章元 綜述,訾富明 審校

1南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院血液科,南昌330006

2南昌大學(xué)江西醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系,南昌330006

3南昌大學(xué)血液病研究所,南昌330006

4江西省血液病重點實驗室,南昌3300060

目前,大部分腫瘤仍是較難治愈的疾病,嚴重威脅著人類的健康和生命.腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一個多因素、多步驟、多階段的復(fù)雜過程,涉及腫瘤的過度生長、免疫逃逸、化療耐受、侵襲和轉(zhuǎn)移等多個方面.隨著對腫瘤的深入研究,2011年,Hanahan和Weinberg[1]更新了腫瘤的特征,在原有的6個基本特征的基礎(chǔ)上,提出了腫瘤的十大特征,其中一個新增的特征為腫瘤細胞能量代謝的重編程[2].正常細胞在有氧條件下利用葡萄糖進行糖酵解反應(yīng),從而生成丙酮酸,然后進入線粒體,通過三羧酸循環(huán)產(chǎn)生腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP);然而在大多數(shù)腫瘤細胞中,葡萄糖代謝發(fā)生異常,即使在有氧條件下,腫瘤細胞也優(yōu)先通過糖酵解途徑分解葡萄糖獲取能量,并產(chǎn)生大量的乳酸,而非進入線粒體進行氧化磷酸化產(chǎn)生ATP,這種異常的代謝方式稱為"有氧糖酵解",即"Warburg效應(yīng)"[3-4].基于腫瘤細胞與正常細胞代謝方式的不同,調(diào)控代謝成為治療腫瘤的方法之一.

細胞能量的代謝改變受多種復(fù)雜因素的調(diào)控.腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase,AMPK)是一種進化過程中高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(serine/threonine protein kinase,STPK),廣泛存在于真核細胞生物中,因其可以被腺苷一磷酸(adenosine monophosphate,AMP)變構(gòu)激活而被命名為AMPK[5].AMPK在調(diào)控細胞的能量代謝平衡中起著極其重要的作用[3,6].有研究發(fā)現(xiàn),AMPK在糖代謝、脂肪代謝、蛋白質(zhì)代謝、衰老、肥胖、心血管疾病、缺血再灌注損傷、神經(jīng)系統(tǒng)疾病及腫瘤中發(fā)揮著重要的作用[5-7].AMPK對細胞內(nèi)AMP/ATP的比值敏感,任何導(dǎo)致AMP升高或AMP降低的因素均能夠激活A(yù)MPK,活化的AMPK可以作用于多種下游底物,抑制蛋白質(zhì)、脂肪和糖的合成,促進分解代謝.有研究發(fā)現(xiàn),AMPK參與腫瘤自噬[8].AMPK被認為是正常細胞向惡性細胞轉(zhuǎn)化的代謝開關(guān)[8-9].本文主要對AMPK在腫瘤中的作用作一綜述.

1 AMPK的結(jié)構(gòu)

AMPK是哺乳動物細胞中的STPK,其最初被發(fā)現(xiàn)時是源于它能夠滅活脂肪代謝和膽固醇合成過程中的兩個關(guān)鍵酶,即乙酰輔酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase,ACC)和3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)[10].AMPK是由α、β和γ三個亞單位構(gòu)成的異源三聚體[11].α亞單位的N端是AMPK活性的核心部位,含有STK催化區(qū)域;β亞基含有碳水化合物結(jié)合模塊(carbohydratebinding module,CBM)和β-羧基末端結(jié)構(gòu)域(β-carboxy-terminal domain,β-CTD);γ亞基單位的末端含有與β-CTD結(jié)合的氨基末端區(qū)和4個被稱為胱硫醚-β-合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)結(jié)構(gòu)域的串聯(lián)重復(fù)序列,4個CBS串聯(lián)重復(fù)序列為AMP、腺苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)、ATP提供3個結(jié)合位點[10].體內(nèi)引起AMP與ATP比值升高的因素以及模擬AMP的分子均可以激活A(yù)MPK,如二甲雙胍、苯乙雙胍、小檗堿、姜黃素、白藜蘆醇、5-氨基咪唑-4-甲酰氨-1核糖核苷(5-aminoimidazole-4-carboxamide-1 ribonucleoside,AICAR)、2-脫氧葡萄糖(2-deoxyglucose,2DG)及表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate,EGCG)等[12-14].

