和極性調(diào)控方面均具有重要意義。有研究顯示，AMPK的磷酸化和肝癌組織大小呈明顯負相關[2]。本文通過綜述AMPK信號通路在肝癌發(fā)生、發(fā)展過程中的作用機制，探討AMPK信號通路作為肝癌診斷、治療靶標的前景。

1 AMPK的結構及信號通路的調(diào)節(jié)

AMPK是廣泛存在于動植物體內(nèi)的重要蛋白激酶，它是由α、β和γ3個亞基組成的異源三聚體復合物[3]。這3個亞基共由7個基因編碼（α1，α2，β1，β2，γ1，γ2，γ3），不同的亞單位可以自由排列組合形成不同的AMPK三聚體，人體肝臟中AMPK復合體主要為α1β2γ1型。α亞基為催化亞基，β和γ亞基為調(diào)節(jié)亞基。α亞基由N末端Thr172催化結構域、C末端β和γ亞基結合域以及兩個區(qū)域中間的自抑制結構域（AID）組成，其中Thr172位點磷酸化是AMPK激活的標志。β亞基中N末端多個區(qū)域可以被豆蔻酰化和磷酸化，位于C末端和N末端之間的糖原結合域（CBM/GBM）可以結合糖原，抑制AMPK的活性，C末端的結構域主要起到鏈接α亞基和γ亞基的作用，β亞基對AMPK組裝和定位十分重要。γ亞基有

4個重復串聯(lián)的CBS序列構成的核苷酸結合位點，其中1和3位點主要結合ATP，當細胞處于能量下限時，ATP則會被AMP所替代，通過變構效應激活AMPK[4]。

AMPK是能量穩(wěn)態(tài)的中樞調(diào)節(jié)因子，它協(xié)調(diào)代謝途徑，從而平衡營養(yǎng)供應與能量需求。其上游靶點主要分子為肝激酶1（LKB1），是位于

19號染色體短臂上的腫瘤抑制基因，廣泛分布于人體多種組織中。Rowa等通過采用原位雜交技術對LKB1mRNA檢測的過程中發(fā)現(xiàn)，其表達很普遍，幾乎存在于所有的組織中，只是表達的強度有所不同。研究證實增殖越活躍的腫瘤組織，其表達可能越強。也有研究顯示，當LKB1在細胞中出現(xiàn)高表達時，在細胞核中的表達遠遠高于細胞質(zhì)，抑制腫瘤細胞生長的關鍵是位于細胞質(zhì)中的LKB1。AMPK是LKB1的唯一底物，其通過使AMPKα亞基Thr172磷酸化而激活AMPK，進而在控制和調(diào)節(jié)細胞能量代謝、細胞增殖、細胞凋亡和細胞極性中發(fā)揮作用。有研究表明，AICAR可誘導含有野生型LKB1的肺癌細胞凋亡，而當將LKB1敲除或者使其突變失活后，AICAR的腫瘤誘導作用明顯抑制，這可能與突變的LKB1喪失了激酶活性，從而失去了對細胞生長增殖的控制有關。這也進一步證實了LKB1對腫瘤負性調(diào)控的觀點。

AMPK的下游靶點雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是真核生物中高度保守的STK，其活性能夠被雷帕霉素抑制。mTOR主要通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)翻譯來控制細胞生長?；罨腁MPK可抑制mTOR的活性，抑制蛋白質(zhì)的合成翻譯，進而起到負性調(diào)控腫瘤生長的作用。

2 AMPK信號通路在肝癌中的研究

AMPK作為一種能量平衡器，在調(diào)節(jié)細胞能量代謝、氧化應激及自嗜方面發(fā)揮著重要作用，由于肝臟調(diào)節(jié)脂肪酸氧化和脂質(zhì)代謝的重要作用，AMPK與正常肝功能之間的聯(lián)系非常明顯，包括HCC在內(nèi)的肝臟疾病往往與代謝紊亂有關，LKB1和AMPK表達的喪失與不良預后相關。在肝切除術前采集的患者樣本中，低LKB1表達與腫瘤的嚴重程度和顯著更短的無病生存相關[5]。類似地，患者腫瘤中AMPK活性降低與侵襲性臨床表型和不良預后相關[6]。由此看來LKB1-AMPK途徑直接影響HCC細胞的增殖[2]。在肝癌治療方面的研究中，發(fā)現(xiàn)很多治療藥物藥效的發(fā)揮依賴于AMPK信號通路，這將會使AMPK有望成為新的分子靶標，改善肝癌的預后，提高生存率。

