AMPK在内皮细胞中对血管形成的影响

杨宵曼，朱 伟(综述)，刘铭雅，魏 盟(审校)

(上海交通大学附属第六人民医院心内科，上海 200233)

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)属于高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在真核生物中广泛存在。在机体消耗ATP的各种应激(如骨骼肌的收缩等)和干扰ATP产生(如低糖、低氧应激等)等刺激下，激活的AMPK能够通过关闭消耗ATP的合成代谢途径及启动产生ATP的代谢途径协调细胞内及全身代谢和能量平衡，被称为“能量调节器”。近年来随着AMPK的深入研究，其在生理性和病理性血管形成方面的作用引起了各学科研究人员的关注。

1 AMPK的分子结构

AMPK是由α(63 ku)、β(30 ku)和γ(37～63 ku)三个亚单位组成的异源性三聚体，它因底物的不同而发挥着不同的生物效应。其3个亚单位在AMPK的稳定性和生物活性中有各自的作用。α亚基的N末端是起催化作用的核心部位，而C末端则主要负责AMPK活性的调节以及与β和γ亚基两个亚单位的联系[1]。β亚基N端区域后跟着两个保守的KIS和ASC结构域。ASC结构域是形成稳定有活性的α、β、γ复合物所必需的，而KIS是β亚基上与糖原结合的功能性结构域[2]。哺乳动物γ亚基与AMPK结合AMP有关。γ亚基在结合两个分子的AMP后才发挥正协同效应。

2 AMPK的上游激酶

肝激酶B1基因是一种抑癌基因，是肿瘤易患综合征的致病基因，也是第一个被发现的AMPKK(AMPK激酶)。肝激酶B1是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，它能够直接磷酸化AMPKα亚单位上的苏氨酸172位点(Thr-172)而激活AMPK。在内皮细胞中，剪切力应激[3]、二甲双胍[4]都通过磷酸化肝激酶B1而激活AMPK发挥其生物效应。

钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶β是AMPK的另一个重要的上游激酶，主要分布在神经组织。钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶β通过升高细胞内Ca2+水平激活AMPKα1，而与细胞内AMP水平无关。已有研究证实,缓激肽和凝血酶均通过激活钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶β而磷酸化AMPK[5]。

转化生长因子β-激活激酶1和共济失调毛细血管扩张症突变基因是近年来研究发现的另外两种AMPKK。转化生长因子β-激活激酶1是丝裂原激活蛋白激酶家族成员之一，在HeLa细胞中转化生长因子β-激活激酶1能够激活AMPKα亚基的Thr-172位点[6]。共济失调毛细血管扩张症突变基因的研究相对比较少，胰岛素样生长因子1可通过共济失调毛细血管扩张症突变基因和肝激酶B1依赖途径激活AMPK[7]。

3 AMPK在血管生成中的作用

血管生成是指在现有血管的基础上形成新生血管的过程，正常的血管生成在胚胎发育过程的器官形成和伤口恢复的组织重塑中起重要作用。体内血管生成是一个严密调控的过程，其中血管内皮细胞在该过程中发挥着重要的作用，包括内皮祖细胞的分化、内皮细胞的迁移和管腔形成过程。在糖尿病患者体内可观察到内皮祖细胞活性功能受损并伴随有AMPK磷酸化的减少[8]。已有数据显示，内皮细胞前列腺素E2与受体跨膜特定的G蛋白偶联受体4结合后通过激活AMPK促使内皮祖细胞的分化、迁移和管腔形成[9]。然而，AMPK的激活能否影响循环祖细胞的血管形成目前尚不清楚，但已有研究发现AMPK的激活通过一氧化氮依赖性机制,促使内皮祖细胞向内皮细胞的分化、迁移和管腔形成过程[10]。

AMPKα亚单位有两个亚型(α1和α2)，在内皮细胞中均可见两个亚单位的表达并发挥不同的效应。尽管在许多细胞(如胰腺β细胞)中AMPK的持续激活可诱导细胞的凋亡，然而，在内皮细胞中，AMPK的两个α亚型的激活均不能诱导细胞的凋亡[11]。已有研究证实，在颈动脉损伤的小鼠模型研究中AMPKα1的激活是咖啡因诱导的再内皮化的必备条件[12]；此外，AMPK的激活能通过对抗血管紧张素2引起的还原型烟酰胺腺嘌呤-2核苷酸磷的激活调节血管氧化还原平衡，并在维持血管内稳态方面起保护性作用[13]。同样，在内皮细胞中，不同药物，如促红细胞生成素[14]和普伐他汀[15]均通过激活AMPK促进内皮细胞的增殖、迁移和管腔形成及增加缺血肢体的毛细血管密度。另一项研究也证实,瘦素能够通过增加其受体的表达和诱导AMPK的磷酸化促进脑卒中发生后的神经修复和血管形成[16]。上述研究证明，AMPK是参与且促血管形成过程的一个重要的调控枢纽。

