付大波，楊震國，王 蕾，張 偉，肖 飛

（武漢工業(yè)學(xué)院動(dòng)物營養(yǎng)與飼料科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430023）

腺苷一磷酸激活蛋白酶（AMPK）能感知細(xì)胞能量代謝狀態(tài)的改變，維持機(jī)體的能量代謝平衡。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)能量缺失時(shí)，AMPK被磷酸化激活，抑制消耗ATP的合成代謝過程，啟動(dòng)生成ATP的分解代謝過程。AMPK的活性受到許多因素的調(diào)控，本文對AMPK活性的調(diào)控因素作一概述。

1 AMPK的分子結(jié)構(gòu)

AMPK在真核細(xì)胞生物中廣泛存在，屬絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。其是由催化亞基α、調(diào)節(jié)亞基β和γ組成的一個(gè)異源三聚體。3個(gè)亞單位在AMPK的穩(wěn)定性和活性中有各自特殊的作用。α亞基含有2個(gè)功能區(qū)：一個(gè)N端激酶結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C端結(jié)構(gòu)域，兩者大小基本相等。N端是催化核心部位，C端負(fù)責(zé)與β和γ亞基結(jié)合。β亞基N端區(qū)域之后緊跟著兩個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域-KIS和ASC，ASC結(jié)構(gòu)域?yàn)樾纬煞€(wěn)定有活性的 α、β、γ復(fù)合物所必需，KIS結(jié)構(gòu)域?yàn)棣聛喕系墓δ苄蕴窃Y(jié)合結(jié)構(gòu)域[1-2]。β亞單位相當(dāng)于一個(gè)支架，分別將α、γ亞基錨定在其上的KIS和ASC區(qū)域，γ亞基有4個(gè)串行重復(fù)的CBS區(qū)域，使得AMPK易感知AMP/ATP的變化[3]?，F(xiàn)已證實(shí)，其上游腺苷一磷酸激活蛋白激酶（AMPKK）磷酸化AMPK的主要位點(diǎn)是位于其催化部位α亞基的Thr-172，這一位點(diǎn)的磷酸化對于該酶的激活是必需的[4]。

2 AMPK的活性調(diào)節(jié)

2.1 AMP依賴通路

AMPK受AMP和ATP比值的調(diào)控，組織缺血、熱應(yīng)激等均可干擾線粒體內(nèi)ATP的生成。由于各種因素作用導(dǎo)致AMP/ATP升高，使得AMPK磷酸化激活，機(jī)體通過抑制合成過程保護(hù) ATP水平[5]。AMP變構(gòu)激活A(yù)MPKK、AMP與磷酸化的 AMPK結(jié)合，使AMPK成為蛋白磷酸酶-2C（PP2C）更差的底物、AMP與未磷酸化的 AMPK結(jié)合，使AMPK成為AMPKK更好的底物、直接變構(gòu)激活 AMPK的作用。AMP對AMPK活性的促進(jìn)作用受到高濃度的ATP所抑制，AMP與AMPK的親和力也會(huì)因ATP濃度的升高而下降，因?yàn)锳TP可與AMP競爭AMPK上的變構(gòu)位點(diǎn)。

有研究報(bào)道，導(dǎo)致ATP缺失的細(xì)胞應(yīng)激能引起 AMPK的激活，如三羧酸循環(huán)、呼吸鏈或者ATP合成酶抑制劑以及氧化磷酸化的解耦聯(lián)劑均能激活A(yù)MPK，缺血、缺氧等造成的AMP/ATP升高也能使AMPK磷酸化激活[6]。

2.2 非AMP依賴通路

5-氨基－4甲酰胺咪唑核糖核苷酸（AICAR）在細(xì)胞內(nèi)磷酸化成 AMP的類似物 5-氨基咪唑－4甲酰胺核糖核苷（ZMP）磷酸化激活A(yù)MPK[7]。研究表明，糖原直接影響AMPK的活化狀態(tài)，而不影響老鼠骨骼肌中的腺苷酸水平[8]。AMPK可直接作為糖原傳感器，檢測細(xì)胞內(nèi)能量儲備狀況，肝糖原變構(gòu)抑制AMPK活性[9]。糖原中由α1,6糖苷鍵連接的支鏈結(jié)構(gòu)比 α1,4糖苷鍵連接的線性結(jié)構(gòu)對AMPK的變構(gòu)抑制作用更強(qiáng)[10]。蛋白磷酸酶2Cα（PP2Cα）可以抑制AMPK的活性，AMP/ATP減弱了PP2Cα對AMPK的抑制，從而使AMPK磷酸化活性增加[10]。此外脂肪細(xì)胞分泌的脂聯(lián)霉素和瘦素通過下丘腦-交感神經(jīng)系統(tǒng)（SNS）軸磷酸化激活A(yù)MPK[11]。在某些細(xì)胞里，磷酸肌酸抑制AMPK的活性，當(dāng)肌酸與磷酸肌酸比值升高時(shí)，AMPK被激活[12]。

2.3 AMPK激酶

研究表明，抑癌基因LKB1在體外可直接磷酸化 AMPKα（Thr-172）激活其活性[12-14]。LKB1 最早發(fā)現(xiàn)于Peutz-Jeghers Syndrome（PJS）的研究中，是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的AMPK激酶（AMPKK），是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。LKB1敲除的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中，AMPK不能被激活[14]。降血糖藥甲福明二甲雙胍能夠增多LKB1出核轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，并通過磷酸化LKB1使得AMPK活化[15]。鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶（CaMKK）為AMPK的另一上游激酶，主要表達(dá)于神經(jīng)組織，在嚙齒動(dòng)物組織中也廣泛存在[16]。在LKB1敲除的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中，CaMKK能夠磷酸化激活A(yù)MPK[17]。

近年來研究發(fā)現(xiàn)了另外兩種AMPKK：轉(zhuǎn)化生長因子-β-激活激酶-1（TAK1）和共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥突變基因（ATM）[18－19]。TAK1 為絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是絲分裂素激活的激酶（MAPKs）家族成員之一。研究表明，HeLa細(xì)胞中TAK1可以磷酸化AMPK催化部位α亞基的Thr-172，并能降低LKB1的活性[18]。胰島素樣生長因子Ⅰ（IGF-Ⅰ）可通過ATM和LKB1依賴途徑作用于AMPK的α亞基將其磷酸化激活；IGF-Ⅰ能刺激ATM蘇氨酸和酪氨酸亞基磷酸化，而酪氨酸亞基磷酸化在這個(gè)信號通路中是很重要的[20]。

3 展望

AMPK是體內(nèi)能量平衡的關(guān)鍵酶。其被激活后能調(diào)控許多營養(yǎng)物質(zhì)的代謝、蛋白質(zhì)的合成以及其他的代謝途徑。AMPK能被多種物質(zhì)通過多種途徑調(diào)控，而這些物質(zhì)又各自與其他各種信號通路有聯(lián)系。對AMPK活性調(diào)控機(jī)制的研究仍有待更進(jìn)一步的研究。

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