腺苷酸活化蛋白激酶与心肌缺血再灌注损伤的研究进展

刘家袁，梁贵友,王红阳

(遵义医学院附属医院,贵州遵义 563000)

·综述·

腺苷酸活化蛋白激酶与心肌缺血再灌注损伤的研究进展

刘家袁，梁贵友,王红阳

(遵义医学院附属医院,贵州遵义 563000)

腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)作为心肌细胞的能量感受器，其不仅能调节并感知心肌细胞内的能量状态，还能在心肌细胞缺血、缺氧条件下被激活，通过抑制ATP的消耗代谢途径，刺激ATP的生成代谢途径，维持心肌细胞的能量稳态，减少能量供应不足对心肌产生的损伤。此外，激活的AMPK还能通过抑制内质网应激、抑制细胞凋亡、优化能量代谢、调节自噬等作用减少缺血-再灌注过程中心肌细胞的损害面积，从而延长心肌细胞的存活率。

心肌缺血再灌注损伤；腺苷酸活化蛋白激酶；能量代谢；心肌细胞；细胞自噬

心肌缺血再灌注损伤(MIRI)是指心肌组织细胞在低灌流缺血后恢复血液再供应时，心肌组织细胞的缺血性损害并未减轻或恢复，反而加重了其缺血性损伤的现象。如心脏手术、冠脉搭桥、脏器血供梗塞后再通、器官移植以及休克脏器低灌流纠正后都可能发生再灌注损伤。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)广泛存在于真核细胞中，是一种进化上保守的能量传感器，在调控能量平衡和代谢方面起着重要的作用。其不仅能够维持缺血再灌注过程中心肌的能量平衡，还能产生心肌保护作用，抑制心肌细胞的凋亡。AMPK是由一个催化亚基α、两个调节亚基β和γ组成的进化上保守的异源三聚体。其中催化亚基α包含两种亚型即α1和α2，调节亚基β包含两种亚型即β1和β2，以及调节亚基γ包含γ1、γ2、γ3三种亚型[1～3]。AMPK广泛分布于真核细胞中，不同的组织和细胞具有不同的同分异构体[4]。

1 AMPK的活性及调节

1.1 AMP/ATP比值调节 在生理条件下，真核细胞内AMP的含量很低，AMPK基本处于冬眠状态。然而细胞在缺血、缺氧、饥饿、能量消耗、氧化应激等条件刺激下，均会导致机体内AMP/ATP比值升高，促使AMPK快速激活，从而关闭ATP的消耗代谢途径，开启ATP的生成代谢途径，维持机体的能量供应需求，因而，AMPK也被称为“细胞的能量调节器”。此外，AMP能够通过与γ亚基的结合，变构激活AMPK，并能磷酸化α亚基苏氨酸172位点从而使其不被去磷酸化，提高及维持AMPK激酶的活性。5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸作为AMPK的常用激活剂，能被细胞所摄取，通过磷酸化作用形成与AMP作用相似的一磷酸衍生物5-氨基-4-甲酰胺核苷酸，变构激活AMPK。

1.2 非AMPK依赖的调节通路 在骨骼肌中瘦素能够激活AMPK的亚单位，通过抑制酰基辅酶A羧化酶的活性，促进脂肪酸的β氧化。血浆中的瘦素多是以游离及结合的形式存在的，肥胖患者循环中的瘦素大多是处于游离状态的，以单体形式分布于血浆中。此外，瘦素还能够选择性激活骨骼肌中的α2亚基，抑制下丘脑中AMPK的活性，抑制机体的食欲，导致体重下降。近年发现，脂联素能够快速激活AMPK，在提高糖脂代谢、促进新血管形成、抗炎、缓解胰岛素抵抗等方面具有重要的作用，然而其激活AMPK的具体信号转导机制仍不确定[5]。此外，二甲双胍、罗格列酮、非洛贝特、氟伐他汀等临床上常用的药物都能激活AMPK。

