腺苷酸活化蛋白激酶在腫瘤中的研究進展△

章元 綜述,訾富明 審校

1南昌大學第二附屬醫院血液科,南昌330006

2南昌大學江西醫學院臨床醫學系,南昌330006

3南昌大學血液病研究所,南昌330006

4江西省血液病重點實驗室,南昌3300060

目前,大部分腫瘤仍是較難治愈的疾病,嚴重威脅著人類的健康和生命.腫瘤的發生、發展是一個多因素、多步驟、多階段的復雜過程,涉及腫瘤的過度生長、免疫逃逸、化療耐受、侵襲和轉移等多個方面.隨著對腫瘤的深入研究,2011年,Hanahan和Weinberg[1]更新了腫瘤的特征,在原有的6個基本特征的基礎上,提出了腫瘤的十大特征,其中一個新增的特征為腫瘤細胞能量代謝的重編程[2].正常細胞在有氧條件下利用葡萄糖進行糖酵解反應,從而生成丙酮酸,然后進入線粒體,通過三羧酸循環產生腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP);然而在大多數腫瘤細胞中,葡萄糖代謝發生異常,即使在有氧條件下,腫瘤細胞也優先通過糖酵解途徑分解葡萄糖獲取能量,并產生大量的乳酸,而非進入線粒體進行氧化磷酸化產生ATP,這種異常的代謝方式稱為"有氧糖酵解",即"Warburg效應"[3-4].基于腫瘤細胞與正常細胞代謝方式的不同,調控代謝成為治療腫瘤的方法之一.

細胞能量的代謝改變受多種復雜因素的調控.腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase,AMPK)是一種進化過程中高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(serine/threonine protein kinase,STPK),廣泛存在于真核細胞生物中,因其可以被腺苷一磷酸(adenosine monophosphate,AMP)變構激活而被命名為AMPK[5].AMPK在調控細胞的能量代謝平衡中起著極其重要的作用[3,6].有研究發現,AMPK在糖代謝、脂肪代謝、蛋白質代謝、衰老、肥胖、心血管疾病、缺血再灌注損傷、神經系統疾病及腫瘤中發揮著重要的作用[5-7].AMPK對細胞內AMP/ATP的比值敏感,任何導致AMP升高或AMP降低的因素均能夠激活AMPK,活化的AMPK可以作用于多種下游底物,抑制蛋白質、脂肪和糖的合成,促進分解代謝.有研究發現,AMPK參與腫瘤自噬[8].AMPK被認為是正常細胞向惡性細胞轉化的代謝開關[8-9].本文主要對AMPK在腫瘤中的作用作一綜述.

1 AMPK的結構

AMPK是哺乳動物細胞中的STPK,其最初被發現時是源于它能夠滅活脂肪代謝和膽固醇合成過程中的兩個關鍵酶,即乙酰輔酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase,ACC)和3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)[10].AMPK是由α、β和γ三個亞單位構成的異源三聚體[11].α亞單位的N端是AMPK活性的核心部位,含有STK催化區域;β亞基含有碳水化合物結合模塊(carbohydratebinding module,CBM)和β-羧基末端結構域(β-carboxy-terminal domain,β-CTD);γ亞基單位的末端含有與β-CTD結合的氨基末端區和4個被稱為胱硫醚-β-合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)結構域的串聯重復序列,4個CBS串聯重復序列為AMP、腺苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)、ATP提供3個結合位點[10].體內引起AMP與ATP比值升高的因素以及模擬AMP的分子均可以激活AMPK,如二甲雙胍、苯乙雙胍、小檗堿、姜黃素、白藜蘆醇、5-氨基咪唑-4-甲酰氨-1核糖核苷(5-aminoimidazole-4-carboxamide-1 ribonucleoside,AICAR)、2-脫氧葡萄糖(2-deoxyglucose,2DG)及表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate,EGCG)等[12-14].

