楊宵曼，朱 偉(綜述)，劉銘雅，魏 盟(審校)

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院心內(nèi)科，上海 200233)

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)屬于高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在真核生物中廣泛存在。在機(jī)體消耗ATP的各種應(yīng)激(如骨骼肌的收縮等)和干擾ATP產(chǎn)生(如低糖、低氧應(yīng)激等)等刺激下，激活的AMPK能夠通過(guò)關(guān)閉消耗ATP的合成代謝途徑及啟動(dòng)產(chǎn)生ATP的代謝途徑協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)及全身代謝和能量平衡，被稱為“能量調(diào)節(jié)器”。近年來(lái)隨著AMPK的深入研究，其在生理性和病理性血管形成方面的作用引起了各學(xué)科研究人員的關(guān)注。

1 AMPK的分子結(jié)構(gòu)

AMPK是由α(63 ku)、β(30 ku)和γ(37～63 ku)三個(gè)亞單位組成的異源性三聚體，它因底物的不同而發(fā)揮著不同的生物效應(yīng)。其3個(gè)亞單位在AMPK的穩(wěn)定性和生物活性中有各自的作用。α亞基的N末端是起催化作用的核心部位，而C末端則主要負(fù)責(zé)AMPK活性的調(diào)節(jié)以及與β和γ亞基兩個(gè)亞單位的聯(lián)系[1]。β亞基N端區(qū)域后跟著兩個(gè)保守的KIS和ASC結(jié)構(gòu)域。ASC結(jié)構(gòu)域是形成穩(wěn)定有活性的α、β、γ復(fù)合物所必需的，而KIS是β亞基上與糖原結(jié)合的功能性結(jié)構(gòu)域[2]。哺乳動(dòng)物γ亞基與AMPK結(jié)合AMP有關(guān)。γ亞基在結(jié)合兩個(gè)分子的AMP后才發(fā)揮正協(xié)同效應(yīng)。

2 AMPK的上游激酶

肝激酶B1基因是一種抑癌基因，是腫瘤易患綜合征的致病基因，也是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的AMPKK(AMPK激酶)。肝激酶B1是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它能夠直接磷酸化AMPKα亞單位上的蘇氨酸172位點(diǎn)(Thr-172)而激活A(yù)MPK。在內(nèi)皮細(xì)胞中，剪切力應(yīng)激[3]、二甲雙胍[4]都通過(guò)磷酸化肝激酶B1而激活A(yù)MPK發(fā)揮其生物效應(yīng)。

鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶β是AMPK的另一個(gè)重要的上游激酶，主要分布在神經(jīng)組織。鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶β通過(guò)升高細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平激活A(yù)MPKα1，而與細(xì)胞內(nèi)AMP水平無(wú)關(guān)。已有研究證實(shí),緩激肽和凝血酶均通過(guò)激活鈣/鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶β而磷酸化AMPK[5]。

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β-激活激酶1和共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥突變基因是近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)的另外兩種AMPKK。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β-激活激酶1是絲裂原激活蛋白激酶家族成員之一，在HeLa細(xì)胞中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β-激活激酶1能夠激活A(yù)MPKα亞基的Thr-172位點(diǎn)[6]。共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥突變基因的研究相對(duì)比較少，胰島素樣生長(zhǎng)因子1可通過(guò)共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥突變基因和肝激酶B1依賴途徑激活A(yù)MPK[7]。

3 AMPK在血管生成中的作用

血管生成是指在現(xiàn)有血管的基礎(chǔ)上形成新生血管的過(guò)程，正常的血管生成在胚胎發(fā)育過(guò)程的器官形成和傷口恢復(fù)的組織重塑中起重要作用。體內(nèi)血管生成是一個(gè)嚴(yán)密調(diào)控的過(guò)程，其中血管內(nèi)皮細(xì)胞在該過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，包括內(nèi)皮祖細(xì)胞的分化、內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和管腔形成過(guò)程。在糖尿病患者體內(nèi)可觀察到內(nèi)皮祖細(xì)胞活性功能受損并伴隨有AMPK磷酸化的減少[8]。已有數(shù)據(jù)顯示，內(nèi)皮細(xì)胞前列腺素E2與受體跨膜特定的G蛋白偶聯(lián)受體4結(jié)合后通過(guò)激活A(yù)MPK促使內(nèi)皮祖細(xì)胞的分化、遷移和管腔形成[9]。然而，AMPK的激活能否影響循環(huán)祖細(xì)胞的血管形成目前尚不清楚，但已有研究發(fā)現(xiàn)AMPK的激活通過(guò)一氧化氮依賴性機(jī)制,促使內(nèi)皮祖細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞的分化、遷移和管腔形成過(guò)程[10]。

AMPKα亞單位有兩個(gè)亞型(α1和α2)，在內(nèi)皮細(xì)胞中均可見(jiàn)兩個(gè)亞單位的表達(dá)并發(fā)揮不同的效應(yīng)。盡管在許多細(xì)胞(如胰腺β細(xì)胞)中AMPK的持續(xù)激活可誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，然而，在內(nèi)皮細(xì)胞中，AMPK的兩個(gè)α亞型的激活均不能誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡[11]。已有研究證實(shí)，在頸動(dòng)脈損傷的小鼠模型研究中AMPKα1的激活是咖啡因誘導(dǎo)的再內(nèi)皮化的必備條件[12]；此外，AMPK的激活能通過(guò)對(duì)抗血管緊張素2引起的還原型煙酰胺腺嘌呤-2核苷酸磷的激活調(diào)節(jié)血管氧化還原平衡，并在維持血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面起保護(hù)性作用[13]。同樣，在內(nèi)皮細(xì)胞中，不同藥物，如促紅細(xì)胞生成素[14]和普伐他汀[15]均通過(guò)激活A(yù)MPK促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和管腔形成及增加缺血肢體的毛細(xì)血管密度。另一項(xiàng)研究也證實(shí),瘦素能夠通過(guò)增加其受體的表達(dá)和誘導(dǎo)AMPK的磷酸化促進(jìn)腦卒中發(fā)生后的神經(jīng)修復(fù)和血管形成[16]。上述研究證明，AMPK是參與且促血管形成過(guò)程的一個(gè)重要的調(diào)控樞紐。

