AMP活化蛋白激酶在肝病中的研究進展

陳曉鳴，李溢，李華

(南京醫科大學附屬蘇州科技城醫院麻醉與圍術期醫學科，江蘇 蘇州 215153)

AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是AMPK信號通路的核心分子，是細胞中調節能量代謝的關鍵因子。AMPK可以感受并對細胞能量狀態做出應答，是細胞內的能量感受器和代謝調節開關。AMPK還參與調節耗能的病理過程，如炎癥、凋亡和增殖等[1-2]。AMPK還參與2型糖尿病、腫瘤等多種疾病的發生發展。肝臟激酶B1是活化的AMPK的重要上游分子，也是強大的抑癌因子，該因子的突變失活與多種惡性腫瘤相關[3]。肝臟是機體重要的代謝器官，其功能包括蛋白合成、糖脂代謝、膽汁生成和分泌、異型物質清除等，由于生理功能的特殊性，病原體感染、藥物、毒物、代謝紊亂、免疫因素等易造成肝細胞損傷，而損傷過程與炎癥、凋亡、代謝改變等密不可分。AMPK與肝臟的生理病理過程關系密切，可能參與非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)、肝纖維化、肝癌、病毒性肝炎等多種急慢性肝病的發生發展，并有望成為治療部分肝病的潛在藥物靶點?，F就近年來AMPK在肝病中的研究進展予以綜述。

1 AMPK概述

AMPK是由α、β、γ三種亞基組成的異三聚體，其基因序列在真核生物中高度保守。α亞基為催化亞基，有α1、α2兩種亞型，N端含有一個磷酸化位點(Thr172)，該位點磷酸化后AMPK的活性可升高100倍，C端與β亞基結合；β亞基有β1、β2兩種亞型，其功能主要是保持AMPK蛋白結構的穩定以及參與對AMPK激動劑的應答；γ亞基分為γ1、γ2、γ3三種，作為調節亞基參與調節α亞基的催化活性[4-5]。不同亞基可組合成不同的異三聚體，其在不同組織中的分布也不同，肝臟以AMPKα1為主[4-5]。

當AMP/ATP升高時，AMP可與γ亞基結合，變構激活AMPK；當AMP/ATP降低時，AMPK的活性受到抑制。此外，肝臟激酶B1與鈣離子/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶也是活化AMPK的重要激酶，可將AMPK的Thr172位點磷酸化，從而激活AMPK。除生理性AMP/ATP升高活化AMPK外，低氧、饑餓以及無糖刺激等也可活化AMPK。

2 AMPK在肝病中的作用

2.1NAFLD 隨著肥胖的流行，NAFLD已成為全球最常見的慢性肝病，嚴重者會進展成為肝硬化、肝癌甚至死亡[6-7]；NAFLD也與動脈硬化、腎臟病及惡性腫瘤等多種慢性病相關，嚴重威脅人類健康[8-9]。鑒于AMPK在細胞能量代謝中的重要作用，其在NAFLD發生機制及治療中的作用愈發受到重視。

肝細胞脂質代謝紊亂是導致NAFLD發生的主要因素。肝臟三酰甘油的來源主要包括4個途徑：①存儲在外周脂肪組織而釋放入血的脂肪酸；②從頭合成的脂肪酸；③膳食脂肪酸；④乳糜微粒。AMPK與前兩個途徑關系密切。血非酯化脂肪酸是肝臟脂肪沉積最主要的來源[10]。在胰島素敏感的個體中，胰島素會抑制白色脂肪組織分解，降低血非酯化脂肪酸水平；發生胰島素抵抗時，胰島素不能抑制脂肪分解，導致非酯化脂肪酸增多。在肥胖人群中，脂肪組織AMPK活性的降低與胰島素抵抗程度相關[11]。特異性敲除小鼠脂肪組織中β1/β2亞基使AMPK失活，可引起脂肪組織胰島素敏感性降低及肝臟脂質沉積[12]。因此，AMPK活性降低可引起胰島素抵抗，血非酯化脂肪酸水平的升高可導致肝臟脂質沉積。在健康人群的肝臟中，從頭合成來源的三酰甘油占比低于5%，而在NAFLD患者中占比達26%，說明NAFLD患者的脂質合成顯著增強[10，13]。乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)是參與脂質合成的重要因子，抑制其活性是減少脂質合成的重要手段。Fullerton等[14]研究發現，AMPK可通過磷酸化ACC1(Ser79)和ACC2(Ser212)抑制其活性，減少丙二酰輔酶A的生成，抑制脂肪酸從頭合成，改善NAFLD。同時，AMPK抑制ACC后使丙二酰輔酶A的生成減少，而丙二酰輔酶A是線粒體脂肪酸氧化過程的限速酶肉堿棕櫚酰轉移酶Ⅰ的抑制因子。因而AMPK活化還會使肉堿棕櫚酰轉移酶Ⅰ的活性增強，促進脂酸轉運入線粒體氧化。此外，AMPK還可以直接磷酸化固醇調節元件結合蛋白(sterol regulatory element-binding protein，SREBP)-1c，下調脂質合成基因[15]。綜上可知，AMPK活化可以減少外周脂肪組織釋放脂肪酸、抑制脂質合成、促進脂質降解等，從而減少脂質在肝臟沉積。