2 AMPK的上游激酶

2.1 肝激酶 B 1

人肝激酶B1(liver kinase B1,LKB1)也稱STK11,是從多發性息肉綜合征(peutz-jegher syndrome,PJS)患者中發現的一種抑癌基因,定位于19p13.3區域[15].PJS患者存在LKB1的基因缺陷,易發生多種腫瘤[16].LKB1被認為是AMPK上游的主要激酶,能夠通過磷酸化AMPK(phosphopAMPK)的Thr172位點而活化AMPK[17].LKB1基因突變已在多種腫瘤中被發現,如消化道腫瘤、乳腺癌、肺癌、前列腺癌和惡性黑色素瘤等[18].

Hawley等[19]研究發現,在LKB1表達缺失的HeLa細胞中,雖然存在AMPK的表達,但應用AICAR及二甲雙胍并不能夠激活AMPK,而導入野生型LKB1基因并重新穩定表達LKB1后,可以觀察到被激活的AMPK.同樣有研究發現,在纖維肉瘤細胞HT1080及LKB1野生型小鼠胚胎成纖維細胞(mouse embryonic fibroblast,MEF)中,應用AICAR和苯乙雙胍能夠激活AMPK,但在LKB1缺陷型MEF中,AMPK未被激活;將野生型LKB1基因導入上述細胞后,再給予AICAR和苯乙雙胍進行處理,可以觀察到活化的AMPK[20].Zhong等[21]應用2DG處理LKB1野生型非小細胞肺癌細胞系H1299及H1792后能夠激活AMPK,而在LKB1基因突變的非小細胞肺癌細胞系A549及H460中未觀察到活化的AMPK,提示AMPK的激活依賴于LKB1的表達.

2.2 鈣調蛋白依賴的蛋白激酶

除LKB1外,鈣調蛋白依賴的蛋白激酶(calmodulin-dependent protein kinase kinase,CaMKK)同樣能夠磷酸化Thr172位點從而激活AMPK[22].與LKB1不同,CaMKK激活AMPK不依賴于AMP,而主要通過感知細胞內鈣離子的水平激活AMPK[23].瘦素、凝血酶、腎上腺素等與G蛋白偶聯受體的結合能夠促進鈣離子釋放,從而激活AMPK[24].研究發現,在LKB1突變的非小細胞肺癌細胞株中,利用蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)抑制藥能夠通過依賴CaMKK而非依賴LKB1或AKT的方式激活AMPK,從而抑制雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,MTOR)[25].在腫瘤細胞中,CaMKK/AMPK的下調是否與MTOR的激活有關目前仍不清楚.在LKB1缺失的情況下,激活AMPK能夠通過活化CaMKK2導致細胞周期阻滯于G1期,重新表達LKB1可以使細胞周期阻滯得到恢復[26].

除了LKB1、AMP及CaMKK調控AMPK外,最近的研究發現,線粒體活性氧(mitochondrial reactive oxygen species,mROS)作為非經典的AMPK激活劑,可偶聯AMPK參與線粒體的穩態及細胞代謝;線粒體代謝產生活性氧類(reactive oxygen species,ROS)物質,作為AMPK的生理性激活劑,可激活AMPK;激活的AMPK依賴過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α,PGC-1α)發揮抗氧化反應,限制線粒體產生ROS物質;因此,利用siRNA敲除AMPK的鼠胚胎成纖維細胞,其mROS水平升高,細胞發生過早衰老[27].

3 AMPK的下游作用蛋白

AMPK在三大物質代謝等中發揮著非常重要的作用,因此,與AMPK相關的下游作用蛋白較多[12].在腫瘤中,AMPK的下游靶蛋白主要為MTOR[28].MTOR是真核生物中高度保守的STK,能夠調控腫瘤細胞的生長、增殖、蛋白合成及周期[20].MTOR存在于兩種不同的復合體中,即MTOR復合體1(MTOR complex 1,MTORC1)和MTOR復合體2(MTOR complex 2,MTORC2).MTORC1由MTOR、Raptor、Deptor、mLST8和 PRAS40構成,MTORC2 由 MTOR、Rictor、Deptor、Protor、mLST8和mSIN1構成[29].MTOR能夠磷酸化激活S6核糖體蛋白激酶(S6 ribosomal protein kinase,S6K)及真核生物翻譯起始因子4E結合蛋白1(eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1,4EBP1),從而釋放真核生物翻譯起始因子4E(eukaryotic translation initiation factor 4E,eIF4E),促進cyclin D1、c-myc等轉錄、翻譯,導致細胞增殖、存活等[29-30].

