周樹蘭 王 成

血管鈣化(vascular calcification, VC)被認(rèn)為是動(dòng)脈粥樣硬化、慢性腎臟疾病(CKD)、糖尿病、高血壓、絕經(jīng)后綜合征、主動(dòng)脈狹窄和老年人群的常見病理表現(xiàn)，與心血管及全因病死率顯著相關(guān)，但目前臨床上暫無(wú)特效治療藥[1]。因此，在早期階段更好地了解疾病的發(fā)病機(jī)制對(duì)開發(fā)有效的治療方法至關(guān)重要。目前，研究者越來(lái)越關(guān)注細(xì)胞分子機(jī)制的調(diào)控。

多種機(jī)制參與VC過(guò)程，并且每個(gè)機(jī)制之間可能存在交互影響。如果僅針對(duì)單一途徑用藥難以解決臨床復(fù)雜疾病的治療需求，所以，一個(gè)具有多靶點(diǎn)的分子信號(hào)通路是改善VC的發(fā)展方向。目前研究發(fā)現(xiàn)包括二甲雙胍、阿托伐他汀、中草藥單體或提取物如白藜蘆醇、附子多糖、黃氏多糖、槲皮素等多種藥物可通過(guò)激活A(yù)MPK相關(guān)通路改善VC。本文對(duì)激活A(yù)MPK改善VC的相關(guān)機(jī)制和藥物做一系統(tǒng)闡述。

一 AMPK和激活機(jī)制

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中AMPK由1個(gè)催化亞基(α)和2個(gè)調(diào)節(jié)亞基(β和γ)聚合而成的一個(gè)異三聚體，是一種監(jiān)測(cè)細(xì)胞能量狀態(tài)并快速協(xié)調(diào)代謝途徑以平衡機(jī)體營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和各組織器官能量需求的酶[2]。主要通過(guò)監(jiān)測(cè)AMP與ATP比值變化來(lái)感知機(jī)體能量狀態(tài)，并通過(guò)AMP或ADP與AMPKγ亞基結(jié)合及通過(guò)上游蛋白激酶使AMPKα催化亞基上蘇氨酸(Thr)172殘基發(fā)生磷酸化，同時(shí)上游蛋白磷酸酶(PP)去磷酸化，然后被AMP和ATP變構(gòu)激活，這是AMPK的主要激活位點(diǎn)[3]。而Thr172殘基主要由兩個(gè)不同的上游激酶磷酸化:一個(gè)是肝激酶B1(LKB1)，LKB1是AMPK感知細(xì)胞能量狀態(tài)機(jī)制中的關(guān)鍵元素，接受機(jī)體發(fā)出的大部分應(yīng)激信號(hào)；另一個(gè)是鈣(Ca2+)/鈣調(diào)素依賴性蛋白2(CaMKK2)，被細(xì)胞內(nèi)Ca2+的增加激活[4]。

二、AMPK與血管鈣化的關(guān)系

1.AMPK調(diào)控eNOS影響血管鈣化：內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)形成血管內(nèi)壁，將血管壁與血液循環(huán)隔開，其關(guān)鍵功能是支持血管穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)血管壁通透性和提供細(xì)胞運(yùn)輸。其中由內(nèi)皮型一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, eNOS)產(chǎn)生的一氧化氮(NO)在維持血管功能方面具有重要作用，例如凝血功能、收縮功能、分泌功能等。另一項(xiàng)研究表明，eNOS缺乏可導(dǎo)致主動(dòng)脈鈣化加重[5]。而AMPK是一種定義明確的eNOS調(diào)節(jié)劑，在維持血管功能方面具有重大意義。研究發(fā)現(xiàn)，植物提取物白藜蘆醇(resveratrol, RSV)能通過(guò)激活A(yù)MPK降低氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，Ox-LDL)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激并保存了eNOS活性，使NO的生物利用度增加，具有顯著改善內(nèi)皮功能障礙和抑制動(dòng)脈粥樣硬化作用[6]。中藥提取物黃氏多糖(astragalus polysaccharide, APS)通過(guò)激活A(yù)MPK信號(hào)通路,活化eNOS降低糖尿病大鼠的血糖、血脂水平，明顯抑制糖尿病大鼠動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展[7]。因此，中草藥提取物作為AMPK激活劑對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞eNOS信號(hào)通路的影響可能是預(yù)防VC的治療方法之一。

