AMPK與神經退行性疾病的研究進展

吳金洋 曾常茜

（大連大學醫學院 遼寧大連 116622）

神經退行性疾病是一種由于中樞或外周神經系統在結構或功能上的晚期惡化造成的疾病。其損傷是不可逆的，并且其發病機制尚未完全清楚[1]。單腺苷酸活化蛋白激酶（AMPactived protein kinase，AMPK）是一種重要的內源性防御分子[2]。近期研究表明，AMPK與一些神經退行性疾病的發病機制密切相關，并且可以作為疾病治療的分子靶點[3，4]。本文就AMPK與神經退行性疾病的作用機制進行綜述，以期為神經退行性疾病的治療提供更多的實驗依據[5-7]。

一、AMPK概述

AMPK是絲氨酸/蘇氨酸（Ser Thr）激酶組的成員，廣泛分布于各種細胞和器官中。它是一種重要的內源性防御分子，能對有害刺激（如腦缺血，腦出血和神經退行性疾病）作出反應。AMPK是真核細胞和生物體能量平衡的主要調節器，能夠獨立于腺嘌呤核苷酸的變化而感知葡萄糖的可用性，協調各種代謝途徑，平衡能量供需，并最終調節細胞和器官的生長。AMPK可使特定的酶和生長控制節點磷酸化，從而增加ATP的產生，減少ATP的消耗。AMPK可以介導能量穩態的調節，還能調控自噬，并可能成為激活自噬的潛在分子靶點[8，9，10]。在真核細胞中[11]，AMPK信號傳導和與自噬調節有關[12]。

二、AMPK與神經退行性疾病

（一）AMPK與阿爾茲海默癥

對APP/PS1轉基因AD小鼠模型研究，發現AD小鼠神經元的AMPK相關信號通路會被激活，使用AMPK抑制劑可以降低alr相關蛋白的表達水平，從而能改善記憶缺陷[13]。研究發現組蛋白去乙酰化酶2（Histone deacetylase 2，HDAC2）在AD神經元的異位表達可導致肝細胞核因子4（Hepatocyte nuclear factor 4，HNF-4A）轉錄因子去乙酰化，破壞其與miR-101b啟動子的結合，而miR-101b的抑制可導致其靶蛋白AMPK的上調，從而能夠改善AD小鼠的記憶缺陷[14]。研究發現，AD小鼠大腦中p-AMPK蛋白的表達顯著降低，而p-mTor蛋白的表達則顯著增加。在加入β片層阻斷肽（H102）后，兩種蛋白表達結果正好相反，表明AMPK-mTOR自噬相關通路的激活，可以改善AD小鼠識別記憶的能力[15]。

體外研究HDAC2在AD中表達時發現，對AMPK引入miR-101b模擬物或小干擾RNA（siRNA）可阻斷HDAC2誘導的tauopathy和樹突損傷，miR-101b擬態物或AMPK siRNAs可以改善AD小鼠的軸突生長，樹突異常以及神經元的遷移[14]。當使用AMPK抑制劑的時候，可以降低alr相關蛋白的表達水平，從而能減輕神經元的凋亡[13]。研究過氧化氫（H2O2）誘導SH-SY5Y細胞AD模型，發現AMPK磷酸化降低，神經元細胞核凋亡，青蒿素可以使其恢復至正常水平，表明AMPK與AD神經元損傷有關[16]。

（二）AMPK與帕金森

通過對魚藤酮損傷SH-SY5Y細胞模型的研究[16]，發現魚藤酮損傷細胞中自噬調節蛋白AMPK/m TOR/ULK明顯上調，而百可利可以使其恢復至正常水平，可提高細胞存活率，降低α-突觸核蛋白的毒性，起到神經保護作用[4]。然而，α-突觸核蛋白聚集成難以清除的寡聚物是PD的一個特征性病變。AMPK可以清除PD的α-突觸核蛋白。用6-OHDA處理大鼠，發現大鼠行為能力明顯下降，黑質TH陽性神經元數量明顯減少。用6-OHDA處理人神經母細胞瘤細胞（SH-SY5Y）后，發現SH-SY5Y細胞中的p-AMPK表達增加。當再給予ALA進行干預時，大鼠的行為能力顯著性增高，黑質中TH神經元的數量增加，而SH-SY5Y細胞中的p-AMPK的表達降低。表明AMPK能減輕6-OHDA所致的氧化損傷，從而抑制PD大鼠神經元的減少[17]。

通過建立PD轉基因果蠅模型，研究發現PD轉基因果蠅的肌肉組織中p-AMPK-α蛋白的表達水平明顯降低。而AMPK的過度表達可改善PD轉基因果蠅飛行肌，從而改善PD轉基因果蠅模型的異常翅型[18]。

通過建立1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）PD模型。研究發現，腸道激素ghrelin可以使模型小鼠紋狀體中磷酸化AMPK和脫氨酶（ACC）的磷酸化水平升高，并可減弱黑質（SN）多巴胺神經元的丟失和紋狀體多巴胺的周轉不通。這表明AMPK可能是PD神經保護的分子靶點[19]。