2 AMPK的上游激酶

2.1 肝激酶 B 1

人肝激酶B1(liver kinase B1,LKB1)也稱STK11,是從多發(fā)性息肉綜合征(peutz-jegher syndrome,PJS)患者中發(fā)現(xiàn)的一種抑癌基因,定位于19p13.3區(qū)域[15].PJS患者存在LKB1的基因缺陷,易發(fā)生多種腫瘤[16].LKB1被認為是AMPK上游的主要激酶,能夠通過磷酸化AMPK(phosphopAMPK)的Thr172位點而活化AMPK[17].LKB1基因突變已在多種腫瘤中被發(fā)現(xiàn),如消化道腫瘤、乳腺癌、肺癌、前列腺癌和惡性黑色素瘤等[18].

Hawley等[19]研究發(fā)現(xiàn),在LKB1表達缺失的HeLa細胞中,雖然存在AMPK的表達,但應(yīng)用AICAR及二甲雙胍并不能夠激活A(yù)MPK,而導(dǎo)入野生型LKB1基因并重新穩(wěn)定表達LKB1后,可以觀察到被激活的AMPK.同樣有研究發(fā)現(xiàn),在纖維肉瘤細胞HT1080及LKB1野生型小鼠胚胎成纖維細胞(mouse embryonic fibroblast,MEF)中,應(yīng)用AICAR和苯乙雙胍能夠激活A(yù)MPK,但在LKB1缺陷型MEF中,AMPK未被激活;將野生型LKB1基因?qū)肷鲜黾毎?再給予AICAR和苯乙雙胍進行處理,可以觀察到活化的AMPK[20].Zhong等[21]應(yīng)用2DG處理LKB1野生型非小細胞肺癌細胞系H1299及H1792后能夠激活A(yù)MPK,而在LKB1基因突變的非小細胞肺癌細胞系A(chǔ)549及H460中未觀察到活化的AMPK,提示AMPK的激活依賴于LKB1的表達.

2.2 鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶

除LKB1外,鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶(calmodulin-dependent protein kinase kinase,CaMKK)同樣能夠磷酸化Thr172位點從而激活A(yù)MPK[22].與LKB1不同,CaMKK激活A(yù)MPK不依賴于AMP,而主要通過感知細胞內(nèi)鈣離子的水平激活A(yù)MPK[23].瘦素、凝血酶、腎上腺素等與G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)合能夠促進鈣離子釋放,從而激活A(yù)MPK[24].研究發(fā)現(xiàn),在LKB1突變的非小細胞肺癌細胞株中,利用蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)抑制藥能夠通過依賴CaMKK而非依賴LKB1或AKT的方式激活A(yù)MPK,從而抑制雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,MTOR)[25].在腫瘤細胞中,CaMKK/AMPK的下調(diào)是否與MTOR的激活有關(guān)目前仍不清楚.在LKB1缺失的情況下,激活A(yù)MPK能夠通過活化CaMKK2導(dǎo)致細胞周期阻滯于G1期,重新表達LKB1可以使細胞周期阻滯得到恢復(fù)[26].

除了LKB1、AMP及CaMKK調(diào)控AMPK外,最近的研究發(fā)現(xiàn),線粒體活性氧(mitochondrial reactive oxygen species,mROS)作為非經(jīng)典的AMPK激活劑,可偶聯(lián)AMPK參與線粒體的穩(wěn)態(tài)及細胞代謝;線粒體代謝產(chǎn)生活性氧類(reactive oxygen species,ROS)物質(zhì),作為AMPK的生理性激活劑,可激活A(yù)MPK;激活的AMPK依賴過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α,PGC-1α)發(fā)揮抗氧化反應(yīng),限制線粒體產(chǎn)生ROS物質(zhì);因此,利用siRNA敲除AMPK的鼠胚胎成纖維細胞,其mROS水平升高,細胞發(fā)生過早衰老[27].