2.AMPK激活自噬影響血管鈣化：自噬是細(xì)胞生存所必需的分解代謝降解過(guò)程，負(fù)責(zé)去除畸形或不必要的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器，并更新舊的或損壞的分子，以補(bǔ)充饑餓時(shí)期儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)被普遍認(rèn)為是一個(gè)中央監(jiān)管自噬的關(guān)鍵分子結(jié)構(gòu)酶，在自噬激活中起關(guān)鍵的負(fù)調(diào)控作用。研究表明通過(guò)AMPK的激活探討了自噬抑制細(xì)胞凋亡在VC中的保護(hù)作用。Liao等[8]研究發(fā)現(xiàn)，附子多糖(fuzi polysaccharide，F(xiàn)PS)通過(guò)降低ox - LDL來(lái)增強(qiáng)AMPK/mTOR自噬通路活性從而抑制VSMC凋亡，顯著改善VC。陳雨露等[9]研究發(fā)現(xiàn)，柚皮素通過(guò)增加AMPK的磷酸化水平進(jìn)而增強(qiáng)自噬能力，減輕細(xì)胞內(nèi)膽固醇的含量從而抑制泡沫細(xì)胞的形成,有效防治了動(dòng)脈粥樣硬化。此外，當(dāng)機(jī)體內(nèi)細(xì)胞內(nèi)鈣濃度升高時(shí)Ca2+通過(guò)電壓門控Ca2+通道進(jìn)入血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell, VSMC)影響血管成骨分化。李云攀等[10]研究發(fā)現(xiàn)，天麻鉤藤飲通過(guò)激活Ca2+/AMPK/mTOR自噬通路具有明顯改善高血壓大鼠血管彈性下降繼而有效控制其血壓穩(wěn)定。值得注意的是一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，甲狀腺功能減退(hypothyroidism,HT)也是動(dòng)脈粥樣硬化一大致病因素，機(jī)制與HT導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中TAK1表達(dá)減少，從而抑制下游AMPK和ULK1的活化，減弱自噬有關(guān)[11]。因此，AMPK相關(guān)自噬通路的激活在VC的預(yù)防和治療機(jī)制中扮演著重要角色。

3.AMPK減弱內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激影響血管鈣化：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一個(gè)重要的細(xì)胞器，參與了大約1/3的細(xì)胞蛋白質(zhì)的產(chǎn)生和折疊，特定的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ER stress, ERS)信號(hào)通路是維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)所必需的。越來(lái)越多的證據(jù)表明，延長(zhǎng)ERS最終導(dǎo)致多種細(xì)胞途徑的調(diào)控，包括凋亡、壞死、自噬等[12]。因此，VC與ERS之間存在緊密聯(lián)系，研究發(fā)現(xiàn)在鈣化的主動(dòng)脈瓣中病變中ERS的生物學(xué)標(biāo)志物顯著增加，其中最常見的是轉(zhuǎn)錄因子4(transcription factor 4, ATF4)，它在鈣化的主動(dòng)脈VSMC中活性增加[13]。為進(jìn)一步研究其機(jī)制，Li等[14]研究發(fā)現(xiàn)，死亡相關(guān)蛋白激酶3(death associated protein kinase 3, DAPK3)的缺乏能通過(guò)激活A(yù)MPK抑制VSMC中ERS的相關(guān)蛋的表達(dá)，進(jìn)而緩解VC。Xiong等[15]研究發(fā)現(xiàn)，目前臨床上應(yīng)用的阿托伐他汀正是通過(guò)激活A(yù)MPK通路抑制ox- LDL誘導(dǎo)的ERS從而改善動(dòng)脈粥樣硬化。然而，作為動(dòng)脈粥樣硬化的最后階段，AMPK在ERS介導(dǎo)的血管鈣化中的作用尚未完全闡明，可能與抑制下游ATF4分子有關(guān)。但是目前可以肯定的是AMPK的激活可以抑制ERS改善VC進(jìn)展。

