AMPK在非酒精性脂肪性肝病發展中的作用

畢佳寧 楊 碩 張桐赫 張梓琳 王紹清

齊齊哈爾醫學院病理學院，黑龍江齊齊哈爾 161006

健康肝臟與其他多種細胞相協調，具有顯著的代謝可塑性，可以在人體需要的各種代謝任務之間切換。然而，在非酒精性脂肪性肝?。╪on-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）發生時，這種高度平衡的生理內穩態將受到影響[1]。研究表明，新生脂肪生成（de novo lipogenesis，DNL）對人體肝臟脂肪儲存有重要作用[2]。而單磷酸腺苷依賴的蛋白激酶（Adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）在DNL中有著重要的作用，這方面的標志性研究之一是發現AMPK對脂質代謝的調節是通過乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl CoA carboxylase，ACC）的磷酸化和失活來實現的，ACC是DNL中第一步和限速步驟的催化酶[3]。此外，異位脂質沉積與胰島素抵抗的密切關系已得到公認。這支持了AMPK作為在肥胖癥、2型糖尿?。╰ype 2 diabetes，T2D）和NAFLD之間的分子節點從而可以起到關鍵作用的假設。

1 NAFLD的發病機制

據報道，NAFLD影響了30%以上的歐洲人口，在美國、澳大利亞、印度和其他國家的發病率甚至更高[4]。NAFLD被描述為代謝綜合征的肝臟表現，現在被認為是一種多系統疾病[1]。同時，晚期NAFLD是美國肝癌相關肝移植的第二大病因，且增長速率相較于其他因素最快[5]。在進行肝移植后，NAFLD患者因心血管并發癥和敗血癥病死的風險增加[6]。此外，在NAFLD的晚期，肝移植受者移植后復發T2D的風險更高[7]。Stepanova等[8]的研究表明，接受重大肝臟手術的NAFLD患者經常會出現肝臟功能受損[8]。NAFLD的病程本質上或多或少遵循所謂的“二次打擊假說”[9]，假說基于脂肪變性的出現（第一次打擊）和隨后的炎癥、肝細胞損傷和纖維化（第二次打擊）。目前已知，在相對較短的時間內，NAFLD和非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）患者都可以從非纖維化階段發展到晚期肝纖維化[7]，可能導致隨后的肝硬化和器官衰竭[10]。在不同致病條件下，DNL失衡和脂肪氧化都可能參與NAFLD的發生，而AMPK作為這兩種途徑的主要調控因子從而可以發揮重要的調節作用。

2 AMPK的結構及其生理調控

真核細胞通過不斷管理能量消耗和生產ATP的能力來適應環境能量波動[11]。AMPK通過結合腺嘌呤核苷酸而變構激活，從而作為細胞內能量穩態的傳感器[12]。從生化角度來看，AMPK是一種高度保守的異三聚絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶復合體，由一個催化亞基（α）和兩個調節亞基（β和γ）組成。哺乳動物細胞中上游激酶對AMPK的完全激活需要α-亞基N端激活環中保守的蘇氨酸-172（Thr172）殘基的磷酸化[13]。Suter等[14]使用純化的重組酶制劑證明，在飽和腺嘌呤核糖核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）效應存在的情況下，上游激酶激活導致α1-β1-γ1和α2-β2-γ1 AMPK異源三聚體的激活增加了1000倍。

AMPK的激活由腫瘤抑制因子肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）和Ca2+/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（calcium/calmodulin-dependent kinaseⅡ，CaMKKⅡ）兩個上游激酶負責調控。LKB1具有組成性活性，被認為是主要的上游激酶[15]。在激素刺激的胞質鈣濃度變化中，獨立于AMP的AMPK活性激活是由CaMKK2介導的[15]。

AMPK激活后直接導致糖酵解、脂質氧化和其他參與短期誘導營養物質燃燒的細胞過程的下游調控蛋白的翻譯后修飾。長期的調節作用由轉錄因子的磷酸化和調節這些代謝功能的輔激活因子控制[12]。除了降低AMP/ATP比值外，AMPK激活后可以通過誘導脂肪分解和脂肪酸氧化而影響全身能量利用率[15]。由于AMPK在代謝中的核心功能位置，其被認為是一種很有前景的藥理靶點結構。

增加AMPK活性以治療NAFLD被廣泛認為是可行的策略[16]。AMPK不僅可以抑制ACC1，還可以進一步導致ACC2的磷酸化和丙二酰輔酶A脫羧酶（Malonyl-CoA decarboxylase，MCD）的激活，導致胞質丙二酰輔酶a的急性減少。丙二酰輔酶A因具有抑制肉堿棕櫚酰轉移酶1（carnitine palmotoyltransferaseⅠ，CPT1）的能力而被認為是脂肪酸氧化的負調節因子。AMPK在脂質代謝中的獨特作用證明了其在平衡能量內穩態中的中心地位。然而，AMPK在長期熱量供應過剩的情況下會嚴重受損，可能導致異位脂質沉積和胰島素抵抗。