3 AMPK的下游作用蛋白

AMPK在三大物質(zhì)代謝等中發(fā)揮著非常重要的作用,因此,與AMPK相關(guān)的下游作用蛋白較多[12].在腫瘤中,AMPK的下游靶蛋白主要為MTOR[28].MTOR是真核生物中高度保守的STK,能夠調(diào)控腫瘤細胞的生長、增殖、蛋白合成及周期[20].MTOR存在于兩種不同的復(fù)合體中,即MTOR復(fù)合體1(MTOR complex 1,MTORC1)和MTOR復(fù)合體2(MTOR complex 2,MTORC2).MTORC1由MTOR、Raptor、Deptor、mLST8和 PRAS40構(gòu)成,MTORC2 由 MTOR、Rictor、Deptor、Protor、mLST8和mSIN1構(gòu)成[29].MTOR能夠磷酸化激活S6核糖體蛋白激酶(S6 ribosomal protein kinase,S6K)及真核生物翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1(eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1,4EBP1),從而釋放真核生物翻譯起始因子4E(eukaryotic translation initiation factor 4E,eIF4E),促進cyclin D1、c-myc等轉(zhuǎn)錄、翻譯,導(dǎo)致細胞增殖、存活等[29-30].

AMPK能夠通過兩種方式抑制MTOR信號:一種方式是直接磷酸化結(jié)節(jié)硬化復(fù)合物(tuberous sclerosis complex 2,TSC2)上的第1345位蘇氨酸,激活TSC1/TSC2復(fù)合物,該復(fù)合物通過抑制Rheb的活性間接抑制MTOR的活性[31];另一種方式是直接磷酸化與MTOR結(jié)合的Raptor上的722位和792位絲氨酸殘基,從而通過滅活Raptor抑制MTOR的活性[32].AMPK受上游LKB1等的調(diào)節(jié),激活的AMPK可通過依賴TSC2和非依賴TSC2的方式抑制MTOR,從而抑制細胞轉(zhuǎn)錄、增殖.

4 AMPK在腫瘤中的作用

AMPK與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系逐漸被認識[19].既往有研究認為激活A(yù)MPK可以抑制腫瘤細胞的增殖,但隨著研究的逐漸深入,有研究顯示激活A(yù)MPK可以促進腫瘤細胞的存活[33-34].目前,有關(guān)AMPK在腫瘤中的作用仍存在爭議,AMPK到底是抑制腫瘤生長還是促進腫瘤生長仍需要進一步深入研究[6,35].

4.1 AMPK的抗腫瘤作用

4.1.1 乳腺癌Hadad等[36]研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌組織中AMPK的表達與組織學(xué)分級及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈負相關(guān).體外實驗發(fā)現(xiàn),二甲雙胍能夠通過激活A(yù)MPK、下調(diào)cyclin D1等抑制乳腺癌細胞的增殖,而利用siRNA敲除AMPK則能夠保護二甲雙胍誘導(dǎo)的生長抑制作用[37-38].在三陰性乳腺癌中,激活A(yù)MPK可以抑制乳腺癌細胞的增殖,而抑制AMPK的活性則可以促進乳腺癌的發(fā)生[39-40].利用組織微陣列技術(shù)和免疫組織化學(xué)法比較AMPK在乳腺癌、纖維腺瘤及正常乳腺組織中的表達情況,結(jié)果顯示,乳腺癌組織中AMPK的表達水平降低,且與血管侵犯、疾病復(fù)發(fā)有關(guān)[41].亦有研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌組織中葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glucose-6-phoshate dehydrogenase,G-6-PD)的水平有所升高,而抑制G-6-PD后可激活A(yù)MPK,從而發(fā)揮抗腫瘤的作用[42].以上結(jié)果均表明AMPK在乳腺癌組織中發(fā)揮了抗腫瘤的作用,因此,應(yīng)用二甲雙胍激活A(yù)MPK成為治療乳腺癌的選擇之一[43].