2.1 AMPK信號通路與肝癌發(fā)生的分子機制 肝臟是與消化、解毒、合成和儲存相關的最重要的器官之一，具有較高的能量代謝率，在糖代謝中發(fā)揮著重要作用，這正好為腫瘤的特殊能量代謝方式-有氧糖酵解（Warburg）提供了有利條件。AMPK維持肝癌細胞的能量代謝主要是通過促進葡萄糖的攝取利用以及抑制糖原的合成分解而完成的。葡萄糖在糖酵解過程中的關鍵酶為2，6-2磷酸果糖激酶（PFK-2），其合成需要6-磷酸果糖激酶2（iPFK-2）的參與，AMPK可以激活iPFK-2，使PFK-2的合成增加，從而促進糖酵解的進程，進而影響HCC的糖類代謝途徑。同時還發(fā)現(xiàn)，AMPK能抑制糖原合成，主要是抑制糖原合酶（GS）ser位點。研究顯示將腫瘤細胞中的AMPKα2敲除后，可以避免細胞GS活性的喪失[7]。同時，由于糖酵解的增加腫瘤細胞微環(huán)境中會產(chǎn)生大量的乳酸，酸性環(huán)境將為肝癌的轉(zhuǎn)移提供有利條件。

雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是位于AMPK信號通路的下游分子，其主要通過調(diào)節(jié)細胞蛋白質(zhì)的合成代謝而影響腫瘤細胞的生長、增殖，參與調(diào)節(jié)細胞的免疫及凋亡過程。研究發(fā)現(xiàn)，當細胞處于應激狀態(tài)時，細胞中的ATP分解增加合成減少，變構活化的AMPK通過抑制mTOR的活性可以降低細胞的能量消耗，進而保證腫瘤細胞的能量供應[8]。此外，蛋白質(zhì)的翻譯及延長與真核生物轉(zhuǎn)錄延伸因子2（eEF2）激酶的活性密切相關，AMPK可通過調(diào)節(jié)eEF2為腫瘤細胞提供能量儲備。mTOR在各種腫瘤的研究中已被證實是一種強的促癌分子，在生物生理病理功能調(diào)節(jié)中均具有重要作用，但對其研究只是停留在對下位靶基因編碼區(qū)RNA的研究，對非編碼區(qū)的RNA的調(diào)節(jié)表達的研究還不完善。最新研究表明在高表達m TOR或者GP73的肝癌細胞中，mTOR/miR-27a/GP73可影響肝癌細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移，miR-27a對于此類肝癌可能具有良好的治療效果，但其機制仍有待進一步的研究討論[9]。

2.2 AMPK與肝癌的發(fā)生、發(fā)展 乙型肝炎病毒（HBV）與丙型肝炎病毒（HCV）感染是引起我國肝癌發(fā)生的重要誘因，兩種肝炎病毒既可單獨作用也能協(xié)同效應[10]。主要是以協(xié)同方式激活膽固醇調(diào)節(jié)元件敏感信號通路、過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，調(diào)控脂類的合成和代謝，增強細胞由脂肪變性向癌的轉(zhuǎn)變。在此過程中，AMPK信號通路可通過降低甘油三酯（TG）在肝臟內(nèi)的堆積以及負性調(diào)控AMPK的磷酸化而抑制脂類的合成代謝，進而影響肝細胞脂肪變性及向肝癌的發(fā)展[11]。隨著人們生活質(zhì)量的提高，在我國因不良飲食習慣所致的非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）成為僅次于病毒性肝炎的第二大肝病[12]。研究發(fā)現(xiàn)脂肪性肝炎可直接進展為肝癌，而不依賴常規(guī)的肝炎-肝硬化-肝癌的發(fā)病模式[13]。有研究證實AMPK可降低脂肪酸合成或增加脂肪酸氧化，延緩NASH向肝癌的發(fā)展，其主要通過下調(diào)mTORC1、上調(diào)PPARα的表達以及抑制LXR的轉(zhuǎn)錄等途徑，進而實現(xiàn)多靶點調(diào)控NASH的病變程度[11]。最新研究表明，AMPK可能與脂肪肝及其相關性疾病所致的肝癌前病變相關，這為進一步探討脂肪肝性肝癌前病變發(fā)生發(fā)展的分子機制提供了新的思路[14]。在Cheng等[2]研究中，通過使用30個臨床組織樣本研究了HCC中AMPK活性的臨床病理學，包括細胞增殖、差異分級、腫瘤大小和微血管密度，發(fā)現(xiàn)HCC中的AMPK活性低于癌旁肝組織，AMPK活性與HCC細胞生長，腫瘤差異等級和腫瘤大小呈負相關，說明AMPK活性可能對HCC具有抑制作用。

