AMP活化蛋白激酶在肝病中的研究进展

陈晓鸣，李溢，李华

(南京医科大学附属苏州科技城医院麻醉与围术期医学科，江苏 苏州 215153)

AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是AMPK信号通路的核心分子，是细胞中调节能量代谢的关键因子。AMPK可以感受并对细胞能量状态做出应答，是细胞内的能量感受器和代谢调节开关。AMPK还参与调节耗能的病理过程，如炎症、凋亡和增殖等[1-2]。AMPK还参与2型糖尿病、肿瘤等多种疾病的发生发展。肝脏激酶B1是活化的AMPK的重要上游分子，也是强大的抑癌因子，该因子的突变失活与多种恶性肿瘤相关[3]。肝脏是机体重要的代谢器官，其功能包括蛋白合成、糖脂代谢、胆汁生成和分泌、异型物质清除等，由于生理功能的特殊性，病原体感染、药物、毒物、代谢紊乱、免疫因素等易造成肝细胞损伤，而损伤过程与炎症、凋亡、代谢改变等密不可分。AMPK与肝脏的生理病理过程关系密切，可能参与非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)、肝纤维化、肝癌、病毒性肝炎等多种急慢性肝病的发生发展，并有望成为治疗部分肝病的潜在药物靶点。现就近年来AMPK在肝病中的研究进展予以综述。

1 AMPK概述

AMPK是由α、β、γ三种亚基组成的异三聚体，其基因序列在真核生物中高度保守。α亚基为催化亚基，有α1、α2两种亚型，N端含有一个磷酸化位点(Thr172)，该位点磷酸化后AMPK的活性可升高100倍，C端与β亚基结合；β亚基有β1、β2两种亚型，其功能主要是保持AMPK蛋白结构的稳定以及参与对AMPK激动剂的应答；γ亚基分为γ1、γ2、γ3三种，作为调节亚基参与调节α亚基的催化活性[4-5]。不同亚基可组合成不同的异三聚体，其在不同组织中的分布也不同，肝脏以AMPKα1为主[4-5]。

当AMP/ATP升高时，AMP可与γ亚基结合，变构激活AMPK；当AMP/ATP降低时，AMPK的活性受到抑制。此外，肝脏激酶B1与钙离子/钙调蛋白依赖性蛋白激酶也是活化AMPK的重要激酶，可将AMPK的Thr172位点磷酸化，从而激活AMPK。除生理性AMP/ATP升高活化AMPK外，低氧、饥饿以及无糖刺激等也可活化AMPK。

2 AMPK在肝病中的作用

2.1NAFLD 随着肥胖的流行，NAFLD已成为全球最常见的慢性肝病，严重者会进展成为肝硬化、肝癌甚至死亡[6-7]；NAFLD也与动脉硬化、肾脏病及恶性肿瘤等多种慢性病相关，严重威胁人类健康[8-9]。鉴于AMPK在细胞能量代谢中的重要作用，其在NAFLD发生机制及治疗中的作用愈发受到重视。

肝细胞脂质代谢紊乱是导致NAFLD发生的主要因素。肝脏三酰甘油的来源主要包括4个途径：①存储在外周脂肪组织而释放入血的脂肪酸；②从头合成的脂肪酸；③膳食脂肪酸；④乳糜微粒。AMPK与前两个途径关系密切。血非酯化脂肪酸是肝脏脂肪沉积最主要的来源[10]。在胰岛素敏感的个体中，胰岛素会抑制白色脂肪组织分解，降低血非酯化脂肪酸水平；发生胰岛素抵抗时，胰岛素不能抑制脂肪分解，导致非酯化脂肪酸增多。在肥胖人群中，脂肪组织AMPK活性的降低与胰岛素抵抗程度相关[11]。特异性敲除小鼠脂肪组织中β1/β2亚基使AMPK失活，可引起脂肪组织胰岛素敏感性降低及肝脏脂质沉积[12]。因此，AMPK活性降低可引起胰岛素抵抗，血非酯化脂肪酸水平的升高可导致肝脏脂质沉积。在健康人群的肝脏中，从头合成来源的三酰甘油占比低于5%，而在NAFLD患者中占比达26%，说明NAFLD患者的脂质合成显著增强[10，13]。乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)是参与脂质合成的重要因子，抑制其活性是减少脂质合成的重要手段。Fullerton等[14]研究发现，AMPK可通过磷酸化ACC1(Ser79)和ACC2(Ser212)抑制其活性，减少丙二酰辅酶A的生成，抑制脂肪酸从头合成，改善NAFLD。同时，AMPK抑制ACC后使丙二酰辅酶A的生成减少，而丙二酰辅酶A是线粒体脂肪酸氧化过程的限速酶肉碱棕榈酰转移酶Ⅰ的抑制因子。因而AMPK活化还会使肉碱棕榈酰转移酶Ⅰ的活性增强，促进脂酸转运入线粒体氧化。此外，AMPK还可以直接磷酸化固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element-binding protein，SREBP)-1c，下调脂质合成基因[15]。综上可知，AMPK活化可以减少外周脂肪组织释放脂肪酸、抑制脂质合成、促进脂质降解等，从而减少脂质在肝脏沉积。