4.1.2 消化系統(tǒng)腫瘤 在肝癌中,Zheng等[44]研究發(fā)現(xiàn),在肝細胞癌(hepatocellular carcnoma,HCC)組織中,pAMPK的表達水平過低易發(fā)生腫瘤轉(zhuǎn)移,提示預(yù)后不良,高表達pAMPK的患者具有較長的生存時間;加用二甲雙胍能夠激活A(yù)MPK通路,抑制核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的活性,從而抑制HCC細胞的增殖,siRNA敲除AMPK能夠減弱二甲雙胍對HCC生長的抑制作用.同樣有研究發(fā)現(xiàn),安卓奎諾爾、大麻素和防己醇靈堿能夠通過激活A(yù)MPK相關(guān)信號通路、誘導(dǎo)細胞周期阻滯于G1期、促進腫瘤細胞凋亡、誘導(dǎo)自噬等途徑抑制HCC細胞的生長[45-47].有研究發(fā)現(xiàn),在肝癌組織中,乙醛脫氫酶-2(aldehydedehydrogenase,ALDH2)的表達下調(diào),然而重新表達ALDH2后,可激活A(yù)MPK通路,從而發(fā)揮抗腫瘤的作用[48].Hwang等[49]應(yīng)用EGCG處理結(jié)腸癌細胞株HT-29能夠激活A(yù)MPK,抑制環(huán)氧化酶-2的表達,從而抑制腫瘤細胞的增殖.同時有研究發(fā)現(xiàn),利用白藜蘆醇處理HT-29細胞能夠誘導(dǎo)細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生及AMPK的激活,從而促進HT-29細胞的凋亡[50].肥胖和胰島素抵抗與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展具有一定的關(guān)系,肥胖和胰島素抵抗患者的血清脂聯(lián)素水平較低,有研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用脂聯(lián)素能夠激活A(yù)MPK,抑制MTOR的表達,從而抑制結(jié)腸癌HT-29細胞及前列腺癌PC-3細胞的增殖[51].研究發(fā)現(xiàn),醛糖還原酶(aldose reductase,AR)抑制藥可通過調(diào)控Nrf2/HO-1/AMPK/p53通路和減少線粒體DNA的損傷預(yù)防結(jié)腸癌的發(fā)生[52].

4.1.3 肺癌Carretero等[53]研究發(fā)現(xiàn),在葡萄糖剝奪的情況下,AICAR可誘導(dǎo)LKB1野生型肺癌細胞株死亡,而不能誘導(dǎo)LKB1突變型肺癌細胞株死亡,這與Zhong等[21]的研究結(jié)果類似.Jin等[54]研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用魚藤素激活A(yù)MPK能夠下調(diào)survivin的表達,從而抑制肺癌細胞的增殖.Storozhuk等[55]利用二甲雙胍激活A(yù)MPK,增加肺癌的放療敏感性.

