明鵬飛, 黃瑩瑩, 董妍麗, 王希春, 吳金節(jié), 李 玉

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院， 合肥 230036)

動(dòng)物高脂血癥是指血液中脂類水平升高的一種代謝性疾病。臨床上常表現(xiàn)為血脂升高，主要包括總膽固醇(total cholesterol，TC)、甘油三酯(triglyceride，TG)和低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)含量升高以及高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C)含量降低[1]。近年來，高脂血癥及其相關(guān)疾病的發(fā)病率不斷升高，深入探究高脂血癥發(fā)病的復(fù)雜機(jī)制，為臨床高脂血癥的治療提供試驗(yàn)及理論依據(jù)顯得極其重要[2-3]。高脂血癥是常見的營(yíng)養(yǎng)代謝性疾病，動(dòng)物高脂血癥的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致脂代謝紊亂的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致肥胖、胰島素抵抗等一系列代謝性疾病的發(fā)生，給動(dòng)物生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。LKB1-AMPKα信號(hào)通路可在高脂血癥中起重要的調(diào)控作用。肝激酶B1也被稱為絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶11(serine-threonine kinase 11，STK11)，主要集中在細(xì)胞核與細(xì)胞漿中。LKB1的功能表現(xiàn)主要由細(xì)胞漿內(nèi)的部分引發(fā)[4]，在細(xì)胞能量代謝、凋亡等的調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用[5]。腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是一種廣泛存在于真核細(xì)胞中的高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶[6]，是細(xì)胞內(nèi)的能量“感受器”和“調(diào)節(jié)器”，通過調(diào)控脂肪、蛋白質(zhì)等的合成與轉(zhuǎn)化，在維持細(xì)胞內(nèi)能量代謝平衡過程中起重要作用[7-8]。LKB1還可以作為AMPK相關(guān)的13種激酶的上游參與能量代謝的調(diào)節(jié)[9]。因此，研究LKB1、AMPKα共同調(diào)節(jié)動(dòng)物高脂血癥的作用機(jī)制具有重要的意義。

1 LKB1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與高脂血癥

LKB1是由Hemminki等[10]在1998年發(fā)現(xiàn)的一種腫瘤抑制基因，其蛋白與STRAD(STE20 related adaptor protein)和MO25(Mouse protein 25)的蛋白質(zhì)形成異源三聚體，使LKB1的活性極大提高，發(fā)揮其調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)生物活性和能量代謝的作用[11]。研究表明，LKB1可以促進(jìn)脂肪動(dòng)員，通過抑制高脂血癥重要指標(biāo)TC、TG的合成來抑制高脂血癥[12]。動(dòng)物高脂血癥血清中TG含量升高會(huì)促進(jìn)極低密度脂蛋白(VLDL)的生成，而VLDL可轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)DL-C，進(jìn)而加重高脂血癥的發(fā)展[13-14]。LKB1可直接抑制與脂肪酸、TG合成有關(guān)的靶基因脂肪酸合成酶(fatty acid synthetase，F(xiàn)AS)、乙酰輔酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)等的表達(dá)，從而抑制脂肪酸和TG的合成。李夢(mèng)華等[15]研究表明LKB1可通過激活其相關(guān)的上下游信號(hào)通路(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)-(related to the A and C kinase，AKT)使大鼠高脂血癥中TC、TG和LDL-C含量明顯降低，HDL-C含量顯著增加，從而抑制高脂血癥的發(fā)生。由此可知，LKB1可通過調(diào)控TC和TG的合成與轉(zhuǎn)化及相關(guān)代謝通路來抑制動(dòng)物高脂血癥的發(fā)生和發(fā)展。

