吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 徐 晶 婁玉杰＊

吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館 張桂山

一磷酸腺苷蛋白激酶（AMPK）廣泛存在于真核細(xì)胞中，一旦被激活，即可磷酸化下游靶蛋白，關(guān)閉消耗腺苷三磷酸（ATP）的合成代謝途徑，開(kāi)啟產(chǎn)生ATP的分解代謝途徑，這為調(diào)控動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝提供了新思路。

1AMPK的生化特點(diǎn)

1.1 AMPK的結(jié)構(gòu) AMPK分子是由α、β、γ三個(gè)亞基組成的三聚體，屬于Serine/Threonine激酶家庭的一員。α為催化亞基，β、γ為調(diào)節(jié)亞基。α亞基有一個(gè)N端激酶催化區(qū)和一個(gè)C端調(diào)節(jié)區(qū)，β亞基主要起支架作用。α、γ亞基分別在β亞基的 KIS（Kinase interaction Sequence）和 ASC（Association with SNFI）區(qū)被固定。γ亞基有四個(gè)CBS（Cystothionine βsynthase）串聯(lián)重復(fù)區(qū)，這些區(qū)可能參與5’AMP在AMPK激酶的結(jié)合（Davies and Hardie 1989）。

1.2 AMPK的分布 AMPK在體內(nèi)分布很廣，心臟、肝臟、十二指腸、骨骼肌中均可檢測(cè)到AMPK。AMPK各亞基的組織分布不同。研究發(fā)現(xiàn)，α亞基存在兩種同工型：αl和 α2。 α1和 α2在動(dòng)物體內(nèi)的分布具有組織特異性，其中α1分布很廣，而α2主要存在于肝臟、骨骼肌和心肌 。β亞基存在兩種同工型： βl和 β2。βl主要存在于肝臟中，占大鼠肝臟總AMPK活性的95%，β2大量表達(dá)于骨骼肌和心肌中。γ 亞基存在三種同工型： γl、γ2和 γ3。其中γ1和γ2分布較廣，而γ3主要在骨骼肌中表達(dá)（Adams等，2004）。AMPK在不同細(xì)胞中以不同亞型的復(fù)合體存在，推測(cè)可能與其下游靶蛋白的選擇有關(guān)。

1.3 AMPK活性調(diào)節(jié) 在動(dòng)物休內(nèi)，AMPK的活性受機(jī)體能量狀況的調(diào)節(jié)。當(dāng)體內(nèi)能量被耗竭，細(xì)胞內(nèi)腺苷三磷酸ATP水平降低、AMP增加時(shí)，AMPK的活性就升高。研究表明，AMP是AMPK的特異性激活劑。在體內(nèi)許多因素，如缺血、缺氧、葡萄糖缺乏、饑餓、電刺激、熱休克，以及一氧化氮、三羧酸循環(huán)或氧化磷酸化的抑制劑均導(dǎo)致AMP/ATP比值顯著增高，使AMP/ATP系統(tǒng)激活。研究表明，AMPK活化后，其作用主要是通過(guò)迅速調(diào)節(jié)一系列作用底物（包括 HMGR、ACC、HSL、糖原合成酶等）的活性從而改變脂肪和碳水化合物代謝來(lái)實(shí)現(xiàn)的 （周亮和申偉華，2008；秦玉輝，2003）。

2 AMPK對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝的調(diào)控

2.1 AMPK對(duì)脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)

2.1.1 磷酸化HMGR，抑制固醇合成 β一羥基-β-甲基一戊二酸單酰輔酶A還原酶 （HMGR）是固醇合成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶，也是AMPK的重要底物（Gillespie等，1992）。 AMPK 的活化使 HMGR 被磷酸化而失去活性，從而抑制固醇的合成。

2.1.2 磷酸化ACC-α和ACC-β促進(jìn)脂肪酸的氧化，抑制脂肪酸的合成 在哺乳動(dòng)物體內(nèi)ACC（乙酰CoA羧化酶）以兩種同工型存在，即ACC-α和ACC-β。ACC-α是脂肪酸合成的關(guān)鍵酶，而ACC-β催化生成的丙二酸單酰輔酶A主要參與脂肪酸氧化調(diào)節(jié)（宋慶文，2007）。AMPK的活化使肝臟ACC活性和丙二酸單酰輔酶A含量顯著降低，進(jìn)而促進(jìn)脂肪酸的氧化，抑制脂肪酸合成。另外，AMPK活化后還能磷酸化丙二酸單酰輔酶A脫羧酶及細(xì)胞骨架成分，促進(jìn)脂肪酸氧化。