AMPK能夠通過兩種方式抑制MTOR信號:一種方式是直接磷酸化結節硬化復合物(tuberous sclerosis complex 2,TSC2)上的第1345位蘇氨酸,激活TSC1/TSC2復合物,該復合物通過抑制Rheb的活性間接抑制MTOR的活性[31];另一種方式是直接磷酸化與MTOR結合的Raptor上的722位和792位絲氨酸殘基,從而通過滅活Raptor抑制MTOR的活性[32].AMPK受上游LKB1等的調節,激活的AMPK可通過依賴TSC2和非依賴TSC2的方式抑制MTOR,從而抑制細胞轉錄、增殖.

4 AMPK在腫瘤中的作用

AMPK與腫瘤發生、發展的關系逐漸被認識[19].既往有研究認為激活AMPK可以抑制腫瘤細胞的增殖,但隨著研究的逐漸深入,有研究顯示激活AMPK可以促進腫瘤細胞的存活[33-34].目前,有關AMPK在腫瘤中的作用仍存在爭議,AMPK到底是抑制腫瘤生長還是促進腫瘤生長仍需要進一步深入研究[6,35].

4.1 AMPK的抗腫瘤作用

4.1.1 乳腺癌Hadad等[36]研究發現,乳腺癌組織中AMPK的表達與組織學分級及淋巴結轉移呈負相關.體外實驗發現,二甲雙胍能夠通過激活AMPK、下調cyclin D1等抑制乳腺癌細胞的增殖,而利用siRNA敲除AMPK則能夠保護二甲雙胍誘導的生長抑制作用[37-38].在三陰性乳腺癌中,激活AMPK可以抑制乳腺癌細胞的增殖,而抑制AMPK的活性則可以促進乳腺癌的發生[39-40].利用組織微陣列技術和免疫組織化學法比較AMPK在乳腺癌、纖維腺瘤及正常乳腺組織中的表達情況,結果顯示,乳腺癌組織中AMPK的表達水平降低,且與血管侵犯、疾病復發有關[41].亦有研究發現,乳腺癌組織中葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glucose-6-phoshate dehydrogenase,G-6-PD)的水平有所升高,而抑制G-6-PD后可激活AMPK,從而發揮抗腫瘤的作用[42].以上結果均表明AMPK在乳腺癌組織中發揮了抗腫瘤的作用,因此,應用二甲雙胍激活AMPK成為治療乳腺癌的選擇之一[43].

4.1.2 消化系統腫瘤 在肝癌中,Zheng等[44]研究發現,在肝細胞癌(hepatocellular carcnoma,HCC)組織中,pAMPK的表達水平過低易發生腫瘤轉移,提示預后不良,高表達pAMPK的患者具有較長的生存時間;加用二甲雙胍能夠激活AMPK通路,抑制核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的活性,從而抑制HCC細胞的增殖,siRNA敲除AMPK能夠減弱二甲雙胍對HCC生長的抑制作用.同樣有研究發現,安卓奎諾爾、大麻素和防己醇靈堿能夠通過激活AMPK相關信號通路、誘導細胞周期阻滯于G1期、促進腫瘤細胞凋亡、誘導自噬等途徑抑制HCC細胞的生長[45-47].有研究發現,在肝癌組織中,乙醛脫氫酶-2(aldehydedehydrogenase,ALDH2)的表達下調,然而重新表達ALDH2后,可激活AMPK通路,從而發揮抗腫瘤的作用[48].Hwang等[49]應用EGCG處理結腸癌細胞株HT-29能夠激活AMPK,抑制環氧化酶-2的表達,從而抑制腫瘤細胞的增殖.同時有研究發現,利用白藜蘆醇處理HT-29細胞能夠誘導細胞內ROS的產生及AMPK的激活,從而促進HT-29細胞的凋亡[50].肥胖和胰島素抵抗與腫瘤的發生、發展具有一定的關系,肥胖和胰島素抵抗患者的血清脂聯素水平較低,有研究發現,應用脂聯素能夠激活AMPK,抑制MTOR的表達,從而抑制結腸癌HT-29細胞及前列腺癌PC-3細胞的增殖[51].研究發現,醛糖還原酶(aldose reductase,AR)抑制藥可通過調控Nrf2/HO-1/AMPK/p53通路和減少線粒體DNA的損傷預防結腸癌的發生[52].