1.3 AMPK激酶通路 截至目前发现的AMPK上游激酶有三种，即LKB1、CaMKKβ和TAK1。LKB1是一种抑癌基因，其能直接磷酸化α亚基中苏氨酸172位点从而促进AMPK的激活。已有研究发现，LKB1可以与另外两个亚基STRADα/β和MO25α/β形成复合物，作为AMPK级联系统的上游激酶，从而活化AMPK及其亚家族的多种激酶[6]。CaMKKβ主要存在于神经系统中，主要是通过增加细胞内Ca2+的浓度来激活AMPK，不依赖于AMP/ATP比值影响。此外，体外TAK1及其相关蛋白TAB1能够通过磷酸化AMPKα亚单位中苏氨酸172位点来刺激AMPK的激活。

2 AMPK与心肌缺血再灌注损伤

2.1 调节心肌能量代谢 研究显示，AMPK的快速激活可以提高骨骼肌和心肌细胞膜上的Glut4 mRNA的表达水平从而促进Glu的跨膜转运[7，8]。AMPK激活后，能够通过促进缺血心肌内ATP的生成途径，抑制ATP的消耗途径来维持心肌细胞内的能量平衡，减少心肌细胞的损伤，产生心脏保护作用。在缺血缺氧情况下，激活的AMPK能够促进心肌细胞膜上Glut4的跨膜转位，增加葡萄糖的摄取和利用。在再灌注早期，激活的AMPK可以抑制ACC的活性，减少丙二酰辅酶A的含量，促进脂肪酸的氧化，弥补机体的能量消耗[9]。然而，AMPK的激活还增加了过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活剂-1α以及锰超氧化物歧化酶mRNA的活性，促进了线粒体的生物合成，抑制了线粒体活性氧簇的生成，从而促进了脂肪酸的氧化。此外，在缺血缺氧期间，AMPK的激活还能通过磷酸化糖酵解过程的限速酶--磷酸果糖激酶-2刺激2,6-二磷酸果糖的生成，加速机体的糖酵解途径，从而为机体产热提供能量。

2.2 抑制蛋白质的合成 研究表明，AMPK对蛋白质合成途径的调控主要表现在翻译过程。其主要机制有：① AMPK的激活能够导致延长因子2激酶的激活和增加其磷酸化，从而抑制蛋白质翻译过程的延长,减少蛋白质的合成，减少机体的能量消耗。②磷酸化的AMPK能够致使哺乳动物体内雷帕霉素靶蛋白(mTOR)失活，从而抑制蛋白质的生物合成。在缺血缺氧条件下，mTOR活性减弱，导致mTOR对其效应器真核细胞启始因子4E结合蛋白、S6激酶、核糖体蛋白S6激酶和真核细胞起始因子4G的磷酸化作用减弱，从而抑制机体的蛋白质合成途径，减少ATP的消耗[10]。③AMPK能够直接磷酸化，导致其上的结合蛋白raptor的解离，使得mTOR丧失活性，从而抑制机体内蛋白质的合成途径，减少能量消耗[11]。

2.3 保护心肌内皮细胞的功能 Gonon等[12]研究发现，脂联素能够促进心肌内皮细胞产生NO，降低内皮细胞粘附分子的表达，抑制心肌内皮细胞的凋亡，减少巨噬细胞中细胞因子的生成。脂联素在心肌缺血再灌注过程中能够刺激AMPK的快速激活，激活的AMPK能够通过磷酸化内皮型NO合酶的Ser1177位点和Ser633位点增加NO的产生，促进血管平滑肌的舒张，增加血流，改善心肌缺血再灌注损伤。此外，AMPK还能通过增加内皮细胞对游离脂肪酸(FFA)的氧化利用，减轻FFA堆积所造成的心肌内皮细胞脂毒性，降低心肌内的胆固醇水平，从而产生保护效应。AMPK激活后能够抑制中性粒细胞与内皮细胞间黏附和减少cAMP介导的上皮氯化物的分泌，从而减轻心肌内皮细胞的炎症反应。

