AMPK在非酒精性脂肪性肝病發(fā)展中的作用

畢佳寧 楊 碩 張桐赫 張梓琳 王紹清

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院病理學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006

健康肝臟與其他多種細(xì)胞相協(xié)調(diào)，具有顯著的代謝可塑性，可以在人體需要的各種代謝任務(wù)之間切換。然而，在非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）發(fā)生時(shí)，這種高度平衡的生理內(nèi)穩(wěn)態(tài)將受到影響[1]。研究表明，新生脂肪生成（de novo lipogenesis，DNL）對(duì)人體肝臟脂肪儲(chǔ)存有重要作用[2]。而單磷酸腺苷依賴的蛋白激酶（Adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）在DNL中有著重要的作用，這方面的標(biāo)志性研究之一是發(fā)現(xiàn)AMPK對(duì)脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)是通過(guò)乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl CoA carboxylase，ACC）的磷酸化和失活來(lái)實(shí)現(xiàn)的，ACC是DNL中第一步和限速步驟的催化酶[3]。此外，異位脂質(zhì)沉積與胰島素抵抗的密切關(guān)系已得到公認(rèn)。這支持了AMPK作為在肥胖癥、2型糖尿病（type 2 diabetes，T2D）和NAFLD之間的分子節(jié)點(diǎn)從而可以起到關(guān)鍵作用的假設(shè)。

1 NAFLD的發(fā)病機(jī)制

據(jù)報(bào)道，NAFLD影響了30%以上的歐洲人口，在美國(guó)、澳大利亞、印度和其他國(guó)家的發(fā)病率甚至更高[4]。NAFLD被描述為代謝綜合征的肝臟表現(xiàn)，現(xiàn)在被認(rèn)為是一種多系統(tǒng)疾病[1]。同時(shí)，晚期NAFLD是美國(guó)肝癌相關(guān)肝移植的第二大病因，且增長(zhǎng)速率相較于其他因素最快[5]。在進(jìn)行肝移植后，NAFLD患者因心血管并發(fā)癥和敗血癥病死的風(fēng)險(xiǎn)增加[6]。此外，在NAFLD的晚期，肝移植受者移植后復(fù)發(fā)T2D的風(fēng)險(xiǎn)更高[7]。Stepanova等[8]的研究表明，接受重大肝臟手術(shù)的NAFLD患者經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)肝臟功能受損[8]。NAFLD的病程本質(zhì)上或多或少遵循所謂的“二次打擊假說(shuō)”[9]，假說(shuō)基于脂肪變性的出現(xiàn)（第一次打擊）和隨后的炎癥、肝細(xì)胞損傷和纖維化（第二次打擊）。目前已知，在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)，NAFLD和非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）患者都可以從非纖維化階段發(fā)展到晚期肝纖維化[7]，可能導(dǎo)致隨后的肝硬化和器官衰竭[10]。在不同致病條件下，DNL失衡和脂肪氧化都可能參與NAFLD的發(fā)生，而AMPK作為這兩種途徑的主要調(diào)控因子從而可以發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

2 AMPK的結(jié)構(gòu)及其生理調(diào)控

真核細(xì)胞通過(guò)不斷管理能量消耗和生產(chǎn)ATP的能力來(lái)適應(yīng)環(huán)境能量波動(dòng)[11]。AMPK通過(guò)結(jié)合腺嘌呤核苷酸而變構(gòu)激活，從而作為細(xì)胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)的傳感器[12]。從生化角度來(lái)看，AMPK是一種高度保守的異三聚絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶復(fù)合體，由一個(gè)催化亞基（α）和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基（β和γ）組成。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中上游激酶對(duì)AMPK的完全激活需要α-亞基N端激活環(huán)中保守的蘇氨酸-172（Thr172）殘基的磷酸化[13]。Suter等[14]使用純化的重組酶制劑證明，在飽和腺嘌呤核糖核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）效應(yīng)存在的情況下，上游激酶激活導(dǎo)致α1-β1-γ1和α2-β2-γ1 AMPK異源三聚體的激活增加了1000倍。