2.1.3 磷酸化甘油磷酸?；D(zhuǎn)移酶（GPAT），抑制脂肪的合成 GPAT是脂肪酸?；年P(guān)鍵酶。研究發(fā)現(xiàn)AMPK活化后可直接磷酸化GPAT，降低其活性進(jìn)而抑制甘油二酯和甘油三酯的合成（Hardie，1992）。Muoio 等（1999）提出，當(dāng)細(xì)胞 ATP水平降低甚至耗竭時(shí)，AMPK介導(dǎo)線粒體GPAI失活，不僅是為了抑制脂肪合成代謝以保存能量，而且還通過(guò)降低GPAI與肉堿酰基轉(zhuǎn)移酶I競(jìng)爭(zhēng)底物酞基輔酶A的能力，進(jìn)而促進(jìn)脂肪酸進(jìn)入線粒體參與氧化分解提供能量。

2.1.4 磷酸化激素敏感脂酶，調(diào)節(jié)脂肪的水解速率 激素敏感脂酶（HSL）也是較早發(fā)現(xiàn)的AMPK作用底物之一，在脂肪動(dòng)員中起決定性作用，是脂肪分解的限速酶。AMPK通過(guò)對(duì)HSL的磷酸化而抑制脂肪降解。AMPK使HSL的Ser565位點(diǎn)磷酸化后， 抑制 cAMP依賴蛋白激酶 （PKA）對(duì)HSLSer563位點(diǎn)的作用 （該位點(diǎn)被PKA磷酸化后，活性顯著提高），進(jìn)而抑制脂肪降解（Gillespie和Hardie，1992）。脂肪降解率的降低有利于保證降解速率不超過(guò)游離脂肪酸被利用的速率，減少脂肪酸重新合成脂肪對(duì)ATP的消耗。

2.1.5 調(diào)節(jié)基因表達(dá)，調(diào)控脂質(zhì)代謝 AMPK活化后主要通過(guò)抑制基因轉(zhuǎn)錄和降低脂肪酸合成酶mRNA的半衰期發(fā)揮作用，但具體機(jī)制尚不清楚。

Yu（2003）研究結(jié)果顯示，AMPK能直接磷酸化肝細(xì)胞核因子4a（HNF-4a），引起雙重效應(yīng)：一方面，降低HNF-4a形成同源一聚體以及結(jié)合DNA的能力；另一方面，促進(jìn)HNF-4a在體內(nèi)的降解，這將導(dǎo)致HNF-4a的轉(zhuǎn)錄活性降低。除這些轉(zhuǎn)錄因子以外，受AMPK調(diào)控的因子還很多，如：肌肉增強(qiáng)子-2轉(zhuǎn)錄因子、糖反應(yīng)元件結(jié)合蛋白以及增強(qiáng)子激活的受體γ共激活因子la等?？梢?jiàn)，AMPK在機(jī)體能量代謝中，不管是在宏觀水平上，還是在微觀分子水平上都發(fā)揮著重要的生理調(diào)控作用。

2.2 AMPK對(duì)碳水化合物代謝的調(diào)節(jié) Carling（1989）研究表明，AMPK活化除通過(guò)改變細(xì)胞脂質(zhì)代謝方向，以提供細(xì)胞所需能量外，同時(shí)還對(duì)碳水化合物代謝產(chǎn)生影響，進(jìn)而使機(jī)體能量代謝朝著增加能源供應(yīng)方向進(jìn)行。

Merrill等（1997）首次發(fā)現(xiàn) AMPK活化可促進(jìn)肌肉對(duì)葡萄糖的吸收。Habinowsi（2001）研究表明，運(yùn)動(dòng)、電刺激肌肉以及用AlCAR活化等都會(huì)導(dǎo)致大鼠骨骼肌AMPK活性的增加，進(jìn)而促進(jìn)肌肉細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收。

