AMPK与神经退行性疾病的研究进展

吴金洋 曾常茜

（大连大学医学院 辽宁大连 116622）

神经退行性疾病是一种由于中枢或外周神经系统在结构或功能上的晚期恶化造成的疾病。其损伤是不可逆的，并且其发病机制尚未完全清楚[1]。单腺苷酸活化蛋白激酶（AMPactived protein kinase，AMPK）是一种重要的内源性防御分子[2]。近期研究表明，AMPK与一些神经退行性疾病的发病机制密切相关，并且可以作为疾病治疗的分子靶点[3，4]。本文就AMPK与神经退行性疾病的作用机制进行综述，以期为神经退行性疾病的治疗提供更多的实验依据[5-7]。

一、AMPK概述

AMPK是丝氨酸/苏氨酸（Ser Thr）激酶组的成员，广泛分布于各种细胞和器官中。它是一种重要的内源性防御分子，能对有害刺激（如脑缺血，脑出血和神经退行性疾病）作出反应。AMPK是真核细胞和生物体能量平衡的主要调节器，能够独立于腺嘌呤核苷酸的变化而感知葡萄糖的可用性，协调各种代谢途径，平衡能量供需，并最终调节细胞和器官的生长。AMPK可使特定的酶和生长控制节点磷酸化，从而增加ATP的产生，减少ATP的消耗。AMPK可以介导能量稳态的调节，还能调控自噬，并可能成为激活自噬的潜在分子靶点[8，9，10]。在真核细胞中[11]，AMPK信号传导和与自噬调节有关[12]。

二、AMPK与神经退行性疾病

（一）AMPK与阿尔兹海默症

对APP/PS1转基因AD小鼠模型研究，发现AD小鼠神经元的AMPK相关信号通路会被激活，使用AMPK抑制剂可以降低alr相关蛋白的表达水平，从而能改善记忆缺陷[13]。研究发现组蛋白去乙酰化酶2（Histone deacetylase 2，HDAC2）在AD神经元的异位表达可导致肝细胞核因子4（Hepatocyte nuclear factor 4，HNF-4A）转录因子去乙酰化，破坏其与miR-101b启动子的结合，而miR-101b的抑制可导致其靶蛋白AMPK的上调，从而能够改善AD小鼠的记忆缺陷[14]。研究发现，AD小鼠大脑中p-AMPK蛋白的表达显著降低，而p-mTor蛋白的表达则显著增加。在加入β片层阻断肽（H102）后，两种蛋白表达结果正好相反，表明AMPK-mTOR自噬相关通路的激活，可以改善AD小鼠识别记忆的能力[15]。

体外研究HDAC2在AD中表达时发现，对AMPK引入miR-101b模拟物或小干扰RNA（siRNA）可阻断HDAC2诱导的tauopathy和树突损伤，miR-101b拟态物或AMPK siRNAs可以改善AD小鼠的轴突生长，树突异常以及神经元的迁移[14]。当使用AMPK抑制剂的时候，可以降低alr相关蛋白的表达水平，从而能减轻神经元的凋亡[13]。研究过氧化氢（H2O2）诱导SH-SY5Y细胞AD模型，发现AMPK磷酸化降低，神经元细胞核凋亡，青蒿素可以使其恢复至正常水平，表明AMPK与AD神经元损伤有关[16]。

（二）AMPK与帕金森

通过对鱼藤酮损伤SH-SY5Y细胞模型的研究[16]，发现鱼藤酮损伤细胞中自噬调节蛋白AMPK/m TOR/ULK明显上调，而百可利可以使其恢复至正常水平，可提高细胞存活率，降低α-突触核蛋白的毒性，起到神经保护作用[4]。然而，α-突触核蛋白聚集成难以清除的寡聚物是PD的一个特征性病变。AMPK可以清除PD的α-突触核蛋白。用6-OHDA处理大鼠，发现大鼠行为能力明显下降，黑质TH阳性神经元数量明显减少。用6-OHDA处理人神经母细胞瘤细胞（SH-SY5Y）后，发现SH-SY5Y细胞中的p-AMPK表达增加。当再给予ALA进行干预时，大鼠的行为能力显著性增高，黑质中TH神经元的数量增加，而SH-SY5Y细胞中的p-AMPK的表达降低。表明AMPK能减轻6-OHDA所致的氧化损伤，从而抑制PD大鼠神经元的减少[17]。

通过建立PD转基因果蝇模型，研究发现PD转基因果蝇的肌肉组织中p-AMPK-α蛋白的表达水平明显降低。而AMPK的过度表达可改善PD转基因果蝇飞行肌，从而改善PD转基因果蝇模型的异常翅型[18]。

通过建立1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）PD模型。研究发现，肠道激素ghrelin可以使模型小鼠纹状体中磷酸化AMPK和脱氨酶（ACC）的磷酸化水平升高，并可减弱黑质（SN）多巴胺神经元的丢失和纹状体多巴胺的周转不通。这表明AMPK可能是PD神经保护的分子靶点[19]。