2 AMPKα信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與高脂血癥

AMPK是近年來發(fā)現(xiàn)的與細(xì)胞能量代謝密切相關(guān)的一種酶[16]，由α催化亞單位和β、γ兩個(gè)調(diào)節(jié)亞單位組成的異源三聚體蛋白，AMPK活性需要3個(gè)亞基共同表達(dá)，β亞基還與AMPK和AMP兩者的連接有關(guān)[17]。AMP可通過直接變構(gòu)激活A(yù)MPK等方式，進(jìn)而通過下游眾多的靶蛋白發(fā)揮能量調(diào)節(jié)作用[18]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)一些神經(jīng)內(nèi)分泌激素和細(xì)胞因子，如瘦素、胰島素等均可直接激活A(yù)MPKα以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的代謝調(diào)控[12]。活化的AMPK可以抑制TC和TG的合成，促進(jìn)脂肪動(dòng)員，AMPK激活后可磷酸化膽固醇合成關(guān)鍵酶3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶(3-Hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase，HMGR)，從而抑制膽固醇的合成，磷酸化ACC，抑制脂肪酸的合成。ACC是調(diào)控脂肪酸合成的關(guān)鍵酶[19]，激活的AMPKα可磷酸化并激活其下游靶蛋白固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(Sterol regulatory element-binding protein 1C，SREBP-1c)，直接抑制與脂肪酸、TG合成有關(guān)的HMGR和FAS等多個(gè)靶基因，從而抑制脂肪酸和TG的合成[6,20]。另外還可磷酸化甘油二酯和甘油三酯合成關(guān)鍵酶甘油磷酸?；D(zhuǎn)移酶(Glycerol-3-phosphate acyltransferase，GPAT)，磷酸化激素敏感酯酶(Hormone-sensitive triglyceride lipase，HSL)促進(jìn)脂酰甘油酯和膽固醇脂水解[21]。AMPK活性降低可能導(dǎo)致血漿游離脂肪酸升高及脂質(zhì)異位沉積，導(dǎo)致高脂血癥、肥胖等脂代謝紊亂性疾病的發(fā)生。因此，在動(dòng)物高脂血癥等脂質(zhì)代謝過程中，AMPK信號(hào)通路不僅抑制了脂肪酸和TG的合成，也促進(jìn)了TG的分解和脂肪酸的氧化，更靈敏且穩(wěn)定的維持機(jī)體脂代謝過程。所以，AMPK可通過調(diào)控TC和TG的合成與轉(zhuǎn)化及脂合成與分解基因來抑制動(dòng)物高脂血癥的發(fā)生。

3 LKB1-AMPKα信號(hào)通路與動(dòng)物高脂血癥

3.1 LKB1與AMPKα相互作用的方式

研究發(fā)現(xiàn)，AMPK的上游激酶LKB1和鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶激酶(Calmodulin-dependent protein kinase kinase，CaMKK)可以磷酸化蘇氨酸殘基Thr-172，進(jìn)而激活細(xì)胞中AMPK的活性，如圖1所示[22]。有一個(gè)特殊的Thr-172存在于AMPKα亞基上，該位點(diǎn)與LKB1磷酸化AMPK密切相關(guān)，當(dāng)ATP/ADP比值下降的效應(yīng)經(jīng)腺苷酸激酶放大后，使AMP結(jié)合在AMPKα亞基上，促進(jìn)LKB1磷酸化并激活A(yù)MPK[23]。研究發(fā)現(xiàn) AMPK結(jié)合了AMP之后，更易受到LKB1的激活作用[24]。LKB1通過去乙酰化在胞質(zhì)中的定位是其發(fā)揮激酶活性并激活A(yù)MPKα的先決條件[25]，當(dāng)LKB1組成異源三聚體LKB1-STRAD-MO25后，激活A(yù)MPK磷酸化下游SIRT1、過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1α(Peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator，PGC-1α)活性因子，抑制耗能過程，促進(jìn)產(chǎn)能過程，維持細(xì)胞內(nèi)代謝平衡，LKB1-AMPKα信號(hào)通路與能量代謝關(guān)系如圖2所示[5]。

圖1 LKB1、CaMKK調(diào)控AMPK的方式[22]