4.1.4 泌尿生殖系統(tǒng)腫瘤 在卵巢癌中,研究發(fā)現(xiàn),AMPK的表達與腫瘤的分級及不良預(yù)后呈負相關(guān)[56].Gotlieb等[57]通過體外實驗發(fā)現(xiàn),二甲雙胍能夠激活A(yù)MPK,從而下調(diào)S6K的表達,誘導(dǎo)卵巢癌細胞凋亡,加用AMPK抑制藥Compound C可抑制二甲雙胍對卵巢癌細胞的作用.Rattan等[58]研究發(fā)現(xiàn),使用二甲雙胍處理卵巢癌細胞后,pAMPK的表達水平增加,MTOR的磷酸化水平下降,且順鉑對卵巢癌細胞增殖的抑制作用增強.同樣,在子宮內(nèi)膜癌中,二甲雙胍能夠通過激活A(yù)MPK抑制MTOR的表達及激活A(yù)MPK-FOXO1信號通路等途徑發(fā)揮抗腫瘤的作用,且與紫杉醇存在協(xié)同作用[59-60].Zhou等[61]研究發(fā)現(xiàn),在前列腺癌中,突變前列腺癌細胞株C4-2的AMPK基因或者利用shRNA敲除AMPK,能夠下調(diào)p53、p21的表達以及上調(diào)S6K、IGF-1、IGF-1R的表達,從而促進前列腺癌細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移,利用AICAR激活A(yù)MPK能夠逆轉(zhuǎn)上述過程.研究發(fā)現(xiàn),二甲雙胍能夠通過激活A(yù)MPK誘導(dǎo)前列腺癌細胞、卵巢癌細胞組蛋白及非蛋白發(fā)生乙?；瘡亩l(fā)揮抗腫瘤的作用[62-63].Zheng等[64]利用熊果酸激活A(yù)MPK伴隨c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)的活化及MTOR的下調(diào),最終下調(diào)survivn的表達,誘導(dǎo)人膀胱癌細胞株T-24細胞凋亡.利用AICAR處理HTB2、HT1376膀胱癌細胞,可激活A(yù)MPK,上調(diào)p27蛋白的表達,導(dǎo)致G1期阻滯,進而抑制腫瘤細胞增殖,該過程主要由AMPKα2起作用,且AMPKα2介導(dǎo)的p27蛋白調(diào)控主要依賴于S期激酶相關(guān)蛋白2(S-phase kinase-associated protein 2,SKP2)的調(diào)控[65].最近的一項研究發(fā)現(xiàn),膀胱癌細胞中存在PKM2的過表達,下調(diào)PKM2的表達能夠激活A(yù)MPK并能夠加速吡柔比星誘導(dǎo)的凋亡,并與二甲雙胍存在協(xié)同作用[66].

4.1.5 其他實體腫瘤 除上述腫瘤外,應(yīng)用二甲雙胍或AICAR能夠通過激活A(yù)MPK抑制其他實體腫瘤如黑色素瘤、甲狀腺癌、膠質(zhì)母細胞瘤等腫瘤細胞的增殖[67-69].在髓母細胞瘤中,AMPK與Hedgehog信號通路有關(guān),AMPK的激活能夠使Hedgehog轉(zhuǎn)錄激活因子GLI1發(fā)生磷酸化,并抑制Hedgehog的活性,從而抑制集落的形成和腫瘤的生長[70].

4.1.6 血液系統(tǒng)腫瘤2003年,Campàs等[71]首次提出應(yīng)用AMPK激活劑治療血液系統(tǒng)疾病.Sengupta等[72]在兒童急性淋巴細胞白血病(acute lymphoblastic leukemia,ALL)患者中應(yīng)用AICAR抑制ALL細胞的增殖,誘導(dǎo)ALL細胞的凋亡,其主要機制為通過激活A(yù)MPK促進p27、p53的表達;同時,AICAR和雷帕霉素聯(lián)合應(yīng)用具有協(xié)同抑制ALL細胞增殖的作用.Vakana等[73]研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用AMPK激活藥AICAR或二甲雙胍可誘導(dǎo)費城染色體陽性的ALL細胞(伊馬替尼敏感細胞株-BV173細胞及伊馬替尼耐藥的T315I突變細胞株-BV173R細胞)凋亡.同樣,在急性髓細胞白血病(acute myeloid leukemia,AML)中,Green等[74]研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用二甲雙胍或AICAR能夠激活LKB1和AMPK,從而抑制MTOR的活性,發(fā)揮抗AML的作用.Drakos等[75]發(fā)現(xiàn),在套細胞淋巴瘤(mantle cell lymphoma,MCL)中,小鼠雙微蛋白2(murine double minute 2,MDM2)拮抗劑Nutlin-3a通過AMPK激活p53阻斷AKT/MTOR通路,誘導(dǎo)細胞凋亡,并使細胞周期阻滯于G1/S期.Shi等[76]研究發(fā)現(xiàn),淋巴瘤患者存在因AMPK失活導(dǎo)致的MTOR過度活化現(xiàn)象,應(yīng)用二甲雙胍激活A(yù)MPK能夠抑制淋巴瘤細胞的增殖,誘導(dǎo)自噬.研究發(fā)現(xiàn),AMPKβ1與p53基因共同缺失的小鼠更易發(fā)生T細胞淋巴瘤[77].在多發(fā)性骨髓瘤中,應(yīng)用AICAR或漆黃素激活A(yù)MPK能夠抑制骨髓瘤細胞的增殖,該抑制作用可被Compound C逆轉(zhuǎn)[78-79].Sook等[80]研究發(fā)現(xiàn),β-谷甾醇通過ROS物質(zhì)介導(dǎo)AMPK及c-Jun活化,誘導(dǎo)骨髓瘤細胞株U266凋亡.骨髓瘤患者的脂聯(lián)素水平低,應(yīng)用脂聯(lián)素可激活蛋白激酶A(protein kinase A,PKA),導(dǎo)致AKT活性的降低、AMPK的活性增加,抑制ACC從而發(fā)揮抗腫瘤的作用[81].

