AMPK在PCOS中的研究進(jìn)展

龐聰慧 張寧

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS )是臨床常見的內(nèi)分泌及代謝紊亂性疾病，在育齡期婦女中發(fā)病率高達(dá)10%～15%[1]。胰島素抵抗(insulin resistance，IR)是PCOS患者重要的代謝特征，由其進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致的糖、脂代謝異常在PCOS患者中普遍存在[2]。近期有研究指出[3]PCOS患者機(jī)體處于一種慢性炎癥狀態(tài)，PCOS患者血清中白細(xì)胞介素6(IL-6)及腫瘤細(xì)胞因子α(TNF-α)和C反應(yīng)蛋白(CRP)等炎癥細(xì)胞因子顯著升高。腺苷酸激活蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)是調(diào)節(jié)糖類及脂肪代謝并維持細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶，近期研究證實其在炎癥反應(yīng)中也發(fā)揮著重要作用。本文通過文獻(xiàn)梳理簡要概括AMPK與PCOS之間的病理聯(lián)系，以期為AMPK作為靶點治療PCOS提供理論依據(jù)。

一、AMPK的構(gòu)成

AMPK由三個異源三聚體組成，分別為 α，β，γ 亞單位，α亞單位主要發(fā)揮催化作用，AMPK是否激活與其磷酸化狀態(tài)密切相關(guān)。其N端Thr172位點的突變可致使AMPK喪失活性[4]。β亞單位內(nèi)含有可結(jié)合細(xì)胞內(nèi)糖原顆粒的N-異淀粉酶區(qū)域，可對糖原作出反應(yīng)，其C末端的結(jié)構(gòu)域ASC和KIS是構(gòu)成AMPK異源三聚體的關(guān)鍵位置[5]，γ亞基主要發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，具有結(jié)合 AMP、ADP 和ATP 的特殊位點。在機(jī)體處于輕度能量缺乏時，細(xì)胞內(nèi)的ADP增加并與AMPK的γ亞基結(jié)合，從而促進(jìn)α亞基磷酸化或阻止其去磷酸化導(dǎo)致AMPK激活，而在重度能量應(yīng)激時AMP 水平明顯升高，則AMPK被進(jìn)一步激活[6-7]。

二、AMPK與能量代謝

1.AMPK與糖代謝：活化后的AMPK可以幫助機(jī)體增強葡萄糖的攝入能力，抑制合成代謝的同時加強分解代謝。在小鼠骨骼肌中研究顯示，AMPK提高機(jī)體對葡萄糖的攝取能力是通過磷酸化硫氧還蛋白相互蛋白(TXNIP)，從而使得細(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1(GLUT1)的表達(dá)量增加，幫助更多的葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用[7-8]。在心肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，AMPK可使糖原酸化酶(GP)發(fā)生磷酸化，進(jìn)而加強糖原的分解代謝，同時抑制糖原合酶(GS)的磷酸化，進(jìn)而使糖原的合成減少[8]。

2.AMPK與脂代謝：活化后的AMPK可以幫助機(jī)體加強脂肪酸的攝入能力，抑制合成代謝的同時加強分解代謝。研究證實AMPK激活可以增加小鼠心臟長鏈脂肪酸(LCFA)的吸收率，主要是通過轉(zhuǎn)移細(xì)胞囊泡內(nèi)的脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白CD36至細(xì)胞膜上，從而使更多的脂肪酸進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用[9]。同時AMPK可抑制乙酰CoA羧化酶1(ACC1)的磷酸化，阻斷乙酰CoA的代謝途徑進(jìn)而使脂肪酸的合成受到抑制[9]。

三、AMPK與炎癥

越來越多的實驗證實，AMPK在很多炎癥性疾病中也表現(xiàn)出十分重要的作用。有研究指出姜黃素的衍生物B06可以降低糖尿病模型大鼠心肌細(xì)胞中AMPK蛋白的表達(dá)，進(jìn)而改善大鼠糖尿病心肌細(xì)胞的慢性損傷[10]。在小鼠的巨噬細(xì)胞中，過表達(dá)激活型的AMPK可以通過細(xì)胞沉默調(diào)節(jié)蛋白(SIRT1)通路顯著降低NF-kB及TNF-α的表達(dá)。當(dāng)AMPK表達(dá)下降或失活突變型的AMPK過表達(dá)時，TNF-α的表達(dá)則明顯增加[11]。使用γ干擾素(IFN-γ)刺激小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，剔除細(xì)胞中的AMPK后，TNF-α及細(xì)胞趨化因子10(CXCL10)的表達(dá)明顯增加[12]。

四、AMPK與雌性生殖

AMPK存在于不同種類動物的卵巢(顆粒細(xì)胞、卵母細(xì)胞和黃體)和睪丸(Sertoli睪丸支持細(xì)胞、leydig睪丸間質(zhì)細(xì)胞和生殖細(xì)胞)細(xì)胞中，在連接性腺軸與能量平衡的生殖功能中起著關(guān)鍵作用。它控制性腺類固醇激素的生成，也控制細(xì)胞增殖和存活，調(diào)控維持細(xì)胞連接的復(fù)合物及細(xì)胞骨架動力學(xué)[13]。

