曹可 馮智輝 劉健康

摘 要：能量代謝紊亂是代謝綜合征產(chǎn)生的根本原因。AMPK （AMP-activated protein kinase）作為細胞乃至整個機體的能量調(diào)節(jié)囂在能量較低的狀態(tài)下被激活，促進分解代謝，抑制合成代謝，從而恢復能量平衡狀態(tài)。因此，AMPK有型成為防治代謝綜合征的新型靶點。單純的藥物治療代謝綜合征難以達到理想效果，許多天然營養(yǎng)分子也具有激活AMPK的功效，提示營養(yǎng)干預可能成為緩解代謝綜合征的另一種新型有效手段。

關鍵詞：腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）；代謝綜合征：營養(yǎng)干預

中圖分類號：R589

文獻標識碼：A

文章編號：1007-7847（2014）06-0543-07

代謝綜合征的慨念在1988年首次由Reaven提出。它是臨床上具有肥胖、高血壓、血脂紊亂、受損的糖耐量或糖尿病以及胰島素抵抗等一系列代謝失常癥狀的并稱，是多種代謝成分異常聚集的的病理狀念。引起上述代謝失常癥狀的因素有很多，包括胰島素抵抗、炎癥反應、脂肪組織分泌的各種細胞因子的參與、生活方式及遺傳因素等，但其根本原因還是能量代謝的失衡。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活方式的改變，以肥胖、糖尿病、脂肪肝等代謝異常為特征的代謝綜合征的發(fā)病幾率在全球范圍內(nèi)日益增加，已成為危害人類健康的重大公共衛(wèi)生問題。因此，代謝綜合征治療手段的探索和相關藥物的開發(fā)已成為國內(nèi)外科學工作者關注的熱點。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase， AMPK）是細胞層面乃至整個機體層面的能量調(diào)節(jié)器，能夠維持能量代謝供求平衡。AMPK在機體能量較低的狀態(tài)下被激活（即胞內(nèi)AMP：ATP比值上調(diào)時），通過直接磷酸化下游代謝相關靶蛋白調(diào)控其活性，或者調(diào)控代謝相關基因的表達，從而促進分解代謝，增加ATP的產(chǎn)生過程（如脂肪酸氧化、糖酵解），同時抑制合成代謝，減少ATP的消耗過程（如脂肪酸合成、糖異生），使機體恢復能量穩(wěn)態(tài)：基于AMPK對能量代謝的調(diào)控作用，AMPK的激活劑可能成為防治肥胖、糖尿病等代謝失常癥狀的有效手段。研究表明，大部分抗糖尿病藥物均以AMPK作為潛在靶點之一，例如治療糖尿病的一線藥物二甲雙胍和噻唑烷二酬，二者均可激活AMPK，進而改善代謝失常癥狀。然而，代謝綜合征單純靠藥物治療很難達到理想效果，需要采取綜合治療手段。相關報道表明許多天然營養(yǎng)成分也具有激活AMPK的功效，提示營養(yǎng)干預可能成為除藥物治療外防治代謝綜合征的另一種新型有效手段。

本文在介紹AMPK的結構和活性調(diào)節(jié)以及AMPK對下游代謝調(diào)控作用的基礎上，著重對幾種天然的AMPK激活劑在代謝綜合征防治方面的研究進展做綜合性闡述。

1 AMPK的結構及其活性調(diào)節(jié)

AMPK 屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶，是一個異源三聚體，由負責催化的α亞基（α1或α2）以及負責調(diào)控的β亞基（β1或β2）及γ亞基（γl，γ2或γ3）組成。所有亞基都南獨立的基因編碼，可以組合形成12種復合體。α亞基N末端蘇氨酸172位點的磷酸化對AMVIPK的激活起到了關鍵作用，C末端則起到了連接β和γ亞基的作用。β亞基主要起一個支架的作用連接α和γ亞基，β亞基中心區(qū)域的碳水化合物結合模塊（carbohydrate bindingmodule，CBM）與結合糖原相關。γ亞基有4個串行重復的胱硫醚β-合成酶（cystathionineβ-syn- thase，CBS）區(qū)域，主要作用是為AMP與ATP提供結合位點。

