AMPK在PCOS中的研究进展

2020-12-05庞聪慧张宁

中国生育健康杂志 2020年5期

庞聪慧张宁

多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome，PCOS )是临床常见的内分泌及代谢紊乱性疾病，在育龄期妇女中发病率高达10%～15%[1]。胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)是PCOS患者重要的代谢特征，由其进一步发展导致的糖、脂代谢异常在PCOS患者中普遍存在[2]。近期有研究指出[3]PCOS患者机体处于一种慢性炎症状态，PCOS患者血清中白细胞介素6(IL-6)及肿瘤细胞因子α(TNF-α)和C反应蛋白(CRP)等炎症细胞因子显著升高。腺苷酸激活蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)是调节糖类及脂肪代谢并维持细胞能量稳态的关键调节酶，近期研究证实其在炎症反应中也发挥着重要作用。本文通过文献梳理简要概括AMPK与PCOS之间的病理联系，以期为AMPK作为靶点治疗PCOS提供理论依据。

一、AMPK的构成

AMPK由三个异源三聚体组成，分别为 α，β，γ 亚单位，α亚单位主要发挥催化作用，AMPK是否激活与其磷酸化状态密切相关。其N端Thr172位点的突变可致使AMPK丧失活性[4]。β亚单位内含有可结合细胞内糖原颗粒的N-异淀粉酶区域，可对糖原作出反应，其C末端的结构域ASC和KIS是构成AMPK异源三聚体的关键位置[5]，γ亚基主要发挥调节作用，具有结合 AMP、ADP 和ATP 的特殊位点。在机体处于轻度能量缺乏时，细胞内的ADP增加并与AMPK的γ亚基结合，从而促进α亚基磷酸化或阻止其去磷酸化导致AMPK激活，而在重度能量应激时AMP 水平明显升高，则AMPK被进一步激活[6-7]。

二、AMPK与能量代谢

1.AMPK与糖代谢：活化后的AMPK可以帮助机体增强葡萄糖的摄入能力，抑制合成代谢的同时加强分解代谢。在小鼠骨骼肌中研究显示，AMPK提高机体对葡萄糖的摄取能力是通过磷酸化硫氧还蛋白相互蛋白(TXNIP)，从而使得细胞膜上的葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)的表达量增加，帮助更多的葡萄糖进入细胞发挥作用[7-8]。在心肌细胞和肿瘤细胞的研究中发现，AMPK可使糖原酸化酶(GP)发生磷酸化，进而加强糖原的分解代谢，同时抑制糖原合酶(GS)的磷酸化，进而使糖原的合成减少[8]。

2.AMPK与脂代谢：活化后的AMPK可以帮助机体加强脂肪酸的摄入能力，抑制合成代谢的同时加强分解代谢。研究证实AMPK激活可以增加小鼠心脏长链脂肪酸(LCFA)的吸收率，主要是通过转移细胞囊泡内的脂肪酸转运蛋白CD36至细胞膜上，从而使更多的脂肪酸进入细胞发挥作用[9]。同时AMPK可抑制乙酰CoA羧化酶1(ACC1)的磷酸化，阻断乙酰CoA的代谢途径进而使脂肪酸的合成受到抑制[9]。

三、AMPK与炎症

越来越多的实验证实，AMPK在很多炎症性疾病中也表现出十分重要的作用。有研究指出姜黄素的衍生物B06可以降低糖尿病模型大鼠心肌细胞中AMPK蛋白的表达，进而改善大鼠糖尿病心肌细胞的慢性损伤[10]。在小鼠的巨噬细胞中，过表达激活型的AMPK可以通过细胞沉默调节蛋白(SIRT1)通路显著降低NF-kB及TNF-α的表达。当AMPK表达下降或失活突变型的AMPK过表达时，TNF-α的表达则明显增加[11]。使用γ干扰素(IFN-γ)刺激小鼠的小胶质细胞和星形胶质细胞，剔除细胞中的AMPK后，TNF-α及细胞趋化因子10(CXCL10)的表达明显增加[12]。

