AMP激活蛋白激酶活性调节研究进展

付大波，杨震国，王 蕾，张 伟，肖 飞

（武汉工业学院动物营养与饲料科学湖北省重点实验室，武汉 430023）

腺苷一磷酸激活蛋白酶（AMPK）能感知细胞能量代谢状态的改变，维持机体的能量代谢平衡。当细胞内能量缺失时，AMPK被磷酸化激活，抑制消耗ATP的合成代谢过程，启动生成ATP的分解代谢过程。AMPK的活性受到许多因素的调控，本文对AMPK活性的调控因素作一概述。

1 AMPK的分子结构

AMPK在真核细胞生物中广泛存在，属丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。其是由催化亚基α、调节亚基β和γ组成的一个异源三聚体。3个亚单位在AMPK的稳定性和活性中有各自特殊的作用。α亚基含有2个功能区：一个N端激酶结构域和一个C端结构域，两者大小基本相等。N端是催化核心部位，C端负责与β和γ亚基结合。β亚基N端区域之后紧跟着两个保守的结构域-KIS和ASC，ASC结构域为形成稳定有活性的 α、β、γ复合物所必需，KIS结构域为β亚基上的功能性糖原结合结构域[1-2]。β亚单位相当于一个支架，分别将α、γ亚基锚定在其上的KIS和ASC区域，γ亚基有4个串行重复的CBS区域，使得AMPK易感知AMP/ATP的变化[3]。现已证实，其上游腺苷一磷酸激活蛋白激酶（AMPKK）磷酸化AMPK的主要位点是位于其催化部位α亚基的Thr-172，这一位点的磷酸化对于该酶的激活是必需的[4]。

2 AMPK的活性调节

2.1 AMP依赖通路

AMPK受AMP和ATP比值的调控，组织缺血、热应激等均可干扰线粒体内ATP的生成。由于各种因素作用导致AMP/ATP升高，使得AMPK磷酸化激活，机体通过抑制合成过程保护 ATP水平[5]。AMP变构激活AMPKK、AMP与磷酸化的 AMPK结合，使AMPK成为蛋白磷酸酶-2C（PP2C）更差的底物、AMP与未磷酸化的 AMPK结合，使AMPK成为AMPKK更好的底物、直接变构激活 AMPK的作用。AMP对AMPK活性的促进作用受到高浓度的ATP所抑制，AMP与AMPK的亲和力也会因ATP浓度的升高而下降，因为ATP可与AMP竞争AMPK上的变构位点。

有研究报道，导致ATP缺失的细胞应激能引起 AMPK的激活，如三羧酸循环、呼吸链或者ATP合成酶抑制剂以及氧化磷酸化的解耦联剂均能激活AMPK，缺血、缺氧等造成的AMP/ATP升高也能使AMPK磷酸化激活[6]。

2.2 非AMP依赖通路

5-氨基－4甲酰胺咪唑核糖核苷酸（AICAR）在细胞内磷酸化成 AMP的类似物 5-氨基咪唑－4甲酰胺核糖核苷（ZMP）磷酸化激活AMPK[7]。研究表明，糖原直接影响AMPK的活化状态，而不影响老鼠骨骼肌中的腺苷酸水平[8]。AMPK可直接作为糖原传感器，检测细胞内能量储备状况，肝糖原变构抑制AMPK活性[9]。糖原中由α1,6糖苷键连接的支链结构比 α1,4糖苷键连接的线性结构对AMPK的变构抑制作用更强[10]。蛋白磷酸酶2Cα（PP2Cα）可以抑制AMPK的活性，AMP/ATP减弱了PP2Cα对AMPK的抑制，从而使AMPK磷酸化活性增加[10]。此外脂肪细胞分泌的脂联霉素和瘦素通过下丘脑-交感神经系统（SNS）轴磷酸化激活AMPK[11]。在某些细胞里，磷酸肌酸抑制AMPK的活性，当肌酸与磷酸肌酸比值升高时，AMPK被激活[12]。

2.3 AMPK激酶

研究表明，抑癌基因LKB1在体外可直接磷酸化 AMPKα（Thr-172）激活其活性[12-14]。LKB1 最早发现于Peutz-Jeghers Syndrome（PJS）的研究中，是第一个被发现的AMPK激酶（AMPKK），是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。LKB1敲除的小鼠胚胎成纤维细胞中，AMPK不能被激活[14]。降血糖药甲福明二甲双胍能够增多LKB1出核转运进入细胞质中，并通过磷酸化LKB1使得AMPK活化[15]。钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶（CaMKK）为AMPK的另一上游激酶，主要表达于神经组织，在啮齿动物组织中也广泛存在[16]。在LKB1敲除的小鼠胚胎成纤维细胞中，CaMKK能够磷酸化激活AMPK[17]。

近年来研究发现了另外两种AMPKK：转化生长因子-β-激活激酶-1（TAK1）和共济失调毛细血管扩张症突变基因（ATM）[18－19]。TAK1 为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是丝分裂素激活的激酶（MAPKs）家族成员之一。研究表明，HeLa细胞中TAK1可以磷酸化AMPK催化部位α亚基的Thr-172，并能降低LKB1的活性[18]。胰岛素样生长因子Ⅰ（IGF-Ⅰ）可通过ATM和LKB1依赖途径作用于AMPK的α亚基将其磷酸化激活；IGF-Ⅰ能刺激ATM苏氨酸和酪氨酸亚基磷酸化，而酪氨酸亚基磷酸化在这个信号通路中是很重要的[20]。

3 展望

AMPK是体内能量平衡的关键酶。其被激活后能调控许多营养物质的代谢、蛋白质的合成以及其他的代谢途径。AMPK能被多种物质通过多种途径调控，而这些物质又各自与其他各种信号通路有联系。对AMPK活性调控机制的研究仍有待更进一步的研究。

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