李歸平 秦旭 朱光勛

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院口腔科 武漢 430030

腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）是一種廣泛存在于真核細(xì)胞中的蛋白激酶，通過(guò)調(diào)控脂肪酸和葡萄糖的代謝維持細(xì)胞能量的穩(wěn)態(tài)，被稱為“細(xì)胞能量調(diào)節(jié)器”[1]。在慢性代謝性疾病，如2型糖尿病、高血脂以及炎癥疾病如動(dòng)脈粥樣硬化中，AMPK已經(jīng)得到廣泛研究。

牙周病是由特殊致病菌和破壞性免疫反應(yīng)相互作用導(dǎo)致的牙周支持組織發(fā)生病理性吸收所致[2]。牙周炎的多種刺激因素通過(guò)打破成骨和破骨過(guò)程的平衡以抑制牙槽骨的修復(fù)性改建[3]，通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的分泌降解細(xì)胞外基質(zhì)[4]，通過(guò)調(diào)控牙周組織細(xì)胞的自噬[5]促進(jìn)牙周病的發(fā)生以及發(fā)展。多種效應(yīng)分子可以通過(guò)AMPK信號(hào)通路調(diào)節(jié)牙周組織的骨代謝、MMPs分泌、免疫反應(yīng)以及自噬，進(jìn)而揭示出AMPK與牙周病存在相關(guān)性。本文對(duì)AMPK及其在牙周病發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 AMPK的來(lái)源及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

AMPK在真核細(xì)胞中廣泛存在。1979年Beg等[6]在大鼠肝臟細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了AMPK，隨后Munday等[7]將其從大鼠肝臟中分離純化并命名。AMPK是一種三聚體蛋白復(fù)合物，包含激活中心α亞基（α1、α2）及2個(gè)調(diào)控亞基β（β1、β2）和γ（γ1、γ2、γ3）[8]。α亞基（α1、α2亞基在人體內(nèi)分別由PRKAA1、PRKAA2基因編碼）中存在絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活化結(jié)構(gòu)域和自我抑制結(jié)構(gòu)域，其上游的蛋白激酶可以通過(guò)磷酸化α亞基中的蘇氨酸172位點(diǎn)（threonine 172，Thr172）激活A(yù)MPK，同樣AMPK結(jié)構(gòu)中的調(diào)節(jié)亞基β、γ也可以作用于α亞基的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域，調(diào)控AMPK的活性。β亞基（β1亞基在人體內(nèi)由PARAB1基因編碼）中含有糖原、碳水化合物結(jié)合結(jié)構(gòu)域，可以通過(guò)感受細(xì)胞中的糖原和碳水化合物的含量調(diào)節(jié)AMPK的活性。γ亞基中的AMP/ATP/ADP結(jié)合位點(diǎn)也可以通過(guò)感受細(xì)胞中腺苷酸的含量調(diào)控AMPK活性。有研究[9-10]發(fā)現(xiàn)一些中藥及其相關(guān)成分如白蘆藜醇、黃連解毒顆粒等可以通過(guò)調(diào)控AMPK信號(hào)通路參與牙周病的調(diào)控。

2 AMPK參與調(diào)節(jié)牙周骨代謝

2.1 參與調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化

牙槽骨喪失是牙周病進(jìn)展的標(biāo)志，破骨細(xì)胞是牙槽骨喪失過(guò)程中重要的骨吸收細(xì)胞[11]，因此抑制牙槽骨破骨細(xì)胞的分化是預(yù)防牙槽骨喪失的關(guān)鍵。有研究[12]表明：AMPK的表達(dá)及活性的提高可以抑制核因子κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor kappa B ligand，RANKL）及其下游基因核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）的表達(dá)，從而抑制牙周破骨細(xì)胞的分化。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中[9,12-13]，白蘆藜醇、低濃度二甲雙胍（50 mg·kg-1）、聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid)n，PLGA]為載體的鹽酸二甲雙胍粒子均可以通過(guò)提高小鼠牙齦組織內(nèi)p-AMPK和AMPK的含量，增強(qiáng)AMPK的活化及其基因的表達(dá)，下調(diào)RANKL以及其下游NF-κB基因的表達(dá)，進(jìn)而抑制糖尿病模型小鼠牙槽骨的破骨吸收。相反，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）、高濃度二甲雙胍（100、200 mg·kg-1）則可以降低小鼠牙周組織p-AMPK的含量，抑制AMPK的活性，促進(jìn)RANKL基因表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)小鼠牙槽骨吸收[12,14-15]。