活化的AMPK可以防治NAFLD。有學者構建了肝臟特異性AMPK持續活化的轉基因小鼠，結果發現，AMPK活化顯著抑制了飲食誘導的肝脂肪變性，并降低了炎癥因子和纖維化基因的表達[16-17]。抑制AMPK通路活化會加重高脂飲食誘導的NAFLD[18]。由此可知，AMPK活化可防治NAFLD并改善預后。藥物或小分子化合物也可以激活AMPK，改善NAFLD。2型糖尿病的一線用藥二甲雙胍是目前公認的AMPK激動劑，可以活化AMPK，減輕NAFLD[14，19]。納米氧化鋅、輔酶Q10等在小鼠體內也可通過活化AMPK減輕NAFLD[20-21]。綜上可知，AMPK信號通路有可能成為治療NAFLD的關鍵靶點。

2.2肝纖維化 肝纖維化是病毒感染、酒精性脂肪性肝病、NAFLD等多種慢性肝病的共同后果，其發生與炎癥細胞浸潤、肝星狀細胞活化、轉化生長因子-β通路活化以及膠原沉積密切相關，并可引起膽汁淤積，嚴重時會進展為肝硬化、肝癌。在此過程中，星狀細胞的活化尤為重要，因此抑制肝星狀細胞活化是阻斷肝纖維化的關鍵。既往研究發現，星狀細胞活化與細胞內pH值的升高密切相關[22]。Marrone等[23]報道，AMPK活化下調氫離子-ATP酶復合體的表達，抑制星狀細胞內pH值的升高。此外，AMPK活化通過下調血小板源性生長因子和單核細胞趨化蛋白1的表達，降低星狀細胞及轉化生長因子-β/Smad通路的活性，還可通過抑制細胞因子信號轉導抑制因子3的表達促進星狀細胞凋亡[24-26]。同時，活化的AMPK還能阻斷Smad復合物與p300結合，抑制纖維化相關基因的轉錄和炎癥細胞浸潤，從而減輕肝纖維化[27]。

AMPK通路激動劑也具有抑制肝纖維化的作用。Hu等[28]在四氯化碳和膽管結扎誘導的肝硬化大鼠中發現，使用AMPK激動劑活化AMPK信號通路不僅可以降低門靜脈壓力，還能減輕肝纖維化程度。在硫代乙酰胺誘導的肝纖維化小鼠中，多種AMPK通路激動劑都可以減輕肝纖維化[29-30]。

2.3肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC) HCC是第六大常見的惡性腫瘤，腫瘤相關死亡率居第三位[31]。AMPK信號通路在HCC的發生發展中發揮了重要作用。Yang等[32]的研究納入了426例肝纖維化患者，根據肝組織AMPK的活化水平分組，結果發現，磷酸化AMPK水平高者HCC的發生率較磷酸化AMPK水平低者顯著降低，說明AMPK活化能夠預防HCC的發生。受AMPK調控的ACC磷酸化位點突變后，ACC活化后促進了肝細胞內脂質合成和HCC發生[33]。蛋白磷酸酶5通過與AMPK相互作用抑制AMPK通路，進而促進HCC發生[34]。AMPK不僅參與HCC的發生，在HCC的進展中也發揮重要作用?；罨腁MPK信號通路能抑制HCC進展。低劑量的二甲雙胍通過活化AMPK信號通路，促進HCC細胞衰老，從而抑制HCC[35]。AMPK還參與眾多抑癌因子的下游通路。HCC相關蛋白TD26的C端與截短的SREBP1相互作用，影響AMPK對SREBP1的轉錄抑制，導致SREBP1表達升高，使脂肪合成增加，促進HCC細胞增殖[36]。Hou等[37]研究發現，乙醛脫氫酶通過活化AMPK信號通路抑制HCC進展。AMPK信號通路還參與抑制HCC細胞耐藥?；罨腁MPK通路可以下調耐藥基因的表達，上調HCC干性基因表達，降低HCC細胞對索拉菲尼的耐藥[38]。

也有部分研究認為AMPK通路可促進HCC進展。Gao等[39]發現，膽汁酸中的重要成分——甘氨酸鵝脫氧膽酸可通過活化HCC細胞的AMPK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路促進自噬，增強HCC細胞的侵襲力。此外，AMPK信號通路活化會誘導長鏈非編碼RNA——代謝誘導腫瘤活化因子1表達的升高，增強上皮-間充質轉化，促進HCC轉移[40]。

AMPK在腫瘤中的作用可能具有“環境依賴性”。AMPK缺失協同癌基因突變促進B細胞和T細胞淋巴瘤模型發生癌變[41-42]；而在部分小鼠白血病模型中，敲除AMPK則不利于腫瘤細胞生存[43-44]。由此可知，AMPK在腫瘤發生和進展兩個過程中可能發揮不同的作用，在不同組織腫瘤中的作用也不同。目前AMPK在HCC中作用的研究相對較少，還需更多更高質量的動物研究，以進一步明確AMPK在HCC發生和進展中的作用。