AMPK激活還能減少糖異生酶（如，1，6一二磷酸果糖磷酸酶、烯醇化酶）的表達(dá)，從而抑制糖異生。體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糖原合成酶也是AMPK的作用底物之一，AMPK激活后磷酸化糖原合成酶，抑制糖原合成（Carling和 Hardie，1989）。

AMPK的激活引起磷酸果糖-2-激酶磷酸化，后者是糖酵解的限速酶，刺激2，6-二磷酸果糖產(chǎn)生，從而促進(jìn)糖酵解，糖酵解是動(dòng)物宰后肌肉pH下降的主要原因，而pH值下降決定了肉質(zhì)的優(yōu)劣（楊航，2009；Warriss 等，1989）。

2.3 AMPK對(duì)蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié) AMPK在調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝中的作用研究還比較薄弱。初步的研究表明，AMPK活化可以抑制蛋白質(zhì)的合成從而降低細(xì)胞能量的消耗。Kimura等（2003）研究表明，AMPK和（哺乳動(dòng)物的雷帕霉素靶體mTOR）信號(hào)通路相關(guān)聯(lián)，AMPK激活后可能通過(guò)抑制mTOR及其效應(yīng)器從而抑制蛋白質(zhì)的合成，減少ATP的損耗。

3 在動(dòng)物生產(chǎn)上的作用

在現(xiàn)代養(yǎng)殖生產(chǎn)中，畜禽時(shí)常遭受著各種不同性質(zhì)和強(qiáng)度應(yīng)激原的刺激，而表現(xiàn)出采食量下降、生產(chǎn)性能降低、發(fā)生代謝性疾病甚至死亡等共同的應(yīng)激癥狀。從營(yíng)養(yǎng)角度看，應(yīng)激必然影響營(yíng)養(yǎng)代謝，一切應(yīng)激癥狀均是營(yíng)養(yǎng)代謝過(guò)程或代謝效率改變的結(jié)果，但應(yīng)激如何影響營(yíng)養(yǎng)代謝，如何通過(guò)營(yíng)養(yǎng)管理來(lái)克服或緩減應(yīng)激的不良影響，目前知之甚少。如果研究證明AMPK與某些應(yīng)激或營(yíng)養(yǎng)代謝紊亂的調(diào)節(jié)有關(guān)，則可通過(guò)調(diào)控AMPK的活性來(lái)克服或緩解其危害，這對(duì)提高動(dòng)物生產(chǎn)水平和效率具有重要意義。

余冰（2003）研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)仔豬遭受熱應(yīng)激及營(yíng)養(yǎng)應(yīng)激時(shí)，AMPK被活化，進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)應(yīng)激仔豬的脂質(zhì)代謝，促進(jìn)產(chǎn)能的脂質(zhì)氧化分解，抑制耗能的脂質(zhì)合成代謝，為機(jī)體提供能量。陳小春（2006）研究表明，AMPK可調(diào)節(jié)產(chǎn)蛋雞膽固醇代謝。李寧川（2007）研究表明，日本大耳兔和SD大鼠都發(fā)現(xiàn)編碼AMPKα和γ亞基基因存在有單核苷酸多態(tài)性。且突變基因型與肌內(nèi)脂肪含量呈顯著相關(guān)。Philp等（2008）研究表明，母源營(yíng)養(yǎng)過(guò)多抑制AMPK在肝中的磷酸化，但并不抑制骨骼肌中AMPK磷酸化。李澤和靳燁（2010）研究表明，AMPK能夠調(diào)節(jié)宰后肌肉的糖酵解，進(jìn)而影響到肉質(zhì)的優(yōu)劣。

4 小結(jié)

可見(jiàn)，AMPK在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝中扮演著非常重要的角色。進(jìn)一步研究AMPK的分子功能和其上游激酶以及其所在細(xì)胞通路并加以利用必將為探索生命的本質(zhì)提供幫助。隨著研究的深入，AMPK的調(diào)控機(jī)制必將會(huì)被闡明，并且AMPK更多的功能也會(huì)被揭示，這對(duì)于提高動(dòng)物生產(chǎn)速率、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)調(diào)控提供了充分的理論依據(jù)、研究思路和試驗(yàn)技術(shù)。

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