AMPK信号通路在肝癌中的研究进展

景学芬 王翠峰 文荣

【摘要】 原发性肝癌发病率在全世界常见恶性肿瘤中位居第5位，死亡率位居第3位，其中90%以上的原发性肝癌属肝细胞肝癌。AMPK信号通路是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白通路，是广泛存在于哺乳动物体内的一种能量调节器，通过促进分解代谢、抑制合成代谢来调控肿瘤细胞的生长代谢。有研究证实当AMPK在肝脏中频繁发生异常表达及激活突变，其通过多种机制促进肝癌的发生发展，而且与肝癌的治疗及预后密切相关。因此，AMPK信号通路可作为一个新的靶标，为肝癌的诊断和治疗提供新的策略与思路。

【关键词】 AMPK； 肝癌； 信号通路

【Abstract】 The incidence of primary liver cancer is the fifth most common malignancy over the world with the third highest mortality rate.More than 90% of primary liver cancer is hepatocellular carcinoma.AMPK signal pathway is a highly conserved serine/threonine protein pathway.It is an energy regulator that widely exists in mammals and regulates the growth and metabolism of tumor cells by promoting catabolism and inhibiting anabolism.Studies have shown that when AMPK is frequently expressed abnormally in the liver and activation of mutations，which through a variety of mechanisms to promote the occurrence and development of hepatocellular carcinoma，but also with the treatment and prognosis of hepatocellular carcinoma are closely related.Thus，AMPK signaling may become a potential target for treatment，providing new directions and strategies for HCC.

【Key words】 AMPK； Hepatocellular carcinoma； Signaling pathway

First-authors address： The First Affiliated Hospital of Baotou Medical College，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.20.037

恶性肿瘤是全球的公共健康问题，而原发性肝癌发病率在全球常见恶性肿瘤中位居第5位，死亡率排第3位[1]。从组织学划分上，原发性肝癌可分为三种类型，分别为肝细胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）、胆管细胞肝癌和混合型肝癌，而其中肝细胞肝癌占了90%以上。流行病学调查显示，HCC在不同的地区发病率有所不同，其中高发病率集中在东南亚和撒哈拉沙漠以南的非洲这些发展中国家，而发达国家的发病率相对较低，如北美、南美以及北欧这些国家。导致HCC的致病因素很多，其中病毒性肝炎引起HCC占绝大多数，此外脂肪肝、黄曲霉素、酗酒以及不洁水的长期饮用均是引起HCC的高危因素。由于HCC起病隐匿、发展速度快、恶性程度高且缺乏典型的临床表现，导致多数患者在确诊时已处于晚期，出现肿瘤的远处转移。肝癌一旦发生其他脏器的转移则明显影响预后，术后生存率也随之降低，这是引起肝癌死亡的重要因素。因此，對肝癌发生、发展的早认识及有效治疗成为新的挑战。

AMPK广泛存在于动植物体内，是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸结合蛋白，其作为一种能量平衡器，在能量代谢调节方面起到关键性作用，而且对肿瘤细胞的生长、增殖、自噬、新生血管形成、侵袭转移、应激反应和极性调控方面均具有重要意义。有研究显示，AMPK的磷酸化和肝癌组织大小呈明显负相关[2]。本文通过综述AMPK信号通路在肝癌发生、发展过程中的作用机制，探讨AMPK信号通路作为肝癌诊断、治疗靶标的前景。

1 AMPK的结构及信号通路的调节

AMPK是广泛存在于动植物体内的重要蛋白激酶，它是由α、β和γ3个亚基组成的异源三聚体复合物[3]。这3个亚基共由7个基因编码（α1，α2，β1，β2，γ1，γ2，γ3），不同的亚单位可以自由排列组合形成不同的AMPK三聚体，人体肝脏中AMPK复合体主要为α1β2γ1型。α亚基为催化亚基，β和γ亚基为调节亚基。α亚基由N末端Thr172催化结构域、C末端β和γ亚基结合域以及两个区域中间的自抑制结构域（AID）组成，其中Thr172位点磷酸化是AMPK激活的标志。β亚基中N末端多个区域可以被豆蔻酰化和磷酸化，位于C末端和N末端之间的糖原结合域（CBM/GBM）可以结合糖原，抑制AMPK的活性，C末端的结构域主要起到链接α亚基和γ亚基的作用，β亚基对AMPK组装和定位十分重要。γ亚基有

