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腺苷單磷酸激活蛋白激酶(AMPK)是絲氨酸-蘇氨酸激酶，作為代謝傳感器，在心臟分解與合成代謝通路中起著協(xié)調作用。活化的AMPK可激活能量產生途徑，減少能量消耗，恢復能量穩(wěn)態(tài)，有助于心肌細胞的健康和生存[1]。健康的成人心臟在機體內相對其他器官具有更多的能量代謝需求，因此不斷產生的三磷酸腺苷(ATP)對于維持心臟功能是非常必要的。研究表明，當氧氣充足時，線粒體氧化磷酸化產生最大量的ATP(95%)。而在大多數情況下，心肌細胞使用約70%的ATP產生心臟收縮功能[2]，其余大部分ATP用于調節(jié)離子穩(wěn)態(tài)[3-4]。在正常生理條件下，大部分心肌ATP由外源底物的分解代謝產生，外源底物主要由來自線粒體脂肪酸氧化(FAO)產生的脂肪酸和葡萄糖分解產生的碳水化合物組成。對FAO以及葡萄糖分解代謝進行有效和適當的管理，對于維護正常的心臟功能至關重要。因此，AMPK在調節(jié)心臟脂質代謝，葡萄糖分解代謝中發(fā)揮重要作用。本文主要對AMPK的結構、活化機制、參與心臟能量代謝做一綜述。

1 AMPK概述

1.1 AMPK的結構 AMPK是由催化亞基(α)和2個調節(jié)亞基(β和γ)組成的異源三聚蛋白[5-6]。每個亞基具有由不同基因編碼形成的兩個或三個同種型。心臟表達α1和α2，β1和β2，γ1和γ2同種型[7]。在α亞單位的2種同種型中，α1同種型在內皮細胞中最豐富，而α2同種型在心肌細胞中更為主導[8]。α亞基具有負責AMPK活性的絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域，其包括由上游激酶調節(jié)的重要活化位點Thr172，Thr172是AMPK活化的主要調節(jié)位點[9]。β亞基作為其他兩個亞基的支架。它具有糖原結合結構域，該結構域之一的生理作用可能是糖原代謝的控制。最廣泛表達的γ同種型是γ1，幾乎身體內的每種細胞類型和組織都表達了這種同種型[10]。γ2亞基在心臟、腦、胎盤和骨骼肌中表達，而γ3亞基存在骨骼肌中[11]。

1.2 AMPK的激活 AMPK的激活在很大程度上取決于細胞內的能量水平，由ATP濃度間接決定的。更具體地說，AMPK能夠“感知”細胞能量水平是由AMP與ATP的比例決定[12]。當心臟利用ATP時，產生二磷酸腺苷(ADP)，該ADP最終可以轉換成腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)[13]。通常，細胞中的AMP或ADP濃度是比ATP低得多，ATP的小幅下降會大幅增加AMP濃度[14]。細胞中AMP的增加的水平與γ亞基結合，導致AMPK復合物的構象變化，這導致Thr172上的α-亞基的磷酸化隨后激活AMPK。AMPK對能量狀態(tài)的變化非常敏感，即使在生理狀態(tài)下，AMPK也可能在細胞中不斷激活/失活，從而有助于維持細胞生存。

AMPK的活性主要由兩個上游激酶調節(jié)：鈣/鈣調素依賴性蛋白激酶β(CaMKKβ)和腫瘤抑制因子(LKB1)[15]。其中LKB1是心臟中AMPK的主要上游激酶[16]。LKB1缺乏減弱了包含α2同種型的全酶的AMPK活化，表明LKB1主要調節(jié)心臟中的α2同種型。此外，LKB1的過度表達促進心肌細胞中的AMPK活化，抑制心肌細胞生長[17]，而心肌細胞特異性缺失LKB1導致AMPK活化和心肌細胞肥大[18]。

CaMKKβ也在心肌細胞中表達，其在心臟中的作用尚未明了[19]。此外，研究表明轉化生長因子β激活激酶1(TAK1)直接調節(jié)酵母中的AMPK活性[20]。然而，在心肌細胞中，TAK1調節(jié)LKB1活性而不直接磷酸化AMPK，因此可能不是心臟中真正的AMPK激酶，綜上這些發(fā)現，表明LKB1可能是心臟中最重要的AMPK激酶。