AMPK的激活由腫瘤抑制因子肝激酶B1（liver kinase B1，LKB1）和Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ（calcium/calmodulin-dependent kinaseⅡ，CaMKKⅡ）兩個(gè)上游激酶負(fù)責(zé)調(diào)控。LKB1具有組成性活性，被認(rèn)為是主要的上游激酶[15]。在激素刺激的胞質(zhì)鈣濃度變化中，獨(dú)立于AMP的AMPK活性激活是由CaMKK2介導(dǎo)的[15]。

AMPK激活后直接導(dǎo)致糖酵解、脂質(zhì)氧化和其他參與短期誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)燃燒的細(xì)胞過(guò)程的下游調(diào)控蛋白的翻譯后修飾。長(zhǎng)期的調(diào)節(jié)作用由轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化和調(diào)節(jié)這些代謝功能的輔激活因子控制[12]。除了降低AMP/ATP比值外，AMPK激活后可以通過(guò)誘導(dǎo)脂肪分解和脂肪酸氧化而影響全身能量利用率[15]。由于AMPK在代謝中的核心功能位置，其被認(rèn)為是一種很有前景的藥理靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

增加AMPK活性以治療NAFLD被廣泛認(rèn)為是可行的策略[16]。AMPK不僅可以抑制ACC1，還可以進(jìn)一步導(dǎo)致ACC2的磷酸化和丙二酰輔酶A脫羧酶（Malonyl-CoA decarboxylase，MCD）的激活，導(dǎo)致胞質(zhì)丙二酰輔酶a的急性減少。丙二酰輔酶A因具有抑制肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（carnitine palmotoyltransferaseⅠ，CPT1）的能力而被認(rèn)為是脂肪酸氧化的負(fù)調(diào)節(jié)因子。AMPK在脂質(zhì)代謝中的獨(dú)特作用證明了其在平衡能量?jī)?nèi)穩(wěn)態(tài)中的中心地位。然而，AMPK在長(zhǎng)期熱量供應(yīng)過(guò)剩的情況下會(huì)嚴(yán)重受損，可能導(dǎo)致異位脂質(zhì)沉積和胰島素抵抗。

3 AMPK在人體脂肪庫(kù)中的作用

Grisouard等[12]的研究表明，二甲雙胍使脂肪細(xì)胞的葡萄糖攝取增加兩倍以上，同時(shí)伴有胰島素依賴性跨膜載體蛋白和葡萄糖氧化的增加。AMPKα1的沉默抵消了這些效應(yīng)。現(xiàn)有證據(jù)支持AMPK有助于外周胰島素敏感性增加。通過(guò)連續(xù)強(qiáng)化游離脂肪酸（free fat acid，F(xiàn)FA）酯化，以支持細(xì)胞葡萄糖攝取的方式激活A(yù)MPK，有助于控制高脂血癥。胰島素介導(dǎo)的脂解抑制隨著肝臟脂肪積累的增加而持功能續(xù)減弱，當(dāng)脂肪細(xì)胞在重復(fù)正能量平衡條件下變得肥大時(shí)，脂肪分解進(jìn)一步加劇。這可能導(dǎo)致全身低度炎癥，由脂肪組織中的巨噬細(xì)胞促進(jìn)，胰島素抵抗惡化[17]。動(dòng)物研究數(shù)據(jù)也支持這一假說(shuō)，表明在脂肪組織中抑制AMPK會(huì)導(dǎo)致全身胰島素敏感性降低和肝臟三酰甘油積累增加[18]。