4.AMPK調(diào)控 PGC-1影響血管鈣化：過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1(PGC-1)是一個(gè)轉(zhuǎn)錄共激活因子家族，由PGC-1α、PGC-1β和PGC-1相關(guān)共激活因子組成[16]。AMPK是PGC-1的重要上游介質(zhì)，研究表明通過(guò)激活A(yù)MPK上調(diào)PGC-1水平在改善動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用[17]。PGC-1α作為內(nèi)源性保護(hù)調(diào)節(jié)劑可以通過(guò)上調(diào)抗氧化酶活力清除線粒體活性氧(mitochondrial ROS,mtROS)降低線粒體氧化應(yīng)激從而抑制VSMC的增殖和遷移，改善CKD中鈣、磷失調(diào)誘導(dǎo)的VC[18]。Tsai等[19]研究發(fā)現(xiàn)，從杜仲科植物中提取的綠原酸(chlorogenic acid，CA)能通過(guò)激活沉默信息調(diào)節(jié)因子1(SIRT1)和調(diào)節(jié)AMPK/ PGC-1信號(hào)通路緩解ox-LDL誘導(dǎo)的內(nèi)皮氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙，在動(dòng)脈粥樣硬化的治療中具有重要的潛在意義。此外，二甲雙胍除了具有降糖作用外，還能通過(guò)激活A(yù)MPK/PGC-1β通路抑制VSMC增殖，其中PGC-1β的下調(diào)將完全阻斷了這一作用[20]。因此，PGC-1可能成為一種有吸引力的動(dòng)脈粥樣硬化治療候選蛋白，以及在VC相關(guān)疾病的治療中具有潛在意義。

5.AMPK-Runx2信號(hào)通路影響血管鈣化：Runx2是一種公認(rèn)的成骨細(xì)胞分化相關(guān)基因的激活因子，Runx2的上調(diào)已成為驅(qū)動(dòng)心血管病理的不良細(xì)胞事件的重要調(diào)節(jié)因子。它在人動(dòng)脈粥樣硬化鈣化的血管組織標(biāo)本和小鼠主動(dòng)脈VSMC中均有表達(dá)升高，并且VSMC自主Runx2對(duì)血管成骨至關(guān)重要[21]。AMPK作為能量傳感器，除了眾所周知的代謝調(diào)節(jié)作用外，Gai等[22]研究發(fā)現(xiàn)，激活A(yù)MPKα1可以阻止VSMC中Runx2的表達(dá)，從而改善血管順應(yīng)性減低心血管事件的發(fā)生。因此，AMPKα1-Runx2信號(hào)通路可能是預(yù)防VC相關(guān)疾病的潛在作用靶點(diǎn)。

6.AMPK調(diào)控DRP1影響血管鈣化：線粒體動(dòng)力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1,DRP1)在線粒體裂變中是必需的，這導(dǎo)致線粒體收縮并最終分裂，從而維持能量平衡。而DRP1是AMPK已知的下游因子，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)DRP1能減弱氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的血管鈣化[23]。在糖尿病小鼠模型中，Wang等[24]研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍能通過(guò)激活A(yù)MPK降低DRP1的表達(dá)，減少線粒體碎裂和斑塊形成，有效改善高糖誘導(dǎo)的動(dòng)脈粥樣硬化。此外，Chen等[25]研究發(fā)現(xiàn)，由腦松果體分泌的褪黑素能通過(guò)激活A(yù)MPK的表達(dá)，下調(diào)DRP1水平，進(jìn)而降低VSMC凋亡、Runx2表達(dá)和鈣沉積在抑制VC中具有明顯作用。因此，AMPK介導(dǎo)的線粒體裂變通過(guò)抑制DRP1的表達(dá)來(lái)減弱VC，其中DRP1抑制劑可作為VC治療的新靶點(diǎn)。