惡性腫瘤細胞的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移以及凋亡均與機體的原癌基因的激活、抑癌基因的滅活以及能量代謝的異常密切相關。當細胞處于應急狀態(tài)或能量代謝異常時，隨著細胞微環(huán)境中酸性代謝物的增多，腫瘤細胞急易發(fā)生脫落及遠處轉(zhuǎn)移。而 AMPK 則可以通過調(diào)節(jié)抑癌基因的活性及糾正能量代謝紊亂來降低腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。P53基因參與腫瘤細胞血管形成、細胞周期調(diào)控以及癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，也有研究證實其與腫瘤的耐藥性也有一定關系。當細胞能量代謝失衡時，AMPK可通過磷酸化P53絲氨酸殘基而使其激活，活化的P53可通過負性調(diào)控mTOR通路中斷腫瘤的增殖，降低腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。Akt蛋白與腫瘤的轉(zhuǎn)移相關，而AMPK可以通過對Akt的調(diào)節(jié)來影響腫瘤的轉(zhuǎn)移，但其中的信號傳導關系非常復雜[15]。在長期服用化療藥物的肝癌患者中，促進腫瘤細胞凋亡的死亡受體CD95在耐藥的腫瘤細胞中可以被激活，通過誘導NF-kB的活化增加腫瘤的侵襲性，而AMPK家族中的SNARK可以通過調(diào)節(jié)CD95-NF-kB通路來影響的侵襲轉(zhuǎn)移[16]。同時AMPK也可通過影響金屬基質(zhì)蛋白酶（MMP）家族中的MMP-2和MMP-9蛋白來降低腫瘤細胞的侵襲性[17]。

2.3 AMPK與肝癌的靶向治療 隨著診斷技術的發(fā)展以及治療手段的多樣化，HCC治療由原來的外科治療變?yōu)榱思中g、放化療、移植、免疫靶向治療為一體的復合治療模式，其中靶向治療由于其特異性強、毒副作用弱等優(yōu)點成了近些學者研究的熱點。鑒于HCC病理特點，它的治療和預后主要取決于臨床分期，晚期肝癌的治療非常困難，極具挑戰(zhàn)性，實現(xiàn)腫瘤的早期診斷及治療顯得尤為重要。研究證實，AMPK信號通路不僅可影響腫瘤細胞的增殖、侵襲轉(zhuǎn)移，而且還具有抗腫瘤和逆轉(zhuǎn)腫瘤多重耐藥的作用。其中PI3K/AKT/mTOR信號通路的表達異常與HCC的肝內(nèi)轉(zhuǎn)移、血管浸潤和惡性程度密切相關。目前依賴PI3K/AKT/mTOR信號通路的肝癌靶向治療藥物，如Everolimus、CC-223等正在進行治療肝細胞癌的臨床試驗中。CTAB（一種納米材料合成中的打孔劑）通過依賴AMPK信號通道也可起到抗肝癌的作用。有研究表明黃連素及其他影響細胞內(nèi)能量代謝相關藥物均可通過以AMPK為靶點來起到抗腫瘤的作用[18]。目前，索拉非尼是臨床上唯一批準用于肝癌治療的分子靶向藥物，在使用的過程中仍存在一些問題，如可能造成嚴重的不良反應及沉重的經(jīng)濟負擔，因此特異的靶向藥物及個體化的用藥方案是后續(xù)藥物研發(fā)者們應該關注的地方。