AMPK的激活主要受到上游兩條不同信號通路的調(diào)控，一條是LKB1調(diào)控的AMP依賴性的通路，另一條是CaMKKβ調(diào)控的Ca2+依賴性的通路。此外，研究表明轉化生長因子β激活的蛋白激酶l（TGFβ -aCtivated kinasel， TAKl）也可能調(diào)控AMPK活性。胞內(nèi)AMP/ATP比值的改變（如缺氧、葡萄糖剝奪等）、Ca2+濃度的改變以及激素、細胞因子、脂肪因子水平的改變均可能導致AMPK的激活。

2 AMPK調(diào)控下游代謝

AMPK所調(diào)控的下游與代謝綜合征相關通路如圖1所示。總體而言，AMPK的激活可以上調(diào)分解代謝通路，下淵合成代謝通路。在骨骼肌中，AMPK的激活主要通過促進GLUT4由胞漿轉位至漿膜提高骨骼肌對葡萄糖的攝取利用，這種轉位作用與AS160及TBC1D1的磷酸化相關。AMIPK還可以通過提高漿膜GLUT）的轉錄活性，增加GLUT4的轉錄水平來促進葡萄糖的攝取，并且這種促進作用并不依賴于胰島素的參與。此外，AMPK的激活還可以通過上調(diào)PGClα促進骨骼肌中線粒體生成。由于線粒體功能失常與代謝綜合征密切相關，這種AMPK激活后對線粒體生成的促進作用可能有效緩解代謝紊亂癥狀。

代謝綜合征中伴隨的高血糖癥狀通常是由于骨骼肌等外周組織對胰島素刺激下葡萄糖攝取能力的下降，以及肝葡萄糖產(chǎn)生的增多造成的。在肝臟中，AMPK的激活可以下調(diào)糖異生相關基因的表達，包括磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（phospho-enolpyruvate carboxykinase，PEPCK）、葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase，G6P）等，這種下調(diào)作用可能是通過抑制轉錄兇子FOXOl 、CREB、HNF4α等實現(xiàn)的，進而減少肝葡萄糖的輸出。

除去脂肪組織外，脂質(zhì)積累主要集中在肝臟和骨骼肌中，與胰島素抵抗的發(fā)生有密切聯(lián)系AMPK激活后可以抑制脂肪酸合成，促進脂肪酸氧化。AMPK對脂肪酸合成抑制作用的急性調(diào)控通過磷酸化失活ACCl，長期調(diào)控通過下調(diào)脂質(zhì)轉錄因子SREBP-I和ChREBP，進而減少其下游脂質(zhì)合成基因ACC1及FAS等的表達水平。另一方而，AMPK激活后磷酸化失活ACC2，下調(diào)丙二酰輔酶A水平，進而促進脂肪酸氧化。上述AMPK對脂質(zhì)代謝的調(diào)控作用可以降低血漿中游離脂肪酸和甘油三酯的含量，減少組織中脂質(zhì)積累，改善脂代謝紊亂。

此外，AMPK的激活還可以抑制mTOR通路，進而抑制蛋白質(zhì)合成，這可能與AMPK磷酸化mTOR的上游TSC2相關。

3 幾種天然的AMPK激活劑

目前報道較多的天然AMPK激活劑主要包括白藜蘆醇、姜黃索、表沒食了兒茶素沒食子酸酯、羥基酪醇、苦瓜相關活性化合物以及其他相關人然產(chǎn)物等，大多數(shù)天然產(chǎn)物對AMPK的激活機制尚需要進一步探討。下文將根據(jù)上述天然產(chǎn)物機理研究的清晰程度對其研究進展作一綜述。