在體外實(shí)驗(yàn)中，高糖環(huán)境（5.5～35μmol·L-1）和乙醇均可以降低細(xì)胞p-AMPK含量，抑制AMPK的活性，進(jìn)而促進(jìn)RANKL及其下游NF-κB基因的表達(dá)，誘導(dǎo)人牙周膜成纖維細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化。相反褪黑素和二甲雙胍（200、500μmol·L-1）則可以通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)p-AMPK和AMPK的含量，促進(jìn)AMPK的活化及AMPK基因的表達(dá)，改變乙醇和高糖環(huán)境（5.5～35μmol·L-1）對(duì)AMPK活性的抑制作用，抑制后者對(duì)RANKL基因表達(dá)的促進(jìn)作用，從而抑制人牙周膜成纖維細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化[16-17]。同樣，β-拉帕醌（β-lapachone）、尿激酶型纖溶酶原激活物（urokinase-type plasminogen activator，uPA）及其衍生多肽A6也可以通過(guò)提高細(xì)胞中p-AMPK含量，活化AMPK，抑制RANKL基因的表達(dá)，抑制小鼠骨髓細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化[14-15,18]。

2.2 參與調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和成牙骨質(zhì)細(xì)胞的分化

牙槽骨及牙骨質(zhì)的再生是牙周病治療和預(yù)后的關(guān)鍵[19]。相關(guān)研究[20-28]表明：上調(diào)AMPK的表達(dá)和蛋白活性均可以上調(diào)Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（runtrelated transcription factor 2，RUNX2）基因的表達(dá)，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)[20]中，激光治療（450 nm藍(lán)光）可以通過(guò)提高細(xì)胞中p-AMPK的含量促進(jìn)AMPK活化，上調(diào)RUNX2基因的表達(dá)，促進(jìn)比格犬牙槽骨的成骨分化。

在體外實(shí)驗(yàn)[21]中，二甲雙胍也可以通過(guò)肝臟激酶B1（liver kinase B1，LKB1）/AMPK信號(hào)通路提高細(xì)胞中p-AMPK的含量，激活A(yù)MPK，促進(jìn)RUNX2基因的表達(dá)，使人多功能干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的骨髓間充質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化。白蘆藜醇、沉默信息調(diào)節(jié)因子2同源蛋白1（silent mating type information regulation 2 homolog 1，SIRT1/sirtuin 1）、三磷酸鈉和六磷酸鈉，可以上調(diào)人牙周膜成纖維細(xì)胞中AMPK、p-AMPKα的表達(dá)量，增強(qiáng)AMPK的表達(dá)及活化，提高RUNX2基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)人牙周膜成纖維細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[22-24]。筆者所在課題組也證實(shí)：辛伐他汀可以通過(guò)提高AMPK在人牙周膜成纖維細(xì)胞中的表達(dá)，促進(jìn)人牙周膜成纖維細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[25]。相反，肽基脯氨酰順/異構(gòu)酶NIMA互作蛋白1（peptidyl-prolyl cis-trans isomerases,NIMA-interacting1，PIN1）、小窩蛋白1（caveolin 1，CAV1）均可以通過(guò)減少小鼠牙周膜成纖維細(xì)胞p-AMPK、AMPK的含量，降低AMPK的活性以及基因的表達(dá)，進(jìn)而抑制小鼠牙周膜成纖維細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[22,26]。經(jīng)成骨誘導(dǎo)的人牙周膜成纖維細(xì)胞分泌的外泌體也可以通過(guò)提高細(xì)胞中p-AMPK的含量，活化AMPK，上調(diào)RUNX2基因的表達(dá)，促進(jìn)鼠骨髓干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[27]。除此之外，激活A(yù)MPK還可以抑制細(xì)胞向成牙骨質(zhì)細(xì)胞分化。Huang等[28]報(bào)道：SIRT6通過(guò)提高小鼠永生化成牙骨質(zhì)細(xì)胞系OCCM-30細(xì)胞內(nèi)p-AMPKα的含量，促進(jìn)AMPK的活化，抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1（glucose transporters 1，GLUT1)基因的表達(dá)，抑制牙骨質(zhì)形成。