7.AMPK調(diào)節(jié)血管周圍脂肪組織影響血管鈣化：血管周圍脂肪組織(perivascular adipose tissue，PVAT)是一種活躍的內(nèi)分泌和旁分泌器官，具有血管調(diào)節(jié)功能。在小動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈、主動(dòng)脈和全身血管周圍的PVAT能產(chǎn)生一些重要的脂肪因子，在調(diào)節(jié)血管炎癥、平滑肌收縮和內(nèi)皮功能方面具有重要重要[26]。其中AMPK是PVAT的潛在調(diào)節(jié)劑，也是血管中PVAT作用的靶點(diǎn)。近年來(lái)，PVAT的血管保護(hù)作用逐漸被研究者發(fā)現(xiàn)，其中新近發(fā)現(xiàn)的脂肪因子網(wǎng)膜素(omentin-1)可以活化細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶(Akt)/ AMPK/核因子-κB (NF-κB)信號(hào)通路明顯抑制炎性反應(yīng)、VSMC的增殖和體外成骨細(xì)胞分化，在改善動(dòng)脈粥樣硬化引發(fā)的缺血性腦卒中發(fā)揮重要作用[27]。這些數(shù)據(jù)表明，PVAT不僅可以激活A(yù)MPK相關(guān)通路降低血管炎性反應(yīng)，還可以通過(guò)影響VSMC成骨分化和增殖從而調(diào)節(jié)血管結(jié)構(gòu)，筆者猜想它可能是一種介導(dǎo)脂肪和心血管交叉的分子機(jī)制和潛在治療靶點(diǎn)。

三、展 望

VC是一個(gè)復(fù)雜的、主動(dòng)的、可調(diào)節(jié)的過(guò)程，在世界范圍內(nèi)非常普遍，同時(shí)，VC也是心血管發(fā)生率和病死率的預(yù)測(cè)因子，其機(jī)制目前尚未完全闡明。AMPK作為機(jī)體代謝的主要調(diào)節(jié)器，是一個(gè)非常重要的分子靶點(diǎn)，可以被微小的應(yīng)激暗示激活以重建細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。目前越來(lái)越多的證據(jù)表明，通過(guò)激活A(yù)MPK影響血管成骨分化在改善 VC中發(fā)揮了重要作用(圖1)，并且各個(gè)機(jī)制之間存在交互作用。其中二甲雙胍和組分中藥，如白藜蘆醇、附子多糖、黃氏多糖等具有多途徑、多靶點(diǎn)、多效應(yīng)等整合作用特征是目前研究的熱點(diǎn)，可能是預(yù)防和治療VC的一個(gè)新方向。但AMPK參與VC的研究進(jìn)展尚處于臨床前階段，精確靶向AMPK或AMPK亞單位的藥物尚未開發(fā)。因此，AMPK治療VC的靶點(diǎn)還需要開展深入的臨床研究，特別是前瞻性隨機(jī)臨床試驗(yàn)予以進(jìn)一步證實(shí)。

圖1 AMPK信號(hào)通路在血管鈣化中的作用機(jī)制示意圖TAK1.轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子激酶1;LKB1.肝激酶B1;CaMKK2.鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶2;ULK2.Unc-51樣自噬激活激酶1;DRP1. 線粒體動(dòng)力相關(guān)蛋白1；ATF4.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)錄因子4；Runx2.骨相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2;PGC-1.過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1;NF-κB.核因子-κB