4.1.3 肺癌Carretero等[53]研究發現,在葡萄糖剝奪的情況下,AICAR可誘導LKB1野生型肺癌細胞株死亡,而不能誘導LKB1突變型肺癌細胞株死亡,這與Zhong等[21]的研究結果類似.Jin等[54]研究發現,應用魚藤素激活AMPK能夠下調survivin的表達,從而抑制肺癌細胞的增殖.Storozhuk等[55]利用二甲雙胍激活AMPK,增加肺癌的放療敏感性.

4.1.4 泌尿生殖系統腫瘤 在卵巢癌中,研究發現,AMPK的表達與腫瘤的分級及不良預后呈負相關[56].Gotlieb等[57]通過體外實驗發現,二甲雙胍能夠激活AMPK,從而下調S6K的表達,誘導卵巢癌細胞凋亡,加用AMPK抑制藥Compound C可抑制二甲雙胍對卵巢癌細胞的作用.Rattan等[58]研究發現,使用二甲雙胍處理卵巢癌細胞后,pAMPK的表達水平增加,MTOR的磷酸化水平下降,且順鉑對卵巢癌細胞增殖的抑制作用增強.同樣,在子宮內膜癌中,二甲雙胍能夠通過激活AMPK抑制MTOR的表達及激活AMPK-FOXO1信號通路等途徑發揮抗腫瘤的作用,且與紫杉醇存在協同作用[59-60].Zhou等[61]研究發現,在前列腺癌中,突變前列腺癌細胞株C4-2的AMPK基因或者利用shRNA敲除AMPK,能夠下調p53、p21的表達以及上調S6K、IGF-1、IGF-1R的表達,從而促進前列腺癌細胞的增殖、侵襲和轉移,利用AICAR激活AMPK能夠逆轉上述過程.研究發現,二甲雙胍能夠通過激活AMPK誘導前列腺癌細胞、卵巢癌細胞組蛋白及非蛋白發生乙酰化從而發揮抗腫瘤的作用[62-63].Zheng等[64]利用熊果酸激活AMPK伴隨c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)的活化及MTOR的下調,最終下調survivn的表達,誘導人膀胱癌細胞株T-24細胞凋亡.利用AICAR處理HTB2、HT1376膀胱癌細胞,可激活AMPK,上調p27蛋白的表達,導致G1期阻滯,進而抑制腫瘤細胞增殖,該過程主要由AMPKα2起作用,且AMPKα2介導的p27蛋白調控主要依賴于S期激酶相關蛋白2(S-phase kinase-associated protein 2,SKP2)的調控[65].最近的一項研究發現,膀胱癌細胞中存在PKM2的過表達,下調PKM2的表達能夠激活AMPK并能夠加速吡柔比星誘導的凋亡,并與二甲雙胍存在協同作用[66].

4.1.5 其他實體腫瘤 除上述腫瘤外,應用二甲雙胍或AICAR能夠通過激活AMPK抑制其他實體腫瘤如黑色素瘤、甲狀腺癌、膠質母細胞瘤等腫瘤細胞的增殖[67-69].在髓母細胞瘤中,AMPK與Hedgehog信號通路有關,AMPK的激活能夠使Hedgehog轉錄激活因子GLI1發生磷酸化,并抑制Hedgehog的活性,從而抑制集落的形成和腫瘤的生長[70].