3 AMPK參與調(diào)節(jié)MMPs的分泌

MMPs的過(guò)度分泌是牙周組織的細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜病理性破壞的主要原因[29]。據(jù)報(bào)道[30-31]：在體外上調(diào)AMPK基因的表達(dá)和活性可以抑制細(xì)胞MMPs的分泌。研究[30]表明：京尼平（genipin）可以通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）/AMPK信號(hào)通路上調(diào)細(xì)胞中p-AMPK的含量，提高AMPK的活性，抑制人牙周膜成纖維細(xì)胞MMP-1、MMP-3的分泌。相反，Compound C和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）則可以通過(guò)降低細(xì)胞p-AMPK的含量，減弱AMPK的活性，改變京尼平對(duì)細(xì)胞MMP-1、MMP-3分泌的抑制作用[30]。同樣，Yu等[31]也證明了Compound C和牙髓卟啉單胞菌（Porphyromonas endodontalis，P.endodontalis）的LPS可以通過(guò)下調(diào)細(xì)胞p-AMPK的含量，減弱AMPK的活性，進(jìn)而促進(jìn)小鼠成骨細(xì)胞MMP-2的分泌。隨后其團(tuán)隊(duì)又在另一項(xiàng)研究[31]中證明：白蘆藜醇可以通過(guò)提高小鼠成骨細(xì)胞MC3T3-E1中p-AMPKα的含量，激活A(yù)MPK，抑制Compound C和P.endodontalisLPS對(duì)小鼠成骨細(xì)胞MMP-2分泌的促進(jìn)作用[31]。

4 AMPK參與調(diào)節(jié)牙周的免疫反應(yīng)

牙周病的致病因素通過(guò)調(diào)控宿主保護(hù)性或破壞性的免疫反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)牙周病的發(fā)生和發(fā)展[32]。體內(nèi)研究[9-10,33-34]報(bào)道：AMPK的表達(dá)及活性的改變可以調(diào)控牙周組織的炎癥反應(yīng)。臨床研究[33]證明：在牙周炎患者的外周血液中，p-AMPK和促炎因子白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β含量均升高，即AMPK活性與牙周組織的炎癥反應(yīng)存在相關(guān)性。同樣也有在動(dòng)物體內(nèi)的相關(guān)研究[9]報(bào)道，如白蘆藜醇可以通過(guò)上調(diào)小鼠牙齦組織中p-AMPK的含量，提高AMPK的活性；但Zhang等[10]卻認(rèn)為，黃連解毒顆?？梢酝ㄟ^(guò)減少牙周組織內(nèi)p-AMPK的含量，降低AMPK的活性，二者均可以抑制小鼠牙周組織細(xì)胞中活性氧（reactive oxygen species，ROS）的含量，減少牙周細(xì)胞的氧化應(yīng)激以及炎癥介質(zhì)的分泌。除此之外，筆者所在課題組也通過(guò)敲除小鼠AMPK-α基因的研究[34]發(fā)現(xiàn)：AMPK基因的表達(dá)可以促進(jìn)固有淋巴細(xì)胞，尤其是第二亞類的固有淋巴細(xì)胞在小鼠牙周組織的浸潤(rùn)，減少炎癥細(xì)胞因子IL-33的分泌，調(diào)節(jié)牙周組織的免疫反應(yīng)[34]。