4 AMPK與多種參與內(nèi)皮細(xì)胞的血管形成信號(hào)肽的關(guān)系

4.1AMPK與Akt的關(guān)系 Akt又稱蛋白激酶B，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細(xì)胞存活和凋亡中起重要的作用，在維持血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)和血管形成過(guò)程中也發(fā)揮著重要的作用[17]。在新生小鼠的心肌細(xì)胞中，Akt負(fù)向調(diào)節(jié)AMPK的激活[18-19]，但在內(nèi)皮細(xì)胞中，剪切力應(yīng)激[20]可同時(shí)激活A(yù)MPK和Akt兩條信號(hào)通路，且兩者在血管形成過(guò)程中又發(fā)揮著協(xié)同作用。生理狀態(tài)下激活的AMPK可通過(guò)磷酸化內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)參與內(nèi)皮細(xì)胞的血管形成過(guò)程，但其作用較弱，它的促血管形成效應(yīng)在很大程度上是通過(guò)激活A(yù)kt來(lái)發(fā)揮作用的。然而在低氧應(yīng)激狀態(tài)下，隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)AMPK的促血管形成作用變得尤其重要，相比之下Akt信號(hào)肽在低氧狀態(tài)下發(fā)揮促血管作用已不明顯[21]。此外，激活的AMPK通過(guò)增加糖代謝、脂肪酸氧化和提高胰島素的敏感性而激活磷脂酰肌醇3-激酶-Akt信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)血管形成和生長(zhǎng)因子的合成[22]。因此,AMPK和Akt兩條信號(hào)通路之間協(xié)同又拮抗的復(fù)雜關(guān)系值得進(jìn)一步的探討和研究。

4.2AMPK與沉默信息調(diào)節(jié)因子1的關(guān)系 沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silence information regulator type 1，SIRT1)是一種核蛋白，可通過(guò)與不同的非組蛋白相互作用參與眾多基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞生長(zhǎng)周期、能量代謝等體內(nèi)許多生理功能的調(diào)節(jié)。此外，SIRT1還可以通過(guò)調(diào)控叉頭框O轉(zhuǎn)錄因子1參與內(nèi)皮細(xì)胞的血管形成[23-24]。近年來(lái)SIRT1與AMPK兩信號(hào)肽間的相互關(guān)系引起了各科學(xué)術(shù)研究者的深切關(guān)注。已有研究證實(shí)，SIRT1與AMPK兩信號(hào)肽在不同組織和細(xì)胞中存在相互作用[25-27]。大量研究已表明，AMPK在內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成過(guò)程中亦發(fā)揮著不可或缺的作用[9,14-16]，然而SIRT1是否參與了AMPK的促血管形成作用或AMPK是否參與了SIRT1的促血管形成作用還有待于進(jìn)一步研究和探討。

4.3AMPK與eNOS的關(guān)系 eNOS是調(diào)控血管功能的關(guān)鍵，它在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的血管形成過(guò)程中也發(fā)揮著重要的作用[28-29]。大量研究顯示，AMPK位于eNOS的上游，它能激活eNOS的多個(gè)磷酸化位點(diǎn)，如1177和633兩個(gè)絲氨酸激活磷酸化位點(diǎn)[30,3]和495蘇氨酸抑制性磷酸化位點(diǎn)[30]。新近研究表明，在內(nèi)皮細(xì)胞中，AMPK依賴性eNOS磷酸化在血管形成過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[31-32]，在eNOS基因剔除小鼠的內(nèi)皮細(xì)胞中可觀察到剪切力刺激誘導(dǎo)的AMPK激活明顯被削弱[33]，由此可見(jiàn)eNOS的磷酸化是AMPK參與介導(dǎo)的血管形成過(guò)程的又一個(gè)重要靶點(diǎn)。

此外，AMPK還可通過(guò)調(diào)節(jié)上述信號(hào)通路參與血管形成：①能夠通過(guò)調(diào)控乙酰輔酶A羧化酶增加β脂肪酸氧化和ATP的產(chǎn)生為血管形成提供能量而促進(jìn)血管形成過(guò)程。②在骨骼肌中長(zhǎng)期訓(xùn)練促進(jìn)的AMPK介導(dǎo)的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的高表達(dá)有賴于過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活物1α的參與[34]。③通過(guò)增加β脂肪酸氧化和ATP的產(chǎn)生為血管形成提供能量而促進(jìn)血管形成過(guò)程[35]。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，根據(jù)AMPK調(diào)控血管形成理論及其在生理病理血管生成過(guò)程中作用的探討，許多血管生成的激動(dòng)劑和抑制劑已被應(yīng)用于相關(guān)疾病的治療。但更詳細(xì)的生理生化機(jī)制以及在動(dòng)物模型上的應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。隨著對(duì)AMPK調(diào)控血管生成過(guò)程的深入研究將使其成為治療心血管系統(tǒng)疾病的潛在靶點(diǎn)，這對(duì)人類疾病的研究及診斷具有深遠(yuǎn)意義。

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