研究發(fā)現(xiàn),泛素偶聯(lián)酶E2O(ubiquitin-conjugating enzyme E2O,UBE2O)在多種腫瘤中表達,可泛素化降解AMPKα2,從而激活雷帕霉素靶蛋白/缺氧誘導(dǎo)因子-1α(MTOR/hypoxia inducible factor 1α,MTOR/HIF-1α)通路,導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生、發(fā)展;抑制UBE2O則能夠恢復(fù)AMPKα2的功能,抑制腫瘤的發(fā)生,說明AMPKα2可能為抑癌基因[82].一項納入21項回顧性研究的Meta分析顯示,AMPK高表達的腫瘤患者預(yù)后較好,其3年、5年、10年的總生存率及無進展生存率比較,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)[83].但AMPK的檢測方法不同,且AMPK表達水平的高低缺乏統(tǒng)一的標準,尚需通過更嚴格的研究來觀察AMPK的表達與預(yù)后的關(guān)系.

綜上所述,激活A(yù)MPK發(fā)揮抗腫瘤作用主要通過阻斷MTORC1信號通路,抑制AKT信號,阻斷Hedgehog信號途徑,上調(diào)腫瘤抑制基因Foxo3a及p53.但AMPK的激活是否為伴隨變化或化療壓力下的應(yīng)激而短暫激活尚未得知,隨著化療壓力的加大,當腫瘤細胞不足以抵抗壓力而發(fā)生凋亡時,AMPK激活是否轉(zhuǎn)而受到抑制尚不清楚,或當腫瘤細胞足以抵抗化療而發(fā)生耐藥時,AMPK是否進一步激活尚需深入探討.

