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AMP激活蛋白激酶活性调节研究进展

2010-04-13付大波杨震国

饲料博览 2010年9期
关键词:苏氨酸蛋白激酶糖原

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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