2.4肝炎

2.4.1乙型肝炎 乙型肝炎病毒在世界范圍內造成約3.5億人發生急慢性肝炎，是引起我國肝硬化、肝癌的第一大病因[45]。有研究發現，動物體內活化的AMPK具有抗病毒功效，能減輕炎癥反應。常山酮是一種可以參與免疫調節的植物堿，在乙型肝炎病毒感染的SD大鼠中，使用常山酮可以使AMPK和核因子κB通路抑制物A的表達升高，激活AMPK并抑制核因子κB引起的炎癥反應，進而抑制病毒復制[46]。

2.4.2丙型肝炎 丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)感染是引起肝硬化、肝癌的另一大原因。HepG2細胞表達HCV核心蛋白后，AMPK的表達下調，脂質合成相關基因表達上調，而脂質代謝基因表達下調，造成肝細胞胰島素抵抗和脂質沉積[47]。兩者促進肝纖維化，并導致慢性丙型肝炎患者對干擾素治療的敏感性降低[48]。使用激動劑活化AMPK不僅可以減輕細胞脂質沉積，還能抑制病毒復制[49]。干擾素在丙型肝炎的治療中占據重要地位，Ⅰ型干擾素信號通路的活化對于清除HCV至關重要。AMPK通路激動劑二甲雙胍、2-辛炔酸能夠激活干擾素信號通路，抑制HCV核心蛋白的表達和病毒復制[50-51]。綜上，AMPK信號通路可能成為治療HCV感染的重要靶點。

2.5其他肝病 急性重型肝炎死亡率高、預后差，是一種嚴重的肝病，其病因包括病原體感染、藥物、毒物等。近年來有學者利用脂多糖和D-氨基半乳糖構建了急性重型肝炎模型發現，使用AMPK抑制劑compond C預處理小鼠能夠減輕肝組織損傷，并提高小鼠存活率[52]。但也有學者在類似小鼠模型中發現，使用AMPK激動劑可減少促炎細胞因子釋放，抑制肝細胞凋亡，減輕肝損傷，提高小鼠存活率[53]?？傮w來說，關于AMPK在爆發性肝炎中的作用尚未明確，還需更多模型、更高質量的動物研究明確。自身免疫性肝病也是引起慢性肝損傷的原因之一。Wang等[54]發現，小檗堿可以活化AMPK，減輕伴刀豆球蛋白誘導的小鼠自身免疫性肝炎的炎癥反應和肝損傷。

2.6膽汁淤積 多種病因可導致膽汁淤積，并與多種肝病互為因果，常見病因有藥物不良反應、激素、肝纖維化、急性肝炎等，最終可導致肝硬化、惡性腫瘤或肝衰竭。由于對膽汁淤積的認識相對有限，其內在分子機制和相關信號通路尚不完全明確，除熊去氧膽酸、鵝去氧膽酸以及肝移植外，治療手段十分有限。近年來研究發現，AMPK活化可促進膽汁淤積。Nammour等[55]發現，AMPK激動劑二甲雙胍會導致膽汁淤積，進一步研究發現，其機制與法尼酯X受體有關。法尼酯X受體是最早發現的膽酸受體，可被膽酸激活，并能抑制膽酸合成，促進膽酸轉運?；罨腁MPK不僅可抑制法尼酯X受體的表達，還能直接磷酸化法尼酯X受體，并抑制其活性，從而造成膽汁淤積[5，56]。

3 小 結

AMPK是組織中重要的信號通路分子，其功能廣泛而強大。肝臟是參與人體營養和能量代謝的重要器官，隨著研究的深入，AMPK在肝細胞能量代謝、應激、疾病發生發展等病理生理過程中的功能被逐步揭示，并與NAFLD、肝纖維化、肝癌、病毒性肝炎、爆發性肝炎等多種急慢性肝病的發生發展相關，有望成為部分肝病的治療靶點。AMPK是能量代謝的關鍵分子，其在NAFLD等代謝性疾病中的研究相對較多。目前，NAFLD的治療手段相對有限，特異性活化AMPK的藥物有望成為治療NAFLD的新方法，但在病毒性肝炎、肝纖維化及肝癌等研究中尚缺乏高質量的動物研究。AMPK基因敲除的動物模型可更多地用于疾病研究，并有助于明確AMPK在肝癌發生和進展中的作用。AMPK激動劑種類較多，應用激動劑治療肝病的研究大多處于初級階段，還需更多更高質量的體內外研究進一步明確激動劑的安全性和有效性。此外，雖然特異性活化AMPK的藥物及小分子激動劑的發現為深入探究肝病可能的治療方法提供了工具，但這些激動劑活化AMPK后的下游通路及效應分子等仍需進一步探討，以明確AMPK激動劑對不同肝病的作用，也為日后臨床開展藥物聯用提供依據。AMPK是防治肝病的潛在重要靶點，但活化AMPK可能造成膽汁淤積，因而在研究中還應重視潛在的不良反應，為慢性肝病的治療找到安全、有效的新方法。