3.1 白藜蘆醇

白黎醇是目前公認的一種研究得較清楚的AMPK激性劑。它是從葡萄酒中提取出來的一種人然多盼類物質(zhì)，化學名為（E）-3，5，4-三羥基二苯乙烯，脂溶性較好，具有抗腫瘤、抗心腦血管疾病、抗代謝紊亂、延緩衰老等功效。在細胞層面上，白藜蘆醇可以激活肌管細胞C2C12中AMPK，促進肌管細胞對葡萄糖的攝取，同時上調(diào)ACC的磷酸化水平，促進脂肪酸的氧化分解過程。對肝細胞而言也有類似效果，白藜蘆醇處理肝細胞可以通過激活AMPK，抑制下游ACC、FAS等脂質(zhì)合成相關基因的表達，從而減少高糖誘導下肝細胞中的脂質(zhì)積累。白藜蘆醇還可以上調(diào)脂肪細胞3T3 -L1的脂聯(lián)素水平，其機制與AMPK的激活、Akt/FOXOl通路的參與及DsbA-L的上凋相關。在哺乳動物模型中，白藜蘆醇同樣具有激活AMPK，改善代謝紊亂的作用。在高熱量飲食誘導的動物模型中，白藜蘆醇可以增加小鼠對胰島素的敏感性，延長小鼠壽命，這可能與AMPK的激活相關。白藜蘆醇可以激活胰島素抵抗的KKA小鼠肝臟和比目魚肌中AMPK以及胰島素信號通路，降低血糖和血清胰島素水平，緩解胰島素抵抗癥狀。在LXR （liver一X receptor）誘導的小鼠肝臟脂質(zhì)積累模型中，白藜蘆醇的處理可以顯著降低血清中甘油三酯和膽同醇的水平，抑制肝臟脂質(zhì)的積累，而這種效應是通過激活AMPK實現(xiàn)的。此外，在許多其他代謝紊亂相關的動物模型中，白藜蘆醇也同樣具有激活AMPK的作用，如高脂飲食誘導的大鼠模型、STZ誘導的糖尿病大鼠模及db/db糖尿病小鼠模等。人群實驗顯示，相比二型糖尿病患者對照組，白藜蘆醇處理組患者骨骼肌AMPK表達及活性顯著上調(diào)，同時GLUT4的表達上調(diào)，提示白藜蘆醇可能通過激活AMPK調(diào)控患者骨骼肌能最消耗。從而對二型糖尿病的治療起到促進作用。近年來，越來越多的研究表明NAD+依賴性的去乙酰化酰SIRT1可能參與到白藜蘆醇對AMPK的激活中。 AMPK可能通過轉錄上調(diào)NAD+合成酶Nampt，進而調(diào)控細胞內(nèi)NAD+的水平，激活SIRT1。反之，SIRT1也_可能作用于AMPK 上游，通過調(diào)控LKB1的活性和定位進而激活AMPK。由此可見，SIRT1與AMPK具有密切聯(lián)系，但二者具體的調(diào)控關系還需進一步探討。此外，也有研究表明，白藜蘆醇對AMPK相關代謝通路的調(diào)控作用可以不依賴于SIRT1的參與。

3.2 姜黃素

姜黃素是目前另一種被研究得較多的AMPK激活劑。它是從姜科植物根莖中提取出的一種疏水性多酚，在咖喱粉中含量較高，是常用的調(diào)料和食用色素，化學名為（E，E）-l，7-雙（4-羥基-3 -甲氧基苯基）-1，6一庚二烯_3，5-二酮，具有抗菌、抗炎、抗腫瘤、抗糖尿病等多種功效。研究表明，姜黃素可以顯著降低高脂飲食誘導的肥胖小鼠體重及脂肪組織重量的增加，下調(diào)小鼠血清中總膽固醇、空腹血糖和胰島素水平，增強肥胖小鼠對胰島素敏感性。此外，姜黃素可以通過激活肝臟中AMPK，下調(diào)SREBP -lc的水平，進而減少ACC及FAS的表達，抑制脂肪肝的形成，通過激活AMPK，抵制G6P和 PFPCK的活性減少肝葡萄糖的產(chǎn)生。在鏈脲佐菌素（Streptozocin，STZ）誘導的一型糖尿病人鼠模型中也有類似的結果，姜黃素可以通過抑制AMPK-SREBP-1c通路，降低大鼠腎臟中甘油三酯的積累，通過激活LKBI-AMPK通路進而增強脂肪酸和葡萄糖的氧化分解，部分改善骨骼肌以及肌管細胞L6中的胰島素抵抗癥狀。姜黃素對肌管細胞L6葡萄糖攝取的促進作用可能是通過AMPK-p38 MAPK通路實現(xiàn)的。姜黃索還可以存在db/db小鼠結腸粘膜中激活AMPK，降低COX一2表達，抑制NF-kB的活性，對氧化偶氮甲烷誘導的肥胖小鼠結腸癌癇變的發(fā)展。此外，有研究表明姜黃素可以和胰島素協(xié)同作用增加肌管細胞C2C12中AMPK/ACC的磷酸化水平，促進GLUT4的轉位，而這種協(xié)同作用在EGCG與胰島素的組合中并未觀察到。