活化的AMPK可以防治NAFLD。有学者构建了肝脏特异性AMPK持续活化的转基因小鼠，结果发现，AMPK活化显著抑制了饮食诱导的肝脂肪变性，并降低了炎症因子和纤维化基因的表达[16-17]。抑制AMPK通路活化会加重高脂饮食诱导的NAFLD[18]。由此可知，AMPK活化可防治NAFLD并改善预后。药物或小分子化合物也可以激活AMPK，改善NAFLD。2型糖尿病的一线用药二甲双胍是目前公认的AMPK激动剂，可以活化AMPK，减轻NAFLD[14，19]。纳米氧化锌、辅酶Q10等在小鼠体内也可通过活化AMPK减轻NAFLD[20-21]。综上可知，AMPK信号通路有可能成为治疗NAFLD的关键靶点。

2.2肝纤维化 肝纤维化是病毒感染、酒精性脂肪性肝病、NAFLD等多种慢性肝病的共同后果，其发生与炎症细胞浸润、肝星状细胞活化、转化生长因子-β通路活化以及胶原沉积密切相关，并可引起胆汁淤积，严重时会进展为肝硬化、肝癌。在此过程中，星状细胞的活化尤为重要，因此抑制肝星状细胞活化是阻断肝纤维化的关键。既往研究发现，星状细胞活化与细胞内pH值的升高密切相关[22]。Marrone等[23]报道，AMPK活化下调氢离子-ATP酶复合体的表达，抑制星状细胞内pH值的升高。此外，AMPK活化通过下调血小板源性生长因子和单核细胞趋化蛋白1的表达，降低星状细胞及转化生长因子-β/Smad通路的活性，还可通过抑制细胞因子信号转导抑制因子3的表达促进星状细胞凋亡[24-26]。同时，活化的AMPK还能阻断Smad复合物与p300结合，抑制纤维化相关基因的转录和炎症细胞浸润，从而减轻肝纤维化[27]。

AMPK通路激动剂也具有抑制肝纤维化的作用。Hu等[28]在四氯化碳和胆管结扎诱导的肝硬化大鼠中发现，使用AMPK激动剂活化AMPK信号通路不仅可以降低门静脉压力，还能减轻肝纤维化程度。在硫代乙酰胺诱导的肝纤维化小鼠中，多种AMPK通路激动剂都可以减轻肝纤维化[29-30]。

2.3肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC) HCC是第六大常见的恶性肿瘤，肿瘤相关死亡率居第三位[31]。AMPK信号通路在HCC的发生发展中发挥了重要作用。Yang等[32]的研究纳入了426例肝纤维化患者，根据肝组织AMPK的活化水平分组，结果发现，磷酸化AMPK水平高者HCC的发生率较磷酸化AMPK水平低者显著降低，说明AMPK活化能够预防HCC的发生。受AMPK调控的ACC磷酸化位点突变后，ACC活化后促进了肝细胞内脂质合成和HCC发生[33]。蛋白磷酸酶5通过与AMPK相互作用抑制AMPK通路，进而促进HCC发生[34]。AMPK不仅参与HCC的发生，在HCC的进展中也发挥重要作用。活化的AMPK信号通路能抑制HCC进展。低剂量的二甲双胍通过活化AMPK信号通路，促进HCC细胞衰老，从而抑制HCC[35]。AMPK还参与众多抑癌因子的下游通路。HCC相关蛋白TD26的C端与截短的SREBP1相互作用，影响AMPK对SREBP1的转录抑制，导致SREBP1表达升高，使脂肪合成增加，促进HCC细胞增殖[36]。Hou等[37]研究发现，乙醛脱氢酶通过活化AMPK信号通路抑制HCC进展。AMPK信号通路还参与抑制HCC细胞耐药。活化的AMPK通路可以下调耐药基因的表达，上调HCC干性基因表达，降低HCC细胞对索拉菲尼的耐药[38]。

也有部分研究认为AMPK通路可促进HCC进展。Gao等[39]发现，胆汁酸中的重要成分——甘氨酸鹅脱氧胆酸可通过活化HCC细胞的AMPK/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路促进自噬，增强HCC细胞的侵袭力。此外，AMPK信号通路活化会诱导长链非编码RNA——代谢诱导肿瘤活化因子1表达的升高，增强上皮-间充质转化，促进HCC转移[40]。

AMPK在肿瘤中的作用可能具有“环境依赖性”。AMPK缺失协同癌基因突变促进B细胞和T细胞淋巴瘤模型发生癌变[41-42]；而在部分小鼠白血病模型中，敲除AMPK则不利于肿瘤细胞生存[43-44]。由此可知，AMPK在肿瘤发生和进展两个过程中可能发挥不同的作用，在不同组织肿瘤中的作用也不同。目前AMPK在HCC中作用的研究相对较少，还需更多更高质量的动物研究，以进一步明确AMPK在HCC发生和进展中的作用。