4.1.6 血液系統腫瘤2003年,Campàs等[71]首次提出應用AMPK激活劑治療血液系統疾病.Sengupta等[72]在兒童急性淋巴細胞白血病(acute lymphoblastic leukemia,ALL)患者中應用AICAR抑制ALL細胞的增殖,誘導ALL細胞的凋亡,其主要機制為通過激活AMPK促進p27、p53的表達;同時,AICAR和雷帕霉素聯合應用具有協同抑制ALL細胞增殖的作用.Vakana等[73]研究發現,應用AMPK激活藥AICAR或二甲雙胍可誘導費城染色體陽性的ALL細胞(伊馬替尼敏感細胞株-BV173細胞及伊馬替尼耐藥的T315I突變細胞株-BV173R細胞)凋亡.同樣,在急性髓細胞白血病(acute myeloid leukemia,AML)中,Green等[74]研究發現,應用二甲雙胍或AICAR能夠激活LKB1和AMPK,從而抑制MTOR的活性,發揮抗AML的作用.Drakos等[75]發現,在套細胞淋巴瘤(mantle cell lymphoma,MCL)中,小鼠雙微蛋白2(murine double minute 2,MDM2)拮抗劑Nutlin-3a通過AMPK激活p53阻斷AKT/MTOR通路,誘導細胞凋亡,并使細胞周期阻滯于G1/S期.Shi等[76]研究發現,淋巴瘤患者存在因AMPK失活導致的MTOR過度活化現象,應用二甲雙胍激活AMPK能夠抑制淋巴瘤細胞的增殖,誘導自噬.研究發現,AMPKβ1與p53基因共同缺失的小鼠更易發生T細胞淋巴瘤[77].在多發性骨髓瘤中,應用AICAR或漆黃素激活AMPK能夠抑制骨髓瘤細胞的增殖,該抑制作用可被Compound C逆轉[78-79].Sook等[80]研究發現,β-谷甾醇通過ROS物質介導AMPK及c-Jun活化,誘導骨髓瘤細胞株U266凋亡.骨髓瘤患者的脂聯素水平低,應用脂聯素可激活蛋白激酶A(protein kinase A,PKA),導致AKT活性的降低、AMPK的活性增加,抑制ACC從而發揮抗腫瘤的作用[81].

研究發現,泛素偶聯酶E2O(ubiquitin-conjugating enzyme E2O,UBE2O)在多種腫瘤中表達,可泛素化降解AMPKα2,從而激活雷帕霉素靶蛋白/缺氧誘導因子-1α(MTOR/hypoxia inducible factor 1α,MTOR/HIF-1α)通路,導致腫瘤的發生、發展;抑制UBE2O則能夠恢復AMPKα2的功能,抑制腫瘤的發生,說明AMPKα2可能為抑癌基因[82].一項納入21項回顧性研究的Meta分析顯示,AMPK高表達的腫瘤患者預后較好,其3年、5年、10年的總生存率及無進展生存率比較,差異均有統計學意義(P<0.05)[83].但AMPK的檢測方法不同,且AMPK表達水平的高低缺乏統一的標準,尚需通過更嚴格的研究來觀察AMPK的表達與預后的關系.

綜上所述,激活AMPK發揮抗腫瘤作用主要通過阻斷MTORC1信號通路,抑制AKT信號,阻斷Hedgehog信號途徑,上調腫瘤抑制基因Foxo3a及p53.但AMPK的激活是否為伴隨變化或化療壓力下的應激而短暫激活尚未得知,隨著化療壓力的加大,當腫瘤細胞不足以抵抗壓力而發生凋亡時,AMPK激活是否轉而受到抑制尚不清楚,或當腫瘤細胞足以抵抗化療而發生耐藥時,AMPK是否進一步激活尚需深入探討.