4个重复串联的CBS序列构成的核苷酸结合位点，其中1和3位点主要结合ATP，当细胞处于能量下限时，ATP则会被AMP所替代，通过变构效应激活AMPK[4]。

AMPK是能量稳态的中枢调节因子，它协调代谢途径，从而平衡营养供应与能量需求。其上游靶点主要分子为肝激酶1（LKB1），是位于

19号染色体短臂上的肿瘤抑制基因，广泛分布于人体多种组织中。Rowa等通过采用原位杂交技术对LKB1mRNA检测的过程中发现，其表达很普遍，几乎存在于所有的组织中，只是表达的强度有所不同。研究证实增殖越活跃的肿瘤组织，其表达可能越强。也有研究显示，当LKB1在细胞中出现高表达时，在细胞核中的表达远远高于细胞质，抑制肿瘤细胞生长的关键是位于细胞质中的LKB1。AMPK是LKB1的唯一底物，其通过使AMPKα亚基Thr172磷酸化而激活AMPK，进而在控制和调节细胞能量代谢、细胞增殖、细胞凋亡和细胞极性中发挥作用。有研究表明，AICAR可诱导含有野生型LKB1的肺癌细胞凋亡，而当将LKB1敲除或者使其突变失活后，AICAR的肿瘤诱导作用明显抑制，这可能与突变的LKB1丧失了激酶活性，从而失去了对细胞生长增殖的控制有关。这也进一步证实了LKB1对肿瘤负性调控的观点。

AMPK的下游靶点雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是真核生物中高度保守的STK，其活性能够被雷帕霉素抑制。mTOR主要通过调节蛋白质翻译来控制细胞生长。活化的AMPK可抑制mTOR的活性，抑制蛋白质的合成翻译，进而起到负性调控肿瘤生长的作用。

2 AMPK信号通路在肝癌中的研究

AMPK作为一种能量平衡器，在调节细胞能量代谢、氧化应激及自嗜方面发挥着重要作用，由于肝脏调节脂肪酸氧化和脂质代谢的重要作用，AMPK与正常肝功能之间的联系非常明显，包括HCC在内的肝脏疾病往往与代谢紊乱有关，LKB1和AMPK表达的丧失与不良预后相关。在肝切除术前采集的患者样本中，低LKB1表达与肿瘤的严重程度和显著更短的无病生存相关[5]。类似地，患者肿瘤中AMPK活性降低与侵袭性临床表型和不良预后相关[6]。由此看来LKB1-AMPK途径直接影响HCC细胞的增殖[2]。在肝癌治疗方面的研究中，发现很多治疗药物药效的发挥依赖于AMPK信号通路，这将会使AMPK有望成为新的分子靶标，改善肝癌的预后，提高生存率。

2.1 AMPK信号通路与肝癌发生的分子机制 肝脏是与消化、解毒、合成和储存相关的最重要的器官之一，具有较高的能量代谢率，在糖代谢中发挥着重要作用，这正好为肿瘤的特殊能量代谢方式-有氧糖酵解（Warburg）提供了有利条件。AMPK维持肝癌细胞的能量代谢主要是通过促进葡萄糖的摄取利用以及抑制糖原的合成分解而完成的。葡萄糖在糖酵解过程中的关键酶为2，6-2磷酸果糖激酶（PFK-2），其合成需要6-磷酸果糖激酶2（iPFK-2）的参与，AMPK可以激活iPFK-2，使PFK-2的合成增加，从而促进糖酵解的进程，进而影响HCC的糖类代谢途径。同时还发现，AMPK能抑制糖原合成，主要是抑制糖原合酶（GS）ser位点。研究显示将肿瘤细胞中的AMPKα2敲除后，可以避免细胞GS活性的丧失[7]。同时，由于糖酵解的增加肿瘤细胞微环境中会产生大量的乳酸，酸性环境将为肝癌的转移提供有利条件。

雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是位于AMPK信号通路的下游分子，其主要通过调节细胞蛋白质的合成代谢而影响肿瘤细胞的生长、增殖，参与调节细胞的免疫及凋亡过程。研究发现，当细胞处于应激状态时，细胞中的ATP分解增加合成减少，变构活化的AMPK通过抑制mTOR的活性可以降低细胞的能量消耗，进而保证肿瘤细胞的能量供应[8]。此外，蛋白质的翻译及延长与真核生物转录延伸因子2（eEF2）激酶的活性密切相关，AMPK可通过调节eEF2为肿瘤细胞提供能量储备。mTOR在各种肿瘤的研究中已被证实是一种强的促癌分子，在生物生理病理功能调节中均具有重要作用，但对其研究只是停留在对下位靶基因编码区RNA的研究，对非编码区的RNA的调节表达的研究还不完善。最新研究表明在高表达m TOR或者GP73的肝癌细胞中，mTOR/miR-27a/GP73可影响肝癌细胞的侵袭与转移，miR-27a对于此类肝癌可能具有良好的治疗效果，但其机制仍有待进一步的研究讨论[9]。