5 AMPK的促進腫瘤作用

AMPK不僅具有抗腫瘤的作用,還具有促進腫瘤發(fā)生的作用[35,84].研究發(fā)現(xiàn),在乳腺癌中,低氧微環(huán)境下培養(yǎng)乳腺癌MCF-7細胞,可使AMPK發(fā)生活化,小檗堿通過抑制AMPK-HIF-1α的活性逆轉(zhuǎn)乳腺癌缺氧誘導(dǎo)的化療耐藥,說明AMPK可以保護乳腺癌細胞免受化療誘導(dǎo)的凋亡[85].Duong等[86]發(fā)現(xiàn),在胰腺癌中,化合物C(BML-275)能夠抑制AMPK的活性,促進細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生及DNA的損傷,誘導(dǎo)細胞的凋亡.Kato等[87]發(fā)現(xiàn),在營養(yǎng)剝奪的情況下,肝癌細胞株在48 h內(nèi)死亡,而胰腺癌細胞株可存活48 h以上,推測這種對能量剝奪的耐受情況可能與細胞內(nèi)AMPK的水平有關(guān),胰腺癌細胞株P(guān)ANC-1、AsPC-1敲除AMPK后,能夠降低該細胞株對能量剝奪的耐受,同時,敲除AMPK后,PANC-1細胞的裸鼠成瘤能力減弱.Kim等[88]在卵巢癌細胞株SKOV3中發(fā)現(xiàn),應(yīng)用溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)激活A(yù)MPK后,能夠促進卵巢癌細胞的遷移,在異種移植小鼠模型中發(fā)現(xiàn),敲除AMPK能夠減少卵巢癌細胞的擴散及肺部轉(zhuǎn)移.Park等[89]發(fā)現(xiàn),在前列腺癌患者的組織以及前列腺癌細胞株(雄激素敏感細胞株LNCaP以及雄激素非依賴細胞株LNCaP C4-2B、CWR22Rv1、DU-145和PC-3)中,AMPK過表達,且伴隨著磷酸化ACC的升高;利用siRNA及化合物C抑制AMPK則能夠抑制前列腺癌細胞的增殖,促進其凋亡,使細胞周期阻滯于G1期.Frigo等[90]采用微陣列技術(shù)發(fā)現(xiàn),前列腺癌細胞中存在CaMKKβ的高表達,細胞實驗發(fā)現(xiàn),雄激素能夠上調(diào)CaMKKβ及pAMPK的表達,抑制CaMKKβ-AMPK通路,能夠抑制雄激素介導(dǎo)的前列腺癌細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移.Kim等[91]發(fā)現(xiàn)槲皮素可直接抑制AMPK的活性,增強低氧誘導(dǎo)的HCT116結(jié)腸癌細胞凋亡.Harhaji-Trajkovic等[92]利用順鉑干預(yù)人U251膠質(zhì)瘤細胞、鼠C6膠質(zhì)瘤細胞及小鼠成纖維肉瘤L929細胞,腫瘤細胞可發(fā)生保護性自噬而抵抗順鉑誘導(dǎo)的腫瘤細胞凋亡,伴隨著AMPK的激活;利用溶酶體抑制劑巴弗洛霉素A1和氯喹或磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)抑制藥渥曼青霉素抑制自噬,能夠促進細胞DNA斷裂、caspase活化和凋亡增加;利用siRNA或化合物C抑制AMPK能夠減少保護性自噬,促進細胞凋亡;反之,加用AMPK激活劑二甲雙胍能夠增強保護性自噬的作用.

在血液系統(tǒng)腫瘤中,Accordi等[93]研究發(fā)現(xiàn),對于MLL基因重排的兒童B急性淋巴細胞白血病(B-acute lymphocytic leukemia,B-ALL)患者,AMPK的激活能夠促進細胞的存活,而應(yīng)用化合物C或者siRNA能夠抑制AMPK的活性從而能夠誘導(dǎo)細胞凋亡.在髓系白血病動物模型中,限食可激活A(yù)MPK,賦予白血病啟動細胞(leukemia initiating cell,LIC)代謝應(yīng)激抗性并促進白血病的發(fā)生,AMPK的表達缺失可下調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1(glucosetransporter1,GLUT1)的表達水平,增加ROS和DNA的損傷,明顯延遲白血病的發(fā)生和消耗LIC[94].Baumann等[95]發(fā)現(xiàn),AMPK在多發(fā)性骨髓瘤細胞中呈現(xiàn)高表達,應(yīng)用化合物C能夠誘導(dǎo)多發(fā)性骨髓瘤細胞凋亡,伴隨Mcl-1及Bcl-xl蛋白的表達下調(diào).髓系來源抑制細胞(myeloid derived suppressor cell,MDSC)與骨髓瘤5T33MM細胞共培養(yǎng),可激活骨髓瘤細胞表達AMPK,調(diào)控骨髓瘤細胞的存活狀態(tài),提示AMPK可能為癌基因[96].有研究結(jié)果顯示,二甲雙胍可不依賴于激活A(yù)MPK途徑而發(fā)揮抗骨髓瘤的作用[97];也有研究發(fā)現(xiàn),多發(fā)性骨髓瘤細胞株存在AMPK的激活,然而敲除AMPK后,二甲雙胍誘導(dǎo)骨髓瘤細胞凋亡的比例增加,說明AMPK在多發(fā)性骨髓瘤中可能發(fā)揮癌基因的作用[98].基于上述矛盾的結(jié)果,有關(guān)AMPK在骨髓瘤中的作用仍需進一步研究.