5 AMPK的促進腫瘤作用

AMPK不僅具有抗腫瘤的作用,還具有促進腫瘤發生的作用[35,84].研究發現,在乳腺癌中,低氧微環境下培養乳腺癌MCF-7細胞,可使AMPK發生活化,小檗堿通過抑制AMPK-HIF-1α的活性逆轉乳腺癌缺氧誘導的化療耐藥,說明AMPK可以保護乳腺癌細胞免受化療誘導的凋亡[85].Duong等[86]發現,在胰腺癌中,化合物C(BML-275)能夠抑制AMPK的活性,促進細胞內ROS的產生及DNA的損傷,誘導細胞的凋亡.Kato等[87]發現,在營養剝奪的情況下,肝癌細胞株在48 h內死亡,而胰腺癌細胞株可存活48 h以上,推測這種對能量剝奪的耐受情況可能與細胞內AMPK的水平有關,胰腺癌細胞株PANC-1、AsPC-1敲除AMPK后,能夠降低該細胞株對能量剝奪的耐受,同時,敲除AMPK后,PANC-1細胞的裸鼠成瘤能力減弱.Kim等[88]在卵巢癌細胞株SKOV3中發現,應用溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)激活AMPK后,能夠促進卵巢癌細胞的遷移,在異種移植小鼠模型中發現,敲除AMPK能夠減少卵巢癌細胞的擴散及肺部轉移.Park等[89]發現,在前列腺癌患者的組織以及前列腺癌細胞株(雄激素敏感細胞株LNCaP以及雄激素非依賴細胞株LNCaP C4-2B、CWR22Rv1、DU-145和PC-3)中,AMPK過表達,且伴隨著磷酸化ACC的升高;利用siRNA及化合物C抑制AMPK則能夠抑制前列腺癌細胞的增殖,促進其凋亡,使細胞周期阻滯于G1期.Frigo等[90]采用微陣列技術發現,前列腺癌細胞中存在CaMKKβ的高表達,細胞實驗發現,雄激素能夠上調CaMKKβ及pAMPK的表達,抑制CaMKKβ-AMPK通路,能夠抑制雄激素介導的前列腺癌細胞的侵襲與轉移.Kim等[91]發現槲皮素可直接抑制AMPK的活性,增強低氧誘導的HCT116結腸癌細胞凋亡.Harhaji-Trajkovic等[92]利用順鉑干預人U251膠質瘤細胞、鼠C6膠質瘤細胞及小鼠成纖維肉瘤L929細胞,腫瘤細胞可發生保護性自噬而抵抗順鉑誘導的腫瘤細胞凋亡,伴隨著AMPK的激活;利用溶酶體抑制劑巴弗洛霉素A1和氯喹或磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)抑制藥渥曼青霉素抑制自噬,能夠促進細胞DNA斷裂、caspase活化和凋亡增加;利用siRNA或化合物C抑制AMPK能夠減少保護性自噬,促進細胞凋亡;反之,加用AMPK激活劑二甲雙胍能夠增強保護性自噬的作用.

在血液系統腫瘤中,Accordi等[93]研究發現,對于MLL基因重排的兒童B急性淋巴細胞白血病(B-acute lymphocytic leukemia,B-ALL)患者,AMPK的激活能夠促進細胞的存活,而應用化合物C或者siRNA能夠抑制AMPK的活性從而能夠誘導細胞凋亡.在髓系白血病動物模型中,限食可激活AMPK,賦予白血病啟動細胞(leukemia initiating cell,LIC)代謝應激抗性并促進白血病的發生,AMPK的表達缺失可下調葡萄糖轉運蛋白1(glucosetransporter1,GLUT1)的表達水平,增加ROS和DNA的損傷,明顯延遲白血病的發生和消耗LIC[94].Baumann等[95]發現,AMPK在多發性骨髓瘤細胞中呈現高表達,應用化合物C能夠誘導多發性骨髓瘤細胞凋亡,伴隨Mcl-1及Bcl-xl蛋白的表達下調.髓系來源抑制細胞(myeloid derived suppressor cell,MDSC)與骨髓瘤5T33MM細胞共培養,可激活骨髓瘤細胞表達AMPK,調控骨髓瘤細胞的存活狀態,提示AMPK可能為癌基因[96].有研究結果顯示,二甲雙胍可不依賴于激活AMPK途徑而發揮抗骨髓瘤的作用[97];也有研究發現,多發性骨髓瘤細胞株存在AMPK的激活,然而敲除AMPK后,二甲雙胍誘導骨髓瘤細胞凋亡的比例增加,說明AMPK在多發性骨髓瘤中可能發揮癌基因的作用[98].基于上述矛盾的結果,有關AMPK在骨髓瘤中的作用仍需進一步研究.