2.4肝炎

2.4.1乙型肝炎 乙型肝炎病毒在世界范围内造成约3.5亿人发生急慢性肝炎，是引起我国肝硬化、肝癌的第一大病因[45]。有研究发现，动物体内活化的AMPK具有抗病毒功效，能减轻炎症反应。常山酮是一种可以参与免疫调节的植物碱，在乙型肝炎病毒感染的SD大鼠中，使用常山酮可以使AMPK和核因子κB通路抑制物A的表达升高，激活AMPK并抑制核因子κB引起的炎症反应，进而抑制病毒复制[46]。

2.4.2丙型肝炎 丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)感染是引起肝硬化、肝癌的另一大原因。HepG2细胞表达HCV核心蛋白后，AMPK的表达下调，脂质合成相关基因表达上调，而脂质代谢基因表达下调，造成肝细胞胰岛素抵抗和脂质沉积[47]。两者促进肝纤维化，并导致慢性丙型肝炎患者对干扰素治疗的敏感性降低[48]。使用激动剂活化AMPK不仅可以减轻细胞脂质沉积，还能抑制病毒复制[49]。干扰素在丙型肝炎的治疗中占据重要地位，Ⅰ型干扰素信号通路的活化对于清除HCV至关重要。AMPK通路激动剂二甲双胍、2-辛炔酸能够激活干扰素信号通路，抑制HCV核心蛋白的表达和病毒复制[50-51]。综上，AMPK信号通路可能成为治疗HCV感染的重要靶点。

2.5其他肝病 急性重型肝炎死亡率高、预后差，是一种严重的肝病，其病因包括病原体感染、药物、毒物等。近年来有学者利用脂多糖和D-氨基半乳糖构建了急性重型肝炎模型发现，使用AMPK抑制剂compond C预处理小鼠能够减轻肝组织损伤，并提高小鼠存活率[52]。但也有学者在类似小鼠模型中发现，使用AMPK激动剂可减少促炎细胞因子释放，抑制肝细胞凋亡，减轻肝损伤，提高小鼠存活率[53]。总体来说，关于AMPK在爆发性肝炎中的作用尚未明确，还需更多模型、更高质量的动物研究明确。自身免疫性肝病也是引起慢性肝损伤的原因之一。Wang等[54]发现，小檗碱可以活化AMPK，减轻伴刀豆球蛋白诱导的小鼠自身免疫性肝炎的炎症反应和肝损伤。

2.6胆汁淤积 多种病因可导致胆汁淤积，并与多种肝病互为因果，常见病因有药物不良反应、激素、肝纤维化、急性肝炎等，最终可导致肝硬化、恶性肿瘤或肝衰竭。由于对胆汁淤积的认识相对有限，其内在分子机制和相关信号通路尚不完全明确，除熊去氧胆酸、鹅去氧胆酸以及肝移植外，治疗手段十分有限。近年来研究发现，AMPK活化可促进胆汁淤积。Nammour等[55]发现，AMPK激动剂二甲双胍会导致胆汁淤积，进一步研究发现，其机制与法尼酯X受体有关。法尼酯X受体是最早发现的胆酸受体，可被胆酸激活，并能抑制胆酸合成，促进胆酸转运。活化的AMPK不仅可抑制法尼酯X受体的表达，还能直接磷酸化法尼酯X受体，并抑制其活性，从而造成胆汁淤积[5，56]。

3 小 结

AMPK是组织中重要的信号通路分子，其功能广泛而强大。肝脏是参与人体营养和能量代谢的重要器官，随着研究的深入，AMPK在肝细胞能量代谢、应激、疾病发生发展等病理生理过程中的功能被逐步揭示，并与NAFLD、肝纤维化、肝癌、病毒性肝炎、爆发性肝炎等多种急慢性肝病的发生发展相关，有望成为部分肝病的治疗靶点。AMPK是能量代谢的关键分子，其在NAFLD等代谢性疾病中的研究相对较多。目前，NAFLD的治疗手段相对有限，特异性活化AMPK的药物有望成为治疗NAFLD的新方法，但在病毒性肝炎、肝纤维化及肝癌等研究中尚缺乏高质量的动物研究。AMPK基因敲除的动物模型可更多地用于疾病研究，并有助于明确AMPK在肝癌发生和进展中的作用。AMPK激动剂种类较多，应用激动剂治疗肝病的研究大多处于初级阶段，还需更多更高质量的体内外研究进一步明确激动剂的安全性和有效性。此外，虽然特异性活化AMPK的药物及小分子激动剂的发现为深入探究肝病可能的治疗方法提供了工具，但这些激动剂活化AMPK后的下游通路及效应分子等仍需进一步探讨，以明确AMPK激动剂对不同肝病的作用，也为日后临床开展药物联用提供依据。AMPK是防治肝病的潜在重要靶点，但活化AMPK可能造成胆汁淤积，因而在研究中还应重视潜在的不良反应，为慢性肝病的治疗找到安全、有效的新方法。