3 AMPK在人體脂肪庫中的作用

Grisouard等[12]的研究表明，二甲雙胍使脂肪細胞的葡萄糖攝取增加兩倍以上，同時伴有胰島素依賴性跨膜載體蛋白和葡萄糖氧化的增加。AMPKα1的沉默抵消了這些效應。現有證據支持AMPK有助于外周胰島素敏感性增加。通過連續強化游離脂肪酸（free fat acid，FFA）酯化，以支持細胞葡萄糖攝取的方式激活AMPK，有助于控制高脂血癥。胰島素介導的脂解抑制隨著肝臟脂肪積累的增加而持功能續減弱，當脂肪細胞在重復正能量平衡條件下變得肥大時，脂肪分解進一步加劇。這可能導致全身低度炎癥，由脂肪組織中的巨噬細胞促進，胰島素抵抗惡化[17]。動物研究數據也支持這一假說，表明在脂肪組織中抑制AMPK會導致全身胰島素敏感性降低和肝臟三酰甘油積累增加[18]。

4 NAFLD中AMPK的失調

在熱量供應過剩的情況下，DNL是肝臟三酰甘油積累的主要促因，葡萄糖是DNL的主要底物。人類代謝中DNL在數量上唯一相關的部位是肝臟[19]。NAFLD的主要預測因子是肝臟胰島素抵抗，胰島素抵抗可以被定義為組織對胰島素的反應不敏感，這種異常以胰島素受體后信號傳導障礙為主[20]。在生理條件下，DNL與糖異生作用一樣，受到胰島素依賴機制的緩慢但有效的轉錄控制[21]。當肝細胞胰島素信號減弱時，DNL的激活仍然不受損害。這被稱為選擇性胰島素抵抗，同時導致空腹高血糖和DNL失控[22]。與Lambert等[23]的人體研究相對應，空腹高血糖是DNL的重要驅動因素，因為獨立于胰島素的葡萄糖可以通過葡萄糖轉運蛋白2大量進入肝細胞，從而進入糖酵解。胰島素抵抗情況下糖酵解的失調是復雜的[21]。糖酵解途徑的酶可被視為DNL的延伸部分，因為肝細胞糖酵分解的主要功能不是提供ATP，而是允許碳水化合物轉化為脂質[19]。由于存在選擇性胰島素抵抗，因此DNL主要受合并高血糖和高胰島素血癥的影響。

研究表明，大部分NAFLD患者的肝臟都有著的AMPK功能障礙[16]。Kohjima等[24]的研究發現，與對照組相比，NAFLD患者肝臟中的ACC1 mRNA表達顯著增加，NAFLD和對照組受試者的肝臟AMPK mRNA表達仍具有可比性，饑餓過夜后，基礎AMPKα在mRNA和蛋白質水平上上調，而各組間AMPK活性無明顯差異。另一項研究發現NASH患者的肝臟AMPK表達和AMPK的Thr172磷酸化顯著降低[25]，因此，研究者假設，NAFLD早期細胞的DNL日益增加，肝臟AMPK和脂肪氧化能力最初以代償方式增加，這種變化加強了脂質氧化以克服DNL的日益增加。然而，隨著慢性病程發展，這種代償無法充分控制DNL，導致大量患者三酰甘油進一步積累。此外，NAFLD疾病似乎是通過一些適應性機制進展的，最終導致線粒體功能受損，活性氧增加，解毒潛力不足，誘導纖維化[26]，這與在NASH患者中觀察到的肝臟AMPK活性和脂質氧化受損的情況相符。

5 總結與展望

胰島素抵抗是NAFLD發病的關鍵驅動因素，與肝臟脂質積聚密切相關。AMPK是脂質氧化和新生脂肪生成的主要調節器。在患有T2D的人群中，通過體力活動或藥物干預激活AMPK可以產生顯著的胰島素增敏作用，主要是在骨骼肌中。肝臟AMPK在人類脂肪性肝病中的作用可能因NAFLD分期而異。AMPK對DNL和脂肪氧化的功能失調主要見于人類的晚期疾病，可能是一個很有前景的藥物調節靶點。阻斷ACC作為AMPK在DNL方面的一個中心下游靶點已被證明是主要有效的，可以緩解人類NAFLD。

然而，在一些研究中觀察到了顯著的副作用。更多的研究將進一步闡明AMPK激活在緩解過度DNL中的作用，進一步推動NAFLD發病機制的深入研究。