3.2 LKB1-AMPKα信號(hào)通路對(duì)動(dòng)物高脂血癥的調(diào)控

研究表明，LKB1-AMPKα信號(hào)通路在葡萄糖轉(zhuǎn)換、脂類代謝過程中發(fā)揮著重要的作用，可調(diào)控脂肪肝、奶牛酮病、動(dòng)物高脂血癥等脂代謝相關(guān)基因的表達(dá)[26]。有研究表明，增加LKB1的表達(dá)，能夠促進(jìn)AMPKα的表達(dá)，對(duì)抗高脂血癥等脂代謝紊亂性疾病的發(fā)生[27]。在臨床實(shí)踐中，降低血脂、改善血脂異常是預(yù)防高脂血癥等脂代謝性疾病發(fā)生、發(fā)展的有效途徑。AMPK的激動(dòng)劑5-氨基咪唑-4-氨甲酰核糖核苷(5-Aminoimidazole-4-carboxamide1-β-D-ribofuranoside，AICAR)可降低動(dòng)物高脂血癥的血脂水平，但需要借助于AMPK的上游蛋白激酶LKB1和CaMKKβ，從而導(dǎo)致包括過氧化物酶激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARγ)、PGC-1α等在內(nèi)的下游靶標(biāo)脫乙?；?，降低動(dòng)物體內(nèi)TG、TC的合成代謝，抑制高脂血癥的發(fā)生[28]。

圖2 LKB1-AMPK信號(hào)通路與能量代謝[5]

初欣欣等[29]研究表明：高脂血癥會(huì)觸發(fā)AMPK表達(dá)量下降，抑制AMPK信號(hào)通路及其下游靶分子使血清TC、TG、LDL-C和FFA含量升高，進(jìn)一步促進(jìn)金黃地鼠高脂血癥的發(fā)展。孫樂等[6]的研究中，通過高脂飼料誘導(dǎo)小鼠之后血清TC、TG水平明顯升高，形成了典型的高脂血癥，添加粗壯女貞后促進(jìn)LKB1磷酸化并激活A(yù)MPK信號(hào)通路，降低高脂血癥金黃地鼠TC、TG、LDL-C 水平，從而改善高脂血癥水平。沈彥君[30]的研究表明，毛冬青皂苷可通過活化AMPK信號(hào)通路及下游脂生成、脂肪酸β氧化基因進(jìn)而改善高脂飲食誘導(dǎo)的大鼠高脂血癥，使高脂血癥大鼠血清中TC、TG等水平降低，HDL-C水平升高。Long和Zierath等[31]研究表明：在果糖誘導(dǎo)的大鼠高脂血癥模型中添加綠茶能明顯降低肝臟FASmRNA和蛋白表達(dá)水平，增加AMPK的磷酸化水平，顯著降低血清中TG和TC的含量。

奶牛肝臟過表達(dá)AMPKα可顯著促進(jìn)其下游靶基因的表達(dá)，進(jìn)而激活LKB1，可有效加速脂氧化，降低血漿脂質(zhì)TC、TG含量，使脂肪氧化與合成的比值增加[32]，抑制奶牛高脂血癥的發(fā)生。此外，LKB1-AMPKα信號(hào)通路可通過脂代謝關(guān)鍵調(diào)控因子PPARα、SREBP-1c、碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(Carbohydrate response element binding protein，ChREBP)等實(shí)現(xiàn)對(duì)奶牛高脂血癥的調(diào)控。當(dāng)LKB1激活A(yù)MPKα后，可使PPARα增強(qiáng)長(zhǎng)鏈脂酰CoA合成酶(Long-chain acyl-CoA synthetase，ACSL)、肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1 (Carnitine palmitoyltransferse1，CPT1)、ACC氧化酶(1-Aminocyclop ropane-1-carboxylic acid oxidase，ACO)的表達(dá)和生物活性，促進(jìn)長(zhǎng)鏈脂肪酸進(jìn)入線粒體，增加脂肪酸氧化能力，抑制脂肪酸合成[33]，從而調(diào)控奶牛高脂血癥的發(fā)生。LKB1-AMPKα是負(fù)性調(diào)控SREBP-1c活性的上游通路之一，能夠阻止SREBP-1c蛋白水解[34]，磷酸化SREBP-1c絲氨酸372，進(jìn)而下調(diào)脂質(zhì)合成相關(guān)基因ACC、FAS及硬脂酰輔酶A去飽和酶1(Stearoyl-CoA desaturase1，SCD1)、膽固醇合成酶(3-Hy-droxy-3-methylglutaryl coenzyme A，HMG-CoA)、HMG-CoA還原酶等的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄水平[35]，結(jié)果導(dǎo)致脂肪酸和TG含量減少，從而抑制奶牛高脂血癥的發(fā)生。ChREBP分子中同樣有AMPKα的磷酸化位點(diǎn)，當(dāng)LKB1表達(dá)升高磷酸化并激活A(yù)MPKα后，直接磷酸化ChREBP，使其失去轉(zhuǎn)錄活性并阻止與DNA結(jié)合，抑制其靶標(biāo)基因ACCα和FAS等的表達(dá)，進(jìn)而降低脂肪酸的合成[36]，抑制了奶牛高脂血癥的發(fā)生。