3.3 表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）

EGCC （epigallocatechin -3 -gallate）是綠茶茶多酚的主要組成成分，水溶性較好，因為具有特殊的立體結構，抗氧化活性很強，在抗腫瘤、心血管疾病以及代謝紊亂相關疾病中起了重要作用。最近的研究表明，EGCG也具有激活AMPK的作用：EGCG可以抑制分離出的肝細胞中糖異生關鍵基因的表達減少肝葡萄糖的產(chǎn)生，這種抑制作用依賴于ROS -CaMKKβ-AMPK通路的激活。EGCC還可以通過激活ROS-AMPK通路抑制脂肪細胞3T3 -L1中脂質(zhì)積累。研究表明，將大鼠肌管細胞L6暴露于地塞米松的環(huán)境下可以通過模擬糖尿病增加胰島素受體底物-1 （insulin re-ceptor substrate 1，IRS-1）絲氨酸307的磷酸化水平，降低AMPK和AKT的磷酸化水平，抑制GLUT4的轉位和葡萄糖的攝取。EGCG的處理可以通過激活AMPK和PI3K/Akt通路改善上述地塞米松誘導的胰島素抵抗癥狀。蛋白質(zhì)組學分析表明，EGCG對游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）誘導的肝細胞HepG2中脂質(zhì)積累的抑制作用可能與AMPK的激活相關，通過將部分FFA轉向氧化分解方向，進而減少了胞內(nèi)脂質(zhì)和甘油三酯的累積，同時抑制了肝糖原的異生。在Wistar大鼠中，同時注射EGCG可以緩解靜脈注射FFA誘導的外周胰島素抵抗，這可能是通過降低氧化應激、減少PKCO的膜轉位、激活AMPK信號通路以及改善胰島素信號通路來實現(xiàn)的。

3.4 羥基酪醇

代謝綜合征通常伴隨著炎癥反應和心腦血管疾病的發(fā)生?！暗刂泻Ｉ攀场笨梢越档桶┌Y、動脈粥佯硬化、心血管疾病以及炎癥等疾病的發(fā)病率，目前認為橄欖油在其中起了重要作用。而從橄欖油中提取的一種多酚類物質(zhì)——羥基酪醇（hy-droxytyrodol， HT）近年來受關注較多，化學名為3，4-二羥基苯基乙醇，屬于兩性分子，脂溶性與水溶性均較好。研究表明，在過氧化氫誘導的血管內(nèi)皮細胞氧化損傷模型中，HT的處理可以激活AMPK，進而激活FOXO3a，促進FOX03a由胞漿人核的轉運，進一步上調(diào)過氧化氫酶的表達水平，減少過氧化氫誘導的氧化損傷，增強細胞的抗氧化能力。上述研究提示HT可能通過激活AMPK及其下游相關通路預防與代謝綜合征相關的心血管疾病的發(fā)生。此外，在實驗室前期的工作中我們發(fā)現(xiàn)HT處理脂肪細胞3T3-L1 30 min后可以顯著增加細胞內(nèi)AMPK和ACC的蛋白質(zhì)磷酸化水平、PPAR-α、PPAR-γ和CPT-1的miRNA水平以及細胞上清液中FFA的含量，提示HT可能通過激活AMPK，抑制ACC的活性，上調(diào)脂肪酸氧化相關基因的表達，從而抑制了脂肪酸的合成，促進了脂肪酸的氧化分解過程。同時，我們還發(fā)現(xiàn)HT處理可以顯著增加脂肪細胞PGClα的表達及轉錄活性，從而促進脂肪細胞線粒體的生成，這可能也是通過上游AMPK的激活來調(diào)控的。我們的最新研究結果表明，HT對高脂飲食誘導的肥胖小鼠及db/db糖尿病小鼠的代謝紊亂癥狀具有顯著改善作用，其機制可能是通過于AMPK下游的SREBP-lc/FAS通路來實現(xiàn)的。