四、AMPK与雌性生殖

AMPK存在于不同种类动物的卵巢(颗粒细胞、卵母细胞和黄体)和睾丸(Sertoli睾丸支持细胞、leydig睾丸间质细胞和生殖细胞)细胞中，在连接性腺轴与能量平衡的生殖功能中起着关键作用。它控制性腺类固醇激素的生成，也控制细胞增殖和存活，调控维持细胞连接的复合物及细胞骨架动力学[13]。

卵母细胞的能量依赖于三羧酸循环(TCA循环)中乳酸和丙酮酸的代谢和氧化磷酸化。Richardson[14]等通过对人颗粒细胞进行研究，证实AMPK也可以参与乳酸的产生，对卵泡发育发挥重要作用。众所周知，磷酸二酯酶降解cAMP腺苷-3′,5′-环化一磷酸可引发减数分裂的恢复。cAMP的消耗导致AMP/ATP三磷酸腺苷比率的增加，进而激活了AMPK，AMPK活化增加了生发囊泡破裂(GVBD)、纺锤体形成和极体挤压(PB)的速度，在小鼠卵母细胞成熟过程中，AMPK能够诱导减数分裂并调控微管纺锤体的定位[15]。小鼠卵母细胞或卵丘细胞中连接素37和连接素43的缺失通过抑制卵母细胞的生长和卵泡形成而损害了生育能力[16]。敲除小鼠卵母细胞透明带3(ZP3)上的α1AMPK后，发现体外受精的卵母细胞中发挥连接通讯作用的联接蛋白37表达明显下降，导致卵母细胞很难发育到2细胞阶段，是体外受精后与生育能力下降的原因之一[17]。

五、AMPK与PCOS

一些代谢激素，如瘦素、脂联素和促生长素，可能在一定程度上通过AMPK信号传导。这些激素也参与了男性和女性的下丘脑-垂体-性腺轴水平上的生殖功能的控制。因此，AMPK可能是控制能量平衡和繁殖之间相互作用的信号通路之一[18]。生殖系统与能量平衡紧密相连，因此代谢异常会导致一些生理病理状况的发展，如PCOS。患有PCOS的女性表现出的生育能力改变主要与代谢紊乱有关，如胰岛素抵抗、高胰岛素血症。Fu[19]等通过测定PCOS小鼠模型与正常小鼠卵巢组织中mRNA和长链非编码RNA(IncRNA)的表达谱，发现两组共有2 147个mRNAs和158个IncRNAs的表达存在差异，这些异常表达的mRNA与几种特定的信号通路有关，其中就包括AMPK信号通路。

1.AMPK与PCOS胰岛素抵抗：Tao[20]等通过实验证实，当给予AMPK激动剂干预后，AMPK- SIRT1信号通路被激活，PCOS小鼠模型中IR明显缓解。反之，给予AMPK抑制剂干预后，上通路被抑制，PCOS小鼠IR明显增强。由此得出结论，AMPK- SIRT1分子途径在PCOS的IR中发挥重要调控作用，可以作为PCOS患者IR的潜在治疗目标。Eng[21]等设计实验，将小鼠囊胚放入过量胰岛素样生长因子(IGF-1，浓度类似于PCOS患者体内水平)的培养皿中，发现二甲双胍通过激活小鼠囊胚内的AMPK，直接改善囊胚内的胰岛素信号传导，从而改善妊娠结局降低流产率。

2.AMPK与雄激素：Pradeep[22]前期通过对PCOS患者研究发现，双氢睾酮(DHT)可以通过降低细胞周期蛋白(cyclin)D2的mRNA表达来抑制卵泡刺激素(FSH)诱导的颗粒细胞增殖，使细胞发育停滞在G1/S期。后又通过实验证实[23],FSH抑制AMPK磷酸化，促进颗粒细胞增殖，在FSH治疗前24 h用DHT(90 ng/mL)预处理可以降低这种效果DHT水平升高会激活AMPK，反过来抑制细胞外信号调节激酶(ERK)磷酸化，从而导致颗粒细胞有丝分裂减少和高雄激素状态下的排卵功能障碍。