2 AMPK在心臟能量代謝中的作用

2.1 AMPK在調節(jié)脂質代謝中的作用 研究表明，健康心臟所需要的50%～75% ATP是由脂肪酸氧化產生。用于產生ATP的大部分脂肪酸(FAs)通過促進FA攝取的蛋白質，如FA轉運酶(CD36)，質膜FA結合蛋白(FABPpm)和FA轉運蛋白(FATP)進入心肌細胞。進入心肌細胞后，長鏈?；o酶A合成酶(ACSL)將FA酯化成長鏈?；o酶A酯，長鏈?；o酶A進入三酰基甘油(TAG)池，或在線粒體中進入β-氧化，最終產生ATP。從TAG池釋放或在攝取后的長鏈酰基-CoA，通過肉堿棕櫚酰轉移酶(CPT)1在外線粒體膜轉化成長鏈脂肪?；鈮A后進入線粒體基質。進入線粒體基質后，CPT2將長鏈酰基肉堿轉化為長鏈?；o酶A，然后將這些長鏈?；o酶A進入β-氧化產生乙酰輔酶A。乙酰輔酶A的氧化發(fā)生在三羧酸(TCA)循環(huán)中，產生NADH，FADH2，進而促使氧化磷酸化并隨后產生大量的ATP。由于健康的心臟在很大程度上依賴于FAO產生的ATP，所以心臟對FAs的攝取和利用，對于維持適當收縮功能所需的足夠的ATP供應至關重要。

AMPK激活可以誘導很多有助于增加脂質代謝的途徑。二甲雙胍和5-氨基咪唑-4-甲酰胺1-β-D-呋喃核糖苷(AICAR)激活AMPK后，增加心臟內皮脂蛋白脂肪酶(LPL)活性，增加的LPL可水解富含三?；视偷闹鞍滓栽黾有募〖毎腇A可用性。除了可以通過激活LPL向心肌細胞提供FAs外，AMPK還將FABPpm從細胞內存儲轉移到心肌細胞的肌膜中，而這有助于FA進入心肌細胞中。此外，由收縮引起的AMPK激活，通過增加在肌膜上定位的CD36的量并隨后通過CD36依賴性機制增加FA攝取來促進心肌細胞中的FA吸收[21-23]。因此，AMPK的激活不僅增加了FA的可用性，而且促進了心肌細胞對FA的攝取，表明了AMPK在控制FA可用性和利用性中的重要作用。

AMPK調節(jié)FAO的核心是AMPK磷酸化和抑制乙酰輔酶A羧化酶(ACC1/ACC2)的能力，可抑制乙酰輔酶A轉化為丙二酰輔酶A。由于丙二酰輔酶A可以通過抑制CPT1阻止FA進入線粒體[24-25]，依賴于AMPK途徑可降低丙二酰輔酶A水平，進而導致FA進入線粒體的攝取增加[26]。雖然這種機制可能足以說明AMPK介導心臟中FAO的調節(jié)，但最近的研究表明，AMPK對ACC的抑制對于控制心肌的FAO不是至關重要的。事實上，在沒有這種信號傳導途徑的情況下，與AMPK無關的代謝調整可以維持脂肪酸氧化率，從而表明脂肪酸氧化的額外監(jiān)管機構可以補償FAO對AMPK控制的損失。

2.2 AMPK在調節(jié)葡萄糖分解代謝中的作用 葡萄糖主要通過葡萄糖轉運蛋白(GLUT)1和GLUT 4進入心肌細胞。進入細胞質后，葡萄糖經歷磷酸化以產生葡萄糖6-磷酸，其進入糖原儲存池或者針對糖酵解以進行分解代謝。心臟中存在一個小的糖原池(約30 μmol/g)，糖原轉換率較高，糖原供應的葡萄糖6-磷酸產生約40%ATP。不管葡萄糖是作為糖原還是直接分解代謝，葡萄糖6-磷酸的糖酵解分解代謝產生丙酮酸，NADH和少量的ATP。由糖酵解產生的丙酮酸可能進入線粒體進行氧化或在細胞溶質中轉化為乳酸鹽[27]。對于前者，線粒體局部丙酮酸脫氫酶(PDH)復合物將丙酮酸轉化為乙酰輔酶A，可用于TCA循環(huán)中以最終產生ATP。雖然糖酵解和/或糖原儲存是心肌細胞中葡萄糖的主要來源，但葡萄糖-6-磷酸也可以進入戊糖磷酸途徑(PPP)或己糖胺生物合成途徑(HBP)。PPP通過葡萄糖6-磷酸脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶產生NADPH。HBP作為代謝傳感器，調節(jié)葡萄糖，乙酰輔酶A和谷氨酰胺代謝狀態(tài)。因此，盡管PPP和HBP在葡萄糖分解代謝方面發(fā)揮了較小的作用，仍然是心肌細胞能量代謝的重要調節(jié)因子。