4 AMPK与多种参与内皮细胞的血管形成信号肽的关系

4.1AMPK与Akt的关系 Akt又称蛋白激酶B，是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在细胞存活和凋亡中起重要的作用，在维持血管内稳态和血管形成过程中也发挥着重要的作用[17]。在新生小鼠的心肌细胞中，Akt负向调节AMPK的激活[18-19]，但在内皮细胞中，剪切力应激[20]可同时激活AMPK和Akt两条信号通路，且两者在血管形成过程中又发挥着协同作用。生理状态下激活的AMPK可通过磷酸化内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)参与内皮细胞的血管形成过程，但其作用较弱，它的促血管形成效应在很大程度上是通过激活Akt来发挥作用的。然而在低氧应激状态下，随着缺氧时间的延长AMPK的促血管形成作用变得尤其重要，相比之下Akt信号肽在低氧状态下发挥促血管作用已不明显[21]。此外，激活的AMPK通过增加糖代谢、脂肪酸氧化和提高胰岛素的敏感性而激活磷脂酰肌醇3-激酶-Akt信号通路来促进血管形成和生长因子的合成[22]。因此,AMPK和Akt两条信号通路之间协同又拮抗的复杂关系值得进一步的探讨和研究。

4.2AMPK与沉默信息调节因子1的关系 沉默信息调节因子1(silence information regulator type 1，SIRT1)是一种核蛋白，可通过与不同的非组蛋白相互作用参与众多基因转录、细胞生长周期、能量代谢等体内许多生理功能的调节。此外，SIRT1还可以通过调控叉头框O转录因子1参与内皮细胞的血管形成[23-24]。近年来SIRT1与AMPK两信号肽间的相互关系引起了各科学术研究者的深切关注。已有研究证实，SIRT1与AMPK两信号肽在不同组织和细胞中存在相互作用[25-27]。大量研究已表明，AMPK在内皮细胞的血管生成过程中亦发挥着不可或缺的作用[9,14-16]，然而SIRT1是否参与了AMPK的促血管形成作用或AMPK是否参与了SIRT1的促血管形成作用还有待于进一步研究和探讨。

4.3AMPK与eNOS的关系 eNOS是调控血管功能的关键，它在调节内皮细胞的血管形成过程中也发挥着重要的作用[28-29]。大量研究显示，AMPK位于eNOS的上游，它能激活eNOS的多个磷酸化位点，如1177和633两个丝氨酸激活磷酸化位点[30,3]和495苏氨酸抑制性磷酸化位点[30]。新近研究表明，在内皮细胞中，AMPK依赖性eNOS磷酸化在血管形成过程中发挥着重要的作用[31-32]，在eNOS基因剔除小鼠的内皮细胞中可观察到剪切力刺激诱导的AMPK激活明显被削弱[33]，由此可见eNOS的磷酸化是AMPK参与介导的血管形成过程的又一个重要靶点。

此外，AMPK还可通过调节上述信号通路参与血管形成：①能够通过调控乙酰辅酶A羧化酶增加β脂肪酸氧化和ATP的产生为血管形成提供能量而促进血管形成过程。②在骨骼肌中长期训练促进的AMPK介导的血管内皮生长因子的高表达有赖于过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活物1α的参与[34]。③通过增加β脂肪酸氧化和ATP的产生为血管形成提供能量而促进血管形成过程[35]。

5 结 语

目前，根据AMPK调控血管形成理论及其在生理病理血管生成过程中作用的探讨，许多血管生成的激动剂和抑制剂已被应用于相关疾病的治疗。但更详细的生理生化机制以及在动物模型上的应用还需进一步研究。随着对AMPK调控血管生成过程的深入研究将使其成为治疗心血管系统疾病的潜在靶点，这对人类疾病的研究及诊断具有深远意义。

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