細胞脫離細胞外基質(zhì)可導(dǎo)致細胞失巢凋亡.研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌細胞脫離細胞外基質(zhì)可觸發(fā)AMPK的活性并通過上調(diào)具有PH結(jié)構(gòu)域富含亮氨酸的重復(fù)蛋白磷酸酶(pleckstrin homology domain leucine-rich repeatprotein phosphatases,PHLPP2)而抑制AKT的活性,這種高pAMPK、低pAKT的狀態(tài)對懸浮細胞的存活至關(guān)重要;相反,基質(zhì)復(fù)位可通過蛋白磷酸酶2Cα(protein phosphatase 2Cα,PP2Cα)介導(dǎo)高磷酸化AKT、低 pAMPK狀態(tài)的恢復(fù),導(dǎo)致AKT介導(dǎo)的AMPK失活;來源于原發(fā)性乳腺癌和轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的臨床標本顯示與AKT調(diào)控相關(guān)的基因呈現(xiàn)高表達狀態(tài),而循環(huán)乳腺腫瘤細胞則顯示與AMPK調(diào)控相關(guān)的基因呈現(xiàn)高表達狀態(tài)[99].同樣,最近的研究發(fā)現(xiàn),在肺癌中,當腫瘤與基質(zhì)分離后,可通過多形性腺瘤基因1(pleomorphic adenoma gene 1,PLAG1)誘導(dǎo)谷氨酸脫氫酶1(glutamate dehydrogenase 1,GDH1)表達,促進α-酮戊二酸(a-ketoglutarate,α-KG)的產(chǎn)生,α-KG結(jié)合CamKK2后,增強CamKK2的結(jié)合并激活其底物AMPK,從而保護腫瘤細胞免受失巢凋亡[4].

AMPK發(fā)揮的是抗腫瘤的作用還是促進腫瘤發(fā)生的作用與腫瘤細胞所處的微環(huán)境有關(guān),當腫瘤細胞受到外界的壓力(缺氧、營養(yǎng)剝奪、酸中毒、細胞-基質(zhì)脫離、化療等)時,腫瘤細胞為了適應(yīng)環(huán)境及抵抗化療,可激活A(yù)MPK發(fā)揮保護腫瘤細胞的作用.

綜上所述,腫瘤的發(fā)生是一個復(fù)雜的過程,腫瘤細胞的快速增殖需要能量的支持,在能量不足的情況下,腫瘤細胞會通過自身調(diào)節(jié)以適應(yīng)能量不足的情況.在腫瘤中,AMPK作為腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生的各種應(yīng)激信號的匯合點,有研究認為AMPK激活藥具有抑制腫瘤細胞增殖、誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡的作用;激活A(yù)MPK后可通過下調(diào)MTORC1復(fù)合物、抑制AKT信號、穩(wěn)定抑癌基因Foxo3a或p53等途徑發(fā)揮抗腫瘤作用.然而,近5年來,越來越多的證據(jù)表明,腫瘤細胞亦可通過激活A(yù)MPK發(fā)揮代謝壓力下的保護作用,腫瘤細胞也可能通過激活A(yù)MPK作為生存策略.許多代謝抑制劑可誘導(dǎo)腫瘤細胞死亡,同時伴隨AMPK的激活,這種代謝壓力下的激活可能是腫瘤細胞為了適應(yīng)環(huán)境而發(fā)生的保護性措施,可能誘導(dǎo)了腫瘤細胞對代謝抑制劑的抗性.因此,臨床中尚需進一步評估AMPK在各種腫瘤微環(huán)境中的基線特點,謹慎使用AMPK激活藥或抑制藥.對于AMPK本身呈激活狀態(tài)的腫瘤,為防止AMPK對化療應(yīng)激的保護作用,AMPK抑制藥聯(lián)合化療的治療方案或許更合適.