在體外實(shí)驗(yàn)[25,35-37]中，上調(diào)AMPK的表達(dá)和活性可以抑制細(xì)胞炎癥反應(yīng)。據(jù)報(bào)道[35-36]：何首烏提取物2,3,5,4’-四羥基二苯乙烯-2-O-β-葡萄糖苷（2,3,5,4’-tetrahydroxystilbene-2-O-beta-glucoside，THGS）、CD73依賴的腺苷酸均可以上調(diào)人牙齦成纖維細(xì)胞中AMPK、p-AMPK的含量，促進(jìn)AMPK的表達(dá)和活化，減少細(xì)胞炎癥介質(zhì)的分泌，抑制細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。乙酸烏藥脂同樣也可以提高細(xì)胞p-AMPK、AMPK的含量，促進(jìn)AMPK的活化并延長(zhǎng)其活化時(shí)間，減少人牙周膜成纖維細(xì)胞炎癥介質(zhì)的分泌。筆者所在課題組也證明：辛伐他汀也可以提高人牙周膜成纖維細(xì)胞AMPK的表達(dá)及活化，通過(guò)AMPK/MAPK/NF-κB信號(hào)通路，抑制細(xì)胞炎癥介質(zhì)IL-1和TNF-α的分泌[25,37]。相反，牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.gingivalis）LPS通過(guò)降低人牙齦成纖維細(xì)胞和牙周膜成纖維細(xì)胞中p-AMPK的含量，減弱AMPK活性，增強(qiáng)細(xì)胞炎癥反應(yīng)[35,37]。

5 AMPK參與調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬

自噬可以通過(guò)調(diào)控細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，影響細(xì)菌在細(xì)胞內(nèi)的定植、存活，并與牙周炎癥反應(yīng)相互作用，從而參與牙周組織的破壞和改建，對(duì)于牙周病的發(fā)展進(jìn)程有重要作用[5]。有研究[38-41]證實(shí)：上調(diào)AMPK的表達(dá)及活性可以提高微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3）的含量，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞自噬。例如白蘆藜醇和成骨誘導(dǎo)因子（地塞米松、β-甘油磷酸酯、抗壞血酸）協(xié)同作用、P.endodontalisLPS可以分別使人牙齦間充質(zhì)干細(xì)胞和齦溝上皮細(xì)胞中p-AMPK以及AMPK的含量上升，提高AMPK的活性和基因表達(dá)以及LC3的含量，促進(jìn)細(xì)胞自噬[38-39]。在饑餓狀態(tài)下，丁酸鹽可以通過(guò)提高人牙齦上皮細(xì)胞中p-AMPK的含量，激活本應(yīng)被抑制的AMPK，提高LC3蛋白的含量，使細(xì)胞由于過(guò)度自噬而凋亡[40]。相反，Yang等[41]證明：在多巴胺羥磷灰石培育的牙周膜成纖維干細(xì)胞中，二甲雙胍可以通過(guò)提高p-AMPK的含量活化AMPK，提高細(xì)胞LC3的含量促，進(jìn)細(xì)胞自噬，進(jìn)而提高細(xì)胞的活性。

6 小結(jié)與展望

綜上所述，AMPK在體內(nèi)或體外均已證明可以參與牙周病的進(jìn)程?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，AMPK可以通過(guò)以下4點(diǎn)參與牙周病進(jìn)程的調(diào)控：1）參與牙周骨代謝的調(diào)節(jié)，即成骨和破骨細(xì)胞的分化；2）參與MMPs分泌的調(diào)節(jié)；3）參與牙周免疫的調(diào)節(jié)；4）參與細(xì)胞自噬的調(diào)節(jié)。這也揭示了AMPK在牙周病的治療中具有潛在作用，為牙周病的治療提供了新的治療策略。一些中藥可以通過(guò)調(diào)節(jié)AMPK的表達(dá)及活性參與其他疾病的治療，如小檗堿可以抑制巨細(xì)胞激活導(dǎo)致的治療后動(dòng)脈粥樣硬化再狹窄[42]，姜黃素可以治療骨質(zhì)疏松癥[43]，白蘆藜醇可以治療急性脊髓損傷導(dǎo)致的神經(jīng)炎[44]等。由此筆者推測(cè)：中藥的天然化合物也可能通過(guò)調(diào)節(jié)AMPK的表達(dá)及活性來(lái)預(yù)防和控制牙周病的發(fā)生和發(fā)展；但目前為止AMPK在牙周組織細(xì)胞中的分子作用機(jī)制仍不明確，相關(guān)藥物的開(kāi)發(fā)也需進(jìn)一步的基礎(chǔ)和臨床研究。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。