3 展望

綜上所述，在腫瘤整個代謝過程中，AMPK扮演著重要的角色，它通過復雜而又精細的調(diào)控網(wǎng)絡，對腫瘤的發(fā)展及轉(zhuǎn)歸施以影響。但關于此信號通路在轉(zhuǎn)移性肝癌引起的惡性腹腔積液中的表達情況，以及在惡性腫瘤的不同組織分型中的表達的異同及其分子機制等，目前鮮見報道，筆者有關此方面的研究正在進行中。雖然AMPK信號通路在肝癌中許多調(diào)節(jié)機制仍不清楚，但隨著醫(yī)學診療技術的發(fā)展、診療手段的提高、對疾病研究的深入以及藥物研發(fā)的不斷投入，相信AMPK信號通路可以為肝癌的靶向治療藥物的開發(fā)提供新的方向和機遇，為肝癌的治療和預后提供新的策略與思路，最終使患者受益。

參考文獻

[1] Siege R L，Miller K D，Jemal A.Cancer statistics[J].CA Cancer J Clin，2015，65（1）：5-29.

[2] Cheng J，Huang T，Li Y，et al.AMP-activated protein kinase suppresses the in vitro and in vivo proliferation of hepatocellular carcinoma[J].PLoS One，2014，9（4）：e93256.

[3] Joungmok Kim，Goowon Yang，Yeji Kim，et al.AMPK activators： mechanisms of action and physiological activities[J].Exp Mol Med，2016，48（4）：e224.

[4] David Grahame Hardie，Sheng-Cai Lin.AMP-activated protein kinase-not just an energy sensor[J]F1000Res，2017，6：1724.

[5] Robin Willows，Matthew J.Sanders，Bing Xiao，et al.

Phosphorylation of AMPK by upstream kinases is required for activity in mammalian cells[J]Biochem，2017，474（17）：3059-3073.

[6] Ji Cheng，Tao Zhang，Hongbin Ji，et al.Functional characterization of AMP-activated protein kinase signaling in tumorigenesis[J]Biochim Biophys Acta，2016，1866（2）：232-251.

[7] Ha J，Guan K L，Kim J.AMPK and autophagy in glucose/glycogen metabolism[J].Mol Aspects Med，2015，46：46-62.

[8]康紅剛，張靜，王彥文，等.mTOR抑制劑聯(lián)合阿霉素在肝癌細胞株對化療藥物協(xié)同增敏中的作用研究[J].癌癥進展，2017，15（8）：883-885，893.

[9]蓋曉晨，湯步富，劉芳銘，等.mTOR負調(diào)控miR-27a并通過靶向降低GP73抑制人肝癌細胞侵襲[J].基礎醫(yī)學與臨床，2017（7）：1015-1016.

[10] de Martel C，Maucort-Boulch D，Plummer M，et al.World-wide relative contribution of hepatitis B and C viruses in hepatocellular carcinoma[J].Hepatology，2015，62（4）：1190-1200.

[11] Zheng L，Yang W，Wu F，et al.Prognostic significance of AMPK activation and therapeutic effects of metformin in hepatocellular carcinoma[J].Clin Cancer Res，2013，19（19）：5372-5380.

[12] Rinella M E.Nonalcoholic fatty liver disease：a systematic review[J].JAMA，2015，313（22）：2263-2273.

[13] Guzman G，Brunt E M，Petrovic L M，et al.Does nonalcoholic fatty liver disease predispose patients to hepatocellular carcinoma in the absence of cirrhosis？[J].Arch Pathol Lab Med，2008，132（11）：1761-1766.

[14]王蕓姣，韓文祺，李若菲，等.AMPK參與調(diào)節(jié)大鼠脂肪肝相關性肝癌前病變的形成[J].首都醫(yī)科大學學報，2016，37（2）：208-213.

[15] Fran?ois Fabi，Kathy Grenier，Sophie Parent，et al.Regulation of the PI3K/Akt pathway during decidualization of endometrial stromal cells[J]PLoS One，2017，12（5）：e0177387.

[16] Meng Wei，Jiaming Liu，Mengchuan Xu，et al.Divergent Effects of Arsenic on NF-κB Signaling in Different Cells or Tissues：A Systematic Review and Meta-Analysis[J]Environ Res Public Health，2016，13（2）：163.

[17] Ong C W M，Elkington P T，Brilha S，et al.Neutrophil-derived MMP-8 drives AMPK-dependent matrix destruction in human pulmonary tuberculosis[J].PLoS Pathog，2015，11（5）：e1004917.

[18]潘悅. 基于以AMPK為靶點的藥物抗肝癌和抗乳腺癌多藥耐藥作用及其機制探討[D].長春：吉林大學，2017.

（收稿日期：2018-03-01） （本文編輯：程旭然）