（三）AMPK与脑缺血再灌注损伤

研究发现脑缺血再灌注的大鼠脑梗死体积与神经行为学评分明显增加，自噬调节蛋白AMPK和beclin1表达上调，beclin1与vps34之间的络合物形成增加。与此同时，细胞凋亡数量明显增加[5]。表明AMPK可以通过减少自噬来控制脑缺血再灌注损伤。建立大鼠大脑中动脉闭塞模型，测定大鼠海马相关蛋白含量，结果表明，葛根素能明显降低LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ，p-AMPK蛋白的表达，增加p-MTOR表达，表明AMPK可以通过减少自噬来减少脑梗死体积，从而改善大鼠神经功能损伤[20]。用癸酸钠（HGSD）预处理大鼠，结果发现，脑缺血再灌注损伤的神经功能缺损评分、梗死面积显著降低。脑IR损伤后p-AMPK表达显著降低。并且HGSD血清培养的PC12细胞凋亡显著减少。使用AMPK激活剂（AICAR）后，HGSD血清对PC12细胞凋亡的保护作用会减弱，而使用AMPK抑制剂（复合物C）时，HGSD血清对PC12细胞凋亡的保护作用会增强。AMPK通过抗细胞凋亡的作用，来减轻脑缺血再灌注损伤[21]。

研究发现，AMPK可以使SNHG12在原代神经元细胞和N2a细胞中上调，分别在缺血再灌注处理后12h和24h达到高峰。SNHG12基因可增加细胞增殖率，减少细胞凋亡率[22]。因此AMPK可减少脑I/R损伤并且为缺血继发中风损伤提供治疗策略。建立脑缺血再灌注大鼠模型，经延龄草总皂苷（TST）处理后，对这些大鼠肺组织AMPK、p-AMPK蛋白表达水平进行检测，结果发现大鼠肺组织中p-AMPK、SIRT1蛋白都相应增高，从而能减轻炎症反应。表明AMPK可通过减轻炎症来减缓脑缺血再灌注继发肺损伤[23]。

（四）AMPK与脑脊髓炎

以MOG35-55抗原、结核菌素h37ra、完全弗氏佐剂、百日咳毒素为抗原建立EAE动物模型[24，25]。AMPK经烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）治疗后在小鼠脊髓中的蛋白表达水平显著升高，炎性细胞浸润在小鼠腰膨大组织中的数量显著减少，且小鼠的发病率、持续时间和神经功能评分明显降低[26]。表明AMPK可能参与减轻脊髓炎性细胞浸润的程度。采用髓鞘少突细胞糖蛋白（MOG）皮下注射诱导EAE经典小鼠模型，在NAD+处理的小鼠中，AMPK/SIRT1通路被激活，从而减轻病情和EAE小鼠的病理损伤，也可抑制促炎性T细胞反应，从而治疗脑脊髓炎[27]。构建EAE小鼠模型，AMPK可通过进行NAD+干预在小鼠脑组织中的蛋白表达增加，减轻中枢神经系统炎性细胞浸润及脱髓鞘，从而降低EAE小鼠发病率，减轻EAE小鼠神经功能损害症状[28]。

上述研究显示，AMPK与EAE神经损伤有关，但也有研究表明AMPK可以介导锌诱导的神经毒性从而参与EAE的发病，AMPK的抑制剂1H10可以减少锌诱导的神经元死亡，并保护抗氧化应激、兴奋性毒性和凋亡[6]，表明AMPK可以通过神经毒性作用参与发病。

（五）AMPK与癫痫

AMPK可能参与癫痫相关症状的改善。通过建立癫痫幼鼠模型，研究发现，百合知母汤水提物处理可使幼鼠神经元中的AMPK mRNA及蛋白和p-AMPK表达降低，惊厥次数、潜伏期时间和游泳距离也明显降低，表明AMPK可以通过百合知母汤降低癫痫幼鼠海马神经元表达，改善癫痫幼鼠行为学改变及症状[7]。采用氯化锂-匹罗卡品建模方法建立癫痫模型，研究发现癫痫小鼠海马中的AMPK磷酸化和PPAR-α的蛋白表达降低，但是经过脂肪酸氧化产生酮体（BHBA）治疗后，AMPK可以通过BHBA明显改善在海马中的表达，改善癫痫介导的空间学习缺陷，改善癫痫介导的海马氧化应激损伤，改善癫痫所致海马神经损伤。

三、结束语

综上，AMPK与AD、PD、癫痫、EAE、脑缺血再灌注损伤的治疗都密切相关，其主要机制是AMPK可通过调控自噬和抗神经元及神经细胞凋亡以及减少炎症因子的表达发挥神经保护作用，从而参与疾病的治疗。矛盾的是，也有研究显示AMPK可以参与神经退行性疾病的发病，但是目前发病机制和治疗策略尚不明确。具体发病机制和治疗策略还有待于进一步研究，相信可通过更多化学物质研究出具体的AMPK发病机制和治疗策略，来预防和治疗神经退行性疾病。