細胞脫離細胞外基質可導致細胞失巢凋亡.研究發現,乳腺癌細胞脫離細胞外基質可觸發AMPK的活性并通過上調具有PH結構域富含亮氨酸的重復蛋白磷酸酶(pleckstrin homology domain leucine-rich repeatprotein phosphatases,PHLPP2)而抑制AKT的活性,這種高pAMPK、低pAKT的狀態對懸浮細胞的存活至關重要;相反,基質復位可通過蛋白磷酸酶2Cα(protein phosphatase 2Cα,PP2Cα)介導高磷酸化AKT、低 pAMPK狀態的恢復,導致AKT介導的AMPK失活;來源于原發性乳腺癌和轉移性乳腺癌患者的臨床標本顯示與AKT調控相關的基因呈現高表達狀態,而循環乳腺腫瘤細胞則顯示與AMPK調控相關的基因呈現高表達狀態[99].同樣,最近的研究發現,在肺癌中,當腫瘤與基質分離后,可通過多形性腺瘤基因1(pleomorphic adenoma gene 1,PLAG1)誘導谷氨酸脫氫酶1(glutamate dehydrogenase 1,GDH1)表達,促進α-酮戊二酸(a-ketoglutarate,α-KG)的產生,α-KG結合CamKK2后,增強CamKK2的結合并激活其底物AMPK,從而保護腫瘤細胞免受失巢凋亡[4].

AMPK發揮的是抗腫瘤的作用還是促進腫瘤發生的作用與腫瘤細胞所處的微環境有關,當腫瘤細胞受到外界的壓力(缺氧、營養剝奪、酸中毒、細胞-基質脫離、化療等)時,腫瘤細胞為了適應環境及抵抗化療,可激活AMPK發揮保護腫瘤細胞的作用.

綜上所述,腫瘤的發生是一個復雜的過程,腫瘤細胞的快速增殖需要能量的支持,在能量不足的情況下,腫瘤細胞會通過自身調節以適應能量不足的情況.在腫瘤中,AMPK作為腫瘤微環境產生的各種應激信號的匯合點,有研究認為AMPK激活藥具有抑制腫瘤細胞增殖、誘導腫瘤細胞凋亡的作用;激活AMPK后可通過下調MTORC1復合物、抑制AKT信號、穩定抑癌基因Foxo3a或p53等途徑發揮抗腫瘤作用.然而,近5年來,越來越多的證據表明,腫瘤細胞亦可通過激活AMPK發揮代謝壓力下的保護作用,腫瘤細胞也可能通過激活AMPK作為生存策略.許多代謝抑制劑可誘導腫瘤細胞死亡,同時伴隨AMPK的激活,這種代謝壓力下的激活可能是腫瘤細胞為了適應環境而發生的保護性措施,可能誘導了腫瘤細胞對代謝抑制劑的抗性.因此,臨床中尚需進一步評估AMPK在各種腫瘤微環境中的基線特點,謹慎使用AMPK激活藥或抑制藥.對于AMPK本身呈激活狀態的腫瘤,為防止AMPK對化療應激的保護作用,AMPK抑制藥聯合化療的治療方案或許更合適.