徐晶等[21]對(duì)能量負(fù)平衡小尾寒羊的研究表明：能量缺乏激活了AMPKα，使脂代謝關(guān)鍵酶 GPAT 及 ACC 的活性下降，高脂血癥指標(biāo)TG、TC含量降低，抑制了脂代謝紊亂性疾病的發(fā)生。Lin等[37]研究發(fā)現(xiàn)，茶多酚能促進(jìn)AMPK與LKB1的激活表達(dá)，進(jìn)而抑制ACCα活性，降低高脂血癥指標(biāo)。何坤[38]研究表明：綠茶多酚通過PI3K/AKT/AMPK-LKB1信號(hào)通路，抑制FAS的相對(duì)表達(dá)量，降低犬血清內(nèi)TC、TG含量，升高HDL的含量，抑制了犬高脂血癥的發(fā)生。朱海波[39]研究證明蟲草素衍生物對(duì)敘利亞金黃地鼠、家兔和巴馬小型豬、Beagle犬等高脂血癥動(dòng)物均具有顯著的降血脂功能，其可能與AMPKγ調(diào)節(jié)亞基直接結(jié)合，增強(qiáng)AMPK活性，繼而激活其上游LKB1，抑制其信號(hào)通路下游TC和TG合成調(diào)控蛋白ACC的活性，促進(jìn)脂肪酸氧化，從而抑制多種動(dòng)物高脂血癥的發(fā)生。因此，當(dāng)LKB1-AMPKα信號(hào)通路表達(dá)增強(qiáng)后，脂肪酸氧化分解增強(qiáng)，TG、TC含量降低，脂質(zhì)蓄積減少，抑制了動(dòng)物高脂血癥的發(fā)生。所以LKB1-AMPKα信號(hào)通路在動(dòng)物高脂血癥中起核心調(diào)節(jié)作用。

綜上所述，LKB1-AMPKα相關(guān)信號(hào)通路可通過調(diào)節(jié)高脂血癥主要指標(biāo)TC、TG等的合成與轉(zhuǎn)化及脂合成、脂氧化基因來控制動(dòng)物高脂血癥的發(fā)生和發(fā)展，其與高脂血癥密切相關(guān)，當(dāng)此信號(hào)通路出現(xiàn)功能失調(diào)時(shí)，高脂血癥及其一系列并發(fā)癥就會(huì)產(chǎn)生，導(dǎo)致脂質(zhì)代謝綜合征的形成。

4 小結(jié)及展望

隨著對(duì)LKB1-AMPK信號(hào)通路進(jìn)一步深入研究，其上下游靶蛋白的種類及數(shù)量將逐漸被發(fā)現(xiàn)，相互作用的機(jī)理將逐漸被闡明，可能為治療動(dòng)物高脂血癥等代謝性疾病提供新的作用靶點(diǎn)。在LKB1-AMPKα信號(hào)通路對(duì)動(dòng)物高脂血癥的研究中，應(yīng)結(jié)合其上游的基因、下游的靶蛋白，繪制動(dòng)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并探究其相互作用的機(jī)制，以期為動(dòng)物高脂血癥及其相關(guān)研究提供依據(jù)。此外，調(diào)控動(dòng)物高脂血癥的信號(hào)通路不只LKB1-AMPKα一條，是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，在后續(xù)的研究中，如果能發(fā)現(xiàn)其他重要的信號(hào)通路以及這些信號(hào)通路之間的相互作用方式，或?qū)閯?dòng)物高脂血癥的防治打開另一扇大門。