4 NAFLD中AMPK的失調(diào)

在熱量供應(yīng)過(guò)剩的情況下，DNL是肝臟三酰甘油積累的主要促因，葡萄糖是DNL的主要底物。人類代謝中DNL在數(shù)量上唯一相關(guān)的部位是肝臟[19]。NAFLD的主要預(yù)測(cè)因子是肝臟胰島素抵抗，胰島素抵抗可以被定義為組織對(duì)胰島素的反應(yīng)不敏感，這種異常以胰島素受體后信號(hào)傳導(dǎo)障礙為主[20]。在生理?xiàng)l件下，DNL與糖異生作用一樣，受到胰島素依賴機(jī)制的緩慢但有效的轉(zhuǎn)錄控制[21]。當(dāng)肝細(xì)胞胰島素信號(hào)減弱時(shí)，DNL的激活仍然不受損害。這被稱為選擇性胰島素抵抗，同時(shí)導(dǎo)致空腹高血糖和DNL失控[22]。與Lambert等[23]的人體研究相對(duì)應(yīng)，空腹高血糖是DNL的重要驅(qū)動(dòng)因素，因?yàn)楠?dú)立于胰島素的葡萄糖可以通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2大量進(jìn)入肝細(xì)胞，從而進(jìn)入糖酵解。胰島素抵抗情況下糖酵解的失調(diào)是復(fù)雜的[21]。糖酵解途徑的酶可被視為DNL的延伸部分，因?yàn)楦渭?xì)胞糖酵分解的主要功能不是提供ATP，而是允許碳水化合物轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)[19]。由于存在選擇性胰島素抵抗，因此DNL主要受合并高血糖和高胰島素血癥的影響。

研究表明，大部分NAFLD患者的肝臟都有著的AMPK功能障礙[16]。Kohjima等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，NAFLD患者肝臟中的ACC1 mRNA表達(dá)顯著增加，NAFLD和對(duì)照組受試者的肝臟AMPK mRNA表達(dá)仍具有可比性，饑餓過(guò)夜后，基礎(chǔ)AMPKα在mRNA和蛋白質(zhì)水平上上調(diào)，而各組間AMPK活性無(wú)明顯差異。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)NASH患者的肝臟AMPK表達(dá)和AMPK的Thr172磷酸化顯著降低[25]，因此，研究者假設(shè)，NAFLD早期細(xì)胞的DNL日益增加，肝臟AMPK和脂肪氧化能力最初以代償方式增加，這種變化加強(qiáng)了脂質(zhì)氧化以克服DNL的日益增加。然而，隨著慢性病程發(fā)展，這種代償無(wú)法充分控制DNL，導(dǎo)致大量患者三酰甘油進(jìn)一步積累。此外，NAFLD疾病似乎是通過(guò)一些適應(yīng)性機(jī)制進(jìn)展的，最終導(dǎo)致線粒體功能受損，活性氧增加，解毒潛力不足，誘導(dǎo)纖維化[26]，這與在NASH患者中觀察到的肝臟AMPK活性和脂質(zhì)氧化受損的情況相符。

5 總結(jié)與展望

胰島素抵抗是NAFLD發(fā)病的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，與肝臟脂質(zhì)積聚密切相關(guān)。AMPK是脂質(zhì)氧化和新生脂肪生成的主要調(diào)節(jié)器。在患有T2D的人群中，通過(guò)體力活動(dòng)或藥物干預(yù)激活A(yù)MPK可以產(chǎn)生顯著的胰島素增敏作用，主要是在骨骼肌中。肝臟AMPK在人類脂肪性肝病中的作用可能因NAFLD分期而異。AMPK對(duì)DNL和脂肪氧化的功能失調(diào)主要見(jiàn)于人類的晚期疾病，可能是一個(gè)很有前景的藥物調(diào)節(jié)靶點(diǎn)。阻斷ACC作為AMPK在DNL方面的一個(gè)中心下游靶點(diǎn)已被證明是主要有效的，可以緩解人類NAFLD。

然而，在一些研究中觀察到了顯著的副作用。更多的研究將進(jìn)一步闡明AMPK激活在緩解過(guò)度DNL中的作用，進(jìn)一步推動(dòng)NAFLD發(fā)病機(jī)制的深入研究。