除FAO可以產生能量外，葡萄糖代謝也有助于心臟中的ATP產生。正如對負責調節(jié)細胞能量穩(wěn)態(tài)的激酶所預期的那樣，AMPK還調節(jié)了許多有助于心臟中的葡萄糖代謝的途徑。例如，在心肌細胞能量消耗的時期，AMPK的激活促進GLUT4向心肌細胞肌膜的轉運，以增加葡萄糖攝取。此外，AMPK還可以抑制心肌細胞中GLUT4的內化，從而增加肌膜GLUT4含量，促進隨后的葡萄糖轉運。AMPK涉及Akt底物，160 kDa(AS160)- G蛋白Rab的GAP，蛋白激酶C(PKC)，內皮一氧化氮合酶(eNOS)和p38絲裂原活化蛋白激酶/轉化生長因子β-激活蛋白激酶1結合蛋白復合物(TAB)1的磷酸化和活化，所有這些似乎都起到了抑制心肌細胞中GLUT4活化的作用。

AMPK除調節(jié)葡萄糖轉運外，還參與控制糖酵解和糖原合成來調節(jié)葡萄糖代謝。在進入心肌細胞后，葡萄糖經歷磷酸化以產生葡萄糖6-磷酸，其進入糖原儲存池或被引導到不同途徑，例如糖酵解或戊糖磷酸途徑。對于糖酵解，AMPK活化促進通過磷酸化和磷酸果糖激酶2(PFK2)的激活間接地從葡萄糖-6-磷酸合成丙酮酸，其將果糖-6-磷酸轉化為果糖-2，6-二磷酸酯。增加的果糖-2，6-二磷酸酯是PFK1的活化劑，并且PFK1將果糖-6-磷酸轉化為果糖-1，6-二磷酸酯，這是糖酵解調節(jié)的關鍵步驟。AMPK通過對PFK2的調節(jié)，間接激活PFK1，通過這種機制有助于增加PFK1 糖酵解速率。

ATP足量產生的時候，過量的葡萄糖-6-磷酸不進入糖酵解途徑被用于合成糖原[28]，進入糖原池以進行儲存。糖原合成酶(GS)和糖原磷酸化酶(GP)調節(jié)細胞內糖原水平。許多激酶如糖原合酶激酶-3(GSK-3)、酪蛋白激酶Ⅱ、酪蛋白激酶Ⅰ、磷酸化酶激酶和PKA可以調節(jié)GS活性，最近的研究表明AMPK也可以抑制骨骼肌細胞中的GS活性。此外，AMPK通過激活骨骼肌中的GP活性來刺激糖原動員。因此，當細胞內ATP水平降低并且AMPK被激活時，糖原合成被阻止并且使糖原轉化回葡萄糖。

研究表明AMPKα2蛋白在糖原水平的調控中起著重要的作用。事實上，盡管AMPKα1存在活性，在基礎條件下敲除小鼠心臟中的AMPKα2降低了糖原水平。然而，敲除小鼠的心臟LKB1蛋白顯示AMPKα2活性顯著降低。這些研究表明AMPKα2蛋白對調節(jié)心臟糖原水平很重要。AMPK活性，對調節(jié)心臟糖原水平很重要。然而，盡管事實上AMPK似乎在調節(jié)心臟糖原水平方面發(fā)揮了關鍵作用，但沒有明確的證據表明，AMPK通過與骨骼中所描述的相同的信號通路調控心臟糖原水平肌肉(即GS和GP)。

3 小 結

AMPK作為一種能量調控器，對心臟尤其是當心臟面臨缺血性損傷對能量需求顯著增加的時候具有重要作用?；罨?AMPK能夠增加葡萄糖攝取和糖酵解，加速脂肪酸氧化增加心肌組織的能量供應，并能抑制心肌細胞凋亡來保護心肌組織。除了通過調節(jié)代謝量維持心肌細胞能量的平衡外，心臟中的AMPK信號也協(xié)調了包括蛋白質合成和轉換，細胞器周轉，翻譯后乙酰化，自噬，凋亡，內質網應激的各種細胞過程。因此，盡管AMPK激動劑具有促進心肌細胞健康和生存的潛力，但由于AMPK在心肌細胞中發(fā)揮作用的不確定性，我們應該慎重地開發(fā)AMPK激活劑。

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