卵母細(xì)胞的能量依賴于三羧酸循環(huán)(TCA循環(huán))中乳酸和丙酮酸的代謝和氧化磷酸化。Richardson[14]等通過對人顆粒細(xì)胞進(jìn)行研究，證實AMPK也可以參與乳酸的產(chǎn)生，對卵泡發(fā)育發(fā)揮重要作用。眾所周知，磷酸二酯酶降解cAMP腺苷-3′,5′-環(huán)化一磷酸可引發(fā)減數(shù)分裂的恢復(fù)。cAMP的消耗導(dǎo)致AMP/ATP三磷酸腺苷比率的增加，進(jìn)而激活了AMPK，AMPK活化增加了生發(fā)囊泡破裂(GVBD)、紡錘體形成和極體擠壓(PB)的速度，在小鼠卵母細(xì)胞成熟過程中，AMPK能夠誘導(dǎo)減數(shù)分裂并調(diào)控微管紡錘體的定位[15]。小鼠卵母細(xì)胞或卵丘細(xì)胞中連接素37和連接素43的缺失通過抑制卵母細(xì)胞的生長和卵泡形成而損害了生育能力[16]。敲除小鼠卵母細(xì)胞透明帶3(ZP3)上的α1AMPK后，發(fā)現(xiàn)體外受精的卵母細(xì)胞中發(fā)揮連接通訊作用的聯(lián)接蛋白37表達(dá)明顯下降，導(dǎo)致卵母細(xì)胞很難發(fā)育到2細(xì)胞階段，是體外受精后與生育能力下降的原因之一[17]。

五、AMPK與PCOS

一些代謝激素，如瘦素、脂聯(lián)素和促生長素，可能在一定程度上通過AMPK信號傳導(dǎo)。這些激素也參與了男性和女性的下丘腦-垂體-性腺軸水平上的生殖功能的控制。因此，AMPK可能是控制能量平衡和繁殖之間相互作用的信號通路之一[18]。生殖系統(tǒng)與能量平衡緊密相連，因此代謝異常會導(dǎo)致一些生理病理狀況的發(fā)展，如PCOS。患有PCOS的女性表現(xiàn)出的生育能力改變主要與代謝紊亂有關(guān)，如胰島素抵抗、高胰島素血癥。Fu[19]等通過測定PCOS小鼠模型與正常小鼠卵巢組織中mRNA和長鏈非編碼RNA(IncRNA)的表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)兩組共有2 147個mRNAs和158個IncRNAs的表達(dá)存在差異，這些異常表達(dá)的mRNA與幾種特定的信號通路有關(guān)，其中就包括AMPK信號通路。

1.AMPK與PCOS胰島素抵抗：Tao[20]等通過實驗證實，當(dāng)給予AMPK激動劑干預(yù)后，AMPK- SIRT1信號通路被激活，PCOS小鼠模型中IR明顯緩解。反之，給予AMPK抑制劑干預(yù)后，上通路被抑制，PCOS小鼠IR明顯增強。由此得出結(jié)論，AMPK- SIRT1分子途徑在PCOS的IR中發(fā)揮重要調(diào)控作用，可以作為PCOS患者IR的潛在治療目標(biāo)。Eng[21]等設(shè)計實驗，將小鼠囊胚放入過量胰島素樣生長因子(IGF-1，濃度類似于PCOS患者體內(nèi)水平)的培養(yǎng)皿中，發(fā)現(xiàn)二甲雙胍通過激活小鼠囊胚內(nèi)的AMPK，直接改善囊胚內(nèi)的胰島素信號傳導(dǎo)，從而改善妊娠結(jié)局降低流產(chǎn)率。

2.AMPK與雄激素：Pradeep[22]前期通過對PCOS患者研究發(fā)現(xiàn)，雙氫睪酮(DHT)可以通過降低細(xì)胞周期蛋白(cyclin)D2的mRNA表達(dá)來抑制卵泡刺激素(FSH)誘導(dǎo)的顆粒細(xì)胞增殖，使細(xì)胞發(fā)育停滯在G1/S期。后又通過實驗證實[23],FSH抑制AMPK磷酸化，促進(jìn)顆粒細(xì)胞增殖，在FSH治療前24 h用DHT(90 ng/mL)預(yù)處理可以降低這種效果DHT水平升高會激活A(yù)MPK，反過來抑制細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)磷酸化，從而導(dǎo)致顆粒細(xì)胞有絲分裂減少和高雄激素狀態(tài)下的排卵功能障礙 。

六、總結(jié)及展望

AMPK可參與機(jī)體的能量調(diào)節(jié)和炎癥調(diào)控，在雌性生殖中發(fā)揮重要作用，結(jié)合目前相關(guān)研究推斷AMPK與PCOS的病理機(jī)制密切相關(guān)，可以考慮將AMPK作為PCOS治療的新靶點。但是AMPK具體通過何種途徑發(fā)揮作用，還需要進(jìn)一步的挖掘和探索，將是我們下一步的重點研究方向。