（三）AMPK與腦缺血再灌注損傷

研究發現腦缺血再灌注的大鼠腦梗死體積與神經行為學評分明顯增加，自噬調節蛋白AMPK和beclin1表達上調，beclin1與vps34之間的絡合物形成增加。與此同時，細胞凋亡數量明顯增加[5]。表明AMPK可以通過減少自噬來控制腦缺血再灌注損傷。建立大鼠大腦中動脈閉塞模型，測定大鼠海馬相關蛋白含量，結果表明，葛根素能明顯降低LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ，p-AMPK蛋白的表達，增加p-MTOR表達，表明AMPK可以通過減少自噬來減少腦梗死體積，從而改善大鼠神經功能損傷[20]。用癸酸鈉（HGSD）預處理大鼠，結果發現，腦缺血再灌注損傷的神經功能缺損評分、梗死面積顯著降低。腦IR損傷后p-AMPK表達顯著降低。并且HGSD血清培養的PC12細胞凋亡顯著減少。使用AMPK激活劑（AICAR）后，HGSD血清對PC12細胞凋亡的保護作用會減弱，而使用AMPK抑制劑（復合物C）時，HGSD血清對PC12細胞凋亡的保護作用會增強。AMPK通過抗細胞凋亡的作用，來減輕腦缺血再灌注損傷[21]。

研究發現，AMPK可以使SNHG12在原代神經元細胞和N2a細胞中上調，分別在缺血再灌注處理后12h和24h達到高峰。SNHG12基因可增加細胞增殖率，減少細胞凋亡率[22]。因此AMPK可減少腦I/R損傷并且為缺血繼發中風損傷提供治療策略。建立腦缺血再灌注大鼠模型，經延齡草總皂苷（TST）處理后，對這些大鼠肺組織AMPK、p-AMPK蛋白表達水平進行檢測，結果發現大鼠肺組織中p-AMPK、SIRT1蛋白都相應增高，從而能減輕炎癥反應。表明AMPK可通過減輕炎癥來減緩腦缺血再灌注繼發肺損傷[23]。

（四）AMPK與腦脊髓炎

以MOG35-55抗原、結核菌素h37ra、完全弗氏佐劑、百日咳毒素為抗原建立EAE動物模型[24，25]。AMPK經煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）治療后在小鼠脊髓中的蛋白表達水平顯著升高，炎性細胞浸潤在小鼠腰膨大組織中的數量顯著減少，且小鼠的發病率、持續時間和神經功能評分明顯降低[26]。表明AMPK可能參與減輕脊髓炎性細胞浸潤的程度。采用髓鞘少突細胞糖蛋白（MOG）皮下注射誘導EAE經典小鼠模型，在NAD+處理的小鼠中，AMPK/SIRT1通路被激活，從而減輕病情和EAE小鼠的病理損傷，也可抑制促炎性T細胞反應，從而治療腦脊髓炎[27]。構建EAE小鼠模型，AMPK可通過進行NAD+干預在小鼠腦組織中的蛋白表達增加，減輕中樞神經系統炎性細胞浸潤及脫髓鞘，從而降低EAE小鼠發病率，減輕EAE小鼠神經功能損害癥狀[28]。

上述研究顯示，AMPK與EAE神經損傷有關，但也有研究表明AMPK可以介導鋅誘導的神經毒性從而參與EAE的發病，AMPK的抑制劑1H10可以減少鋅誘導的神經元死亡，并保護抗氧化應激、興奮性毒性和凋亡[6]，表明AMPK可以通過神經毒性作用參與發病。

（五）AMPK與癲癇

AMPK可能參與癲癇相關癥狀的改善。通過建立癲癇幼鼠模型，研究發現，百合知母湯水提物處理可使幼鼠神經元中的AMPK mRNA及蛋白和p-AMPK表達降低，驚厥次數、潛伏期時間和游泳距離也明顯降低，表明AMPK可以通過百合知母湯降低癲癇幼鼠海馬神經元表達，改善癲癇幼鼠行為學改變及癥狀[7]。采用氯化鋰-匹羅卡品建模方法建立癲癇模型，研究發現癲癇小鼠海馬中的AMPK磷酸化和PPAR-α的蛋白表達降低，但是經過脂肪酸氧化產生酮體（BHBA）治療后，AMPK可以通過BHBA明顯改善在海馬中的表達，改善癲癇介導的空間學習缺陷，改善癲癇介導的海馬氧化應激損傷，改善癲癇所致海馬神經損傷。

三、結束語

綜上，AMPK與AD、PD、癲癇、EAE、腦缺血再灌注損傷的治療都密切相關，其主要機制是AMPK可通過調控自噬和抗神經元及神經細胞凋亡以及減少炎癥因子的表達發揮神經保護作用，從而參與疾病的治療。矛盾的是，也有研究顯示AMPK可以參與神經退行性疾病的發病，但是目前發病機制和治療策略尚不明確。具體發病機制和治療策略還有待于進一步研究，相信可通過更多化學物質研究出具體的AMPK發病機制和治療策略，來預防和治療神經退行性疾病。