3.5 苦瓜相關活性化合物

苦瓜中90%以上的成分是水，除此之外還含有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、維生素、無機鹽以及苫瓜苷、苦瓜素等特殊成分?？喙暇哂星鍩峤舛?、抗炎、抗腫瘤、提高免疫力的作用，還可以降低體重、血脂和血糖，改善糖尿病等代謝紊亂癥狀?？喙系墓麑?、莖、葉、種子等部位，以及苦瓜的水提取物、醇提取物等均具有抗糖尿病的作用。苦瓜中抗糖尿病有效成分的探索一直是目前研究的熱點，已報道的有苦瓜蛋白、苦瓜素、生物堿、多肽類以及三萜類化合物等。最近的研究更是表明，苦瓜相關活性化合物對血糖和血脂的調(diào)節(jié)作用可能是通過激活AMPK來實現(xiàn)的。從苦瓜中提取的幾種苦瓜苷在肌管細胞L6及脂肪細胞3T3 -L1中均可以激活AMPK，刺激GLUT4的轉位。同時，這幾種苦瓜苷還可以在胰島素敏感及胰島素抵抗的小鼠中增強脂肪酸氧化和葡糖糖利用水平，這些效應均與AMPK的激活相關。苦瓜衍生的三萜類化合物可以在體外實驗和體內(nèi)實驗中激活AMPK，促進GLUT4的轉位，提高葡萄糖利用率，改善胰島素抵抗癥狀，而這種AMPK的激活是通過上游CaMKβ調(diào)控的。在動物模型中，經(jīng)過4周苦瓜提取物（momordica charantia extract，MCE）的飼喂可以顯著降低高脂飲食誘導的小鼠內(nèi)臟脂肪重量和血糖水平，增加小鼠肝臟中AMPK的磷酸化水平，減少PEPCK的表達以及葡萄糖的輸出。此外，MCE還可以通過抑制AMPK下游SREBP-lc及脂肪酸合成相關酶的水平降低血清中甘油三酯的水平，但MCE中具體起作用的活性成分還需進一步探討。

3.6 其他天然AMPK激活劑

α-硫辛酸是與線粒體代謝相關的一個輔酶，可以通過抑制下丘腦AMPK減少攝食，降低體重。在外周組織中，α -硫辛酸町以激活骨骼肌AMPK促進葡萄糖的攝取利用，激活肝臟中AMPK抑制脂質(zhì)積累，還可以激活脂肪組織中AMPK，部分改善胰島素抵抗癥狀。此外，α-硫辛酸在肌管細胞C2C12、脂肪細胞3T3-L1、肝細胞HepG2以及胰島β細胞中也具有激活AMPK調(diào)控代謝的作用。其他改善代謝紊亂作用的天然AMPK激活劑還包括黃連素、人參提取物、黃芩提取物、橘皮類黃酮等。因為本文主要側重于營養(yǎng)干預，而這些活性物質(zhì)許多屬于中藥的范疇，這里就不再一一贅述。

4 AMPK激活劑存在的挑戰(zhàn)與問題

AMPK激活劑可以通過調(diào)控糖代謝與脂代謝改簿代謝紊亂癥狀，但是目前仍存在一些挑戰(zhàn)與問題。首先我，是AMPK亞型特異性的問題。AMPK總共能組成12種復合物亞型，但是并不確定是否所有亞型被激活至同一程度才可以在體內(nèi)達到改善代謝紊亂的最好效果。并且，同種物種不同組織以及不同物種同種組織中AMPK的亞型組成均不同，因此，探索具有亞型特異性的AMPK激活劑成為目前的挑戰(zhàn)之一。另一個挑戰(zhàn)是探索具有組織特異性的AMPK激活劑。在肝臟、骨骼肌等外周組織中激活AMPK可以增加脂肪酸氧化分解、提高葡萄糖的攝取、減少葡萄糖異生，從而改善代謝紊亂癥狀，但是在下丘腦中激活AMPK則會增加攝食，引起體重的增加。因此好的AMPK激活劑應該起到在外周激活，在下丘腦抑制的作用，比如α -硫辛酸。此外，AMPK激活劑普遍存在一些副作用，大多數(shù)激活劑為問接AMPK激活劑，都是通過抑制線粒體復合物中的一個或者幾個，導致ATP產(chǎn)生受阻，進而激活AMPK的，具有一定線粒體毒性，只有少數(shù)通過Ca2+調(diào)控AMPK活性，如苦瓜中的某些活性成分。因此，探索直接的、可以模擬AMP功能的AMPK激活劑也是今后研究的方向之一。

5 小結

代謝綜合征產(chǎn)生的根本原因足能是量代謝的失衡。作為細胞和整個機體的能量調(diào)節(jié)器，AMPK的激活可以增強肝臟、肌肉和脂肪組織的能量代謝，通過調(diào)控糖代謝與脂代謝相關通路，改善肥胖、脂肪肝、胰島素抵抗等代謝紊亂癥狀。因此，AMPK的激活劑有望成為防治代謝綜合征的有效手段。一些傳統(tǒng)的抗糖尿病藥物均以AMPK作為潛在靶點，然而單純的藥物治療很難達到理想治療效果。許多天然營養(yǎng)成分也具有激活AMPK的功效，提示營養(yǎng)干預可能為代謝綜合征的預防與治療提供更廣闊的前景。