2.2 AMPK与肝癌的发生、发展 乙型肝炎病毒（HBV）与丙型肝炎病毒（HCV）感染是引起我国肝癌发生的重要诱因，两种肝炎病毒既可单独作用也能协同效应[10]。主要是以协同方式激活胆固醇调节元件敏感信号通路、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）和内质网应激，调控脂类的合成和代谢，增强细胞由脂肪变性向癌的转变。在此过程中，AMPK信号通路可通过降低甘油三酯（TG）在肝脏内的堆积以及负性调控AMPK的磷酸化而抑制脂类的合成代谢，进而影响肝细胞脂肪变性及向肝癌的发展[11]。随着人们生活质量的提高，在我国因不良饮食习惯所致的非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）成为仅次于病毒性肝炎的第二大肝病[12]。研究发现脂肪性肝炎可直接进展为肝癌，而不依赖常规的肝炎-肝硬化-肝癌的发病模式[13]。有研究证实AMPK可降低脂肪酸合成或增加脂肪酸氧化，延緩NASH向肝癌的发展，其主要通过下调mTORC1、上调PPARα的表达以及抑制LXR的转录等途径，进而实现多靶点调控NASH的病变程度[11]。最新研究表明，AMPK可能与脂肪肝及其相关性疾病所致的肝癌前病变相关，这为进一步探讨脂肪肝性肝癌前病变发生发展的分子机制提供了新的思路[14]。在Cheng等[2]研究中，通过使用30个临床组织样本研究了HCC中AMPK活性的临床病理学，包括细胞增殖、差异分级、肿瘤大小和微血管密度，发现HCC中的AMPK活性低于癌旁肝组织，AMPK活性与HCC细胞生长，肿瘤差异等级和肿瘤大小呈负相关，说明AMPK活性可能对HCC具有抑制作用。

恶性肿瘤细胞的发生、发展、转移以及凋亡均与机体的原癌基因的激活、抑癌基因的灭活以及能量代谢的异常密切相关。当细胞处于应急状态或能量代谢异常时，随着细胞微环境中酸性代谢物的增多，肿瘤细胞急易发生脱落及远处转移。而 AMPK 则可以通过调节抑癌基因的活性及纠正能量代谢紊乱来降低肿瘤的侵袭和转移。P53基因参与肿瘤细胞血管形成、细胞周期调控以及癌细胞的侵袭和转移，也有研究证实其与肿瘤的耐药性也有一定关系。当细胞能量代谢失衡时，AMPK可通过磷酸化P53丝氨酸残基而使其激活，活化的P53可通过负性调控mTOR通路中断肿瘤的增殖，降低肿瘤的侵袭转移。Akt蛋白与肿瘤的转移相关，而AMPK可以通过对Akt的调节来影响肿瘤的转移，但其中的信号传导关系非常复杂[15]。在长期服用化疗药物的肝癌患者中，促进肿瘤细胞凋亡的死亡受体CD95在耐药的肿瘤细胞中可以被激活，通过诱导NF-kB的活化增加肿瘤的侵袭性，而AMPK家族中的SNARK可以通过调节CD95-NF-kB通路来影响的侵袭转移[16]。同时AMPK也可通过影响金属基质蛋白酶（MMP）家族中的MMP-2和MMP-9蛋白来降低肿瘤细胞的侵袭性[17]。

2.3 AMPK与肝癌的靶向治疗 随着诊断技术的发展以及治疗手段的多样化，HCC治疗由原来的外科治疗变为了集手术、放化疗、移植、免疫靶向治疗为一体的复合治疗模式，其中靶向治疗由于其特异性强、毒副作用弱等优点成了近些学者研究的热点。鉴于HCC病理特点，它的治疗和预后主要取决于临床分期，晚期肝癌的治疗非常困难，极具挑战性，实现肿瘤的早期诊断及治疗显得尤为重要。研究证实，AMPK信号通路不仅可影响肿瘤细胞的增殖、侵袭转移，而且还具有抗肿瘤和逆转肿瘤多重耐药的作用。其中PI3K/AKT/mTOR信号通路的表达异常与HCC的肝内转移、血管浸润和恶性程度密切相关。目前依赖PI3K/AKT/mTOR信号通路的肝癌靶向治疗药物，如Everolimus、CC-223等正在进行治疗肝细胞癌的临床试验中。CTAB（一种纳米材料合成中的打孔剂）通过依赖AMPK信号通道也可起到抗肝癌的作用。有研究表明黄连素及其他影响细胞内能量代謝相关药物均可通过以AMPK为靶点来起到抗肿瘤的作用[18]。目前，索拉非尼是临床上唯一批准用于肝癌治疗的分子靶向药物，在使用的过程中仍存在一些问题，如可能造成严重的不良反应及沉重的经济负担，因此特异的靶向药物及个体化的用药方案是后续药物研发者们应该关注的地方。