2.4 抑制心肌细胞凋亡 Raymond等[13]对AMPK活性被长期抑制的转基因小鼠进行了实验研究发现，与野生型小鼠相比其左室收缩压的变化速率较低，且在缺血再灌注后其心功能恢复时间延长，Caspase-3的活性增加，导致心肌细胞凋亡率升高。Chin等[14]在C57BL/6J小鼠心脏移植模型中发现激动剂二甲双胍能够通过刺激AMPK的快速激活抑制心脏移植过程中缺血再灌注损伤所引起的心肌细胞凋亡，改善移植心脏功能及其移植后的慢性排斥反应。Shibata等[15]研究发现，在接扎小鼠冠状动脉左前降支血管30 min再灌注48 h之后,与野生型小鼠相比在心肌缺血再灌注期间脂联素基因敲除小鼠的心肌梗死面积增加，心肌细胞的凋亡活性升高，TNF-α基因的表达增加，AMPK的磷酸化能力下降。但在缺血再灌注后给脂联素基因敲除的小鼠补充脂联素后，其心肌细胞的凋亡率明显降低，磷酸化AMPK的含量增加。此外，在应用脂联素后小鼠新生的心肌细胞具有一定的抵抗缺血缺氧的能力。而使用突变的具有抑制作用的AMPK预处理小鼠心脏后，则其心肌细胞的凋亡率明显增加。Timmermans等[16]研究发现，在给予A-769662激活AMPK的小鼠离体心脏中，其左室的收缩功能恢复良好，心肌坏死及梗死面积缩小，并伴有心肌真核延长因子-2的磷酸化和失活，维持了心肌缺血期的能量供应，抑制了缺血性挛缩的发展过程，减轻了心肌细胞的坏死和凋亡。

2.5 调节自噬 Matsui等[17]研究发现，在心肌再灌注过程Beclin-1基因的表达水平显著升高，而在缺血期则无此现象。相反，在敲除Beclin-1基因的小鼠心脏中，自噬体在再灌注过程的形成受到了明显的抑制。由此说明，在心肌缺血再灌注期间Beclin-1基因能够诱导心肌发生自噬现象。然而，Beclin-1基因和Beclin-2基因间平衡关系能够间接的调控心肌细胞的自噬过程，Beclin-2基因的表达水平下降不但可以诱发心肌细胞凋亡还能通过激活Beclin-1基因来激活自噬，此时的自噬对心肌是有害的，能够诱导心肌细胞坏死和凋亡。此外，在模拟心肌缺血诱导细胞自噬的葡萄糖缺乏小鼠心脏中，AMPK被激活和mTOR信号通路受到抑制，抑制AMPK的活性能够减少葡萄糖缺乏引起的保护性自噬，表明缺血期AMPK的激活可以诱发心肌保护性自噬现象。

2.6 抑制内质网应激反应 Dong等[18]研究发现，在敲出小鼠AMPKα2亚基后，其内质网应激反应会显著增加，由此证明，AMPK可以作为内质网应激的抑制剂。Tao等[19]在小鼠缺血再灌注模型试验研究中发现，激活的AMPK能够通过抑制心肌内异常的内质网应激反应产生心肌缺血再灌注损伤保护效应。此外，激活的AMPK会增加糖调节蛋白-78表达水平，降低促凋亡分子CHOP、caspase-3和caspase-12的表达水平，促进抗凋亡蛋白Bcl-2在心肌内表达，从而抑制内质网应激诱导的心肌细胞的凋亡。

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国家自然科学基金项目(81360035、81560058)；贵州省科技攻关重点项目(黔科合SZ字2014-3022号)；贵州省教育厅自然科学招标项目(黔教科合KY字2013-165号)。

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R654

A

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;2017-01-17)