3 展望

综上所述，在肿瘤整个代谢过程中，AMPK扮演着重要的角色，它通过复杂而又精细的调控网络，对肿瘤的发展及转归施以影响。但关于此信号通路在转移性肝癌引起的恶性腹腔积液中的表达情况，以及在恶性肿瘤的不同组织分型中的表达的异同及其分子机制等，目前鲜见报道，笔者有关此方面的研究正在进行中。虽然AMPK信号通路在肝癌中许多调节机制仍不清楚，但随着医学诊疗技术的发展、诊疗手段的提高、对疾病研究的深入以及药物研发的不断投入，相信AMPK信号通路可以为肝癌的靶向治疗药物的开发提供新的方向和机遇，为肝癌的治疗和预后提供新的策略与思路，最终使患者受益。

参考文献

[1] Siege R L，Miller K D，Jemal A.Cancer statistics[J].CA Cancer J Clin，2015，65（1）：5-29.

[2] Cheng J，Huang T，Li Y，et al.AMP-activated protein kinase suppresses the in vitro and in vivo proliferation of hepatocellular carcinoma[J].PLoS One，2014，9（4）：e93256.

[3] Joungmok Kim，Goowon Yang，Yeji Kim，et al.AMPK activators： mechanisms of action and physiological activities[J].Exp Mol Med，2016，48（4）：e224.

[4] David Grahame Hardie，Sheng-Cai Lin.AMP-activated protein kinase-not just an energy sensor[J]F1000Res，2017，6：1724.

[5] Robin Willows，Matthew J.Sanders，Bing Xiao，et al.

Phosphorylation of AMPK by upstream kinases is required for activity in mammalian cells[J]Biochem，2017，474（17）：3059-3073.

[6] Ji Cheng，Tao Zhang，Hongbin Ji，et al.Functional characterization of AMP-activated protein kinase signaling in tumorigenesis[J]Biochim Biophys Acta，2016，1866（2）：232-251.

[7] Ha J，Guan K L，Kim J.AMPK and autophagy in glucose/glycogen metabolism[J].Mol Aspects Med，2015，46：46-62.

[8]康红刚，张静，王彦文，等.mTOR抑制剂联合阿霉素在肝癌细胞株对化疗药物协同增敏中的作用研究[J].癌症进展，2017，15（8）：883-885，893.

[9]盖晓晨，汤步富，刘芳铭，等.mTOR负调控miR-27a并通过靶向降低GP73抑制人肝癌细胞侵袭[J].基础医学与临床，2017（7）：1015-1016.

[10] de Martel C，Maucort-Boulch D，Plummer M，et al.World-wide relative contribution of hepatitis B and C viruses in hepatocellular carcinoma[J].Hepatology，2015，62（4）：1190-1200.

[11] Zheng L，Yang W，Wu F，et al.Prognostic significance of AMPK activation and therapeutic effects of metformin in hepatocellular carcinoma[J].Clin Cancer Res，2013，19（19）：5372-5380.

[12] Rinella M E.Nonalcoholic fatty liver disease：a systematic review[J].JAMA，2015，313（22）：2263-2273.

[13] Guzman G，Brunt E M，Petrovic L M，et al.Does nonalcoholic fatty liver disease predispose patients to hepatocellular carcinoma in the absence of cirrhosis？[J].Arch Pathol Lab Med，2008，132（11）：1761-1766.

[14]王芸姣，韩文祺，李若菲，等.AMPK参与调节大鼠脂肪肝相关性肝癌前病变的形成[J].首都医科大学学报，2016，37（2）：208-213.

[15] Fran?ois Fabi，Kathy Grenier，Sophie Parent，et al.Regulation of the PI3K/Akt pathway during decidualization of endometrial stromal cells[J]PLoS One，2017，12（5）：e0177387.

[16] Meng Wei，Jiaming Liu，Mengchuan Xu，et al.Divergent Effects of Arsenic on NF-κB Signaling in Different Cells or Tissues：A Systematic Review and Meta-Analysis[J]Environ Res Public Health，2016，13（2）：163.

[17] Ong C W M，Elkington P T，Brilha S，et al.Neutrophil-derived MMP-8 drives AMPK-dependent matrix destruction in human pulmonary tuberculosis[J].PLoS Pathog，2015，11（5）：e1004917.

[18]潘悦. 基于以AMPK为靶点的药物抗肝癌和抗乳腺癌多药耐药作用及其机制探讨[D].长春：吉林大学，2017.

（收稿日期：2018-03-01） （本文编辑：程旭然）