AMPK的激活在糖尿病的治療中發(fā)揮的作用

AMPK的激活在糖尿病的治療中發(fā)揮的作用【摘要】2型糖尿病以胰島素相對缺乏及胰島素抵抗引起的葡萄糖和脂類的異常代謝為特征。腺甘酸活化蛋白激酶(AMPK)是一種異源三聚體蛋白，由a、B和丫3個亞單位組成。AMPK在調(diào)節(jié)肌體能量代謝的平衡方面起總開關(guān)作用。在肌肉和肝臟中,AMPK的活化增強了葡萄糖的攝取、脂肪酸氧化作用和胰島素敏感性，并且減少了葡萄糖、膽固醇和甘油三酯的產(chǎn)生。此外，AMPK是雙胍類和噻唑類抗糖尿病藥物的可能的靶點之一。因此，AMPK的激活在2型糖尿病的治療過程中發(fā)揮了重要的作用。【關(guān)鍵詞】AMPK;AMPK的激活；2型糖尿??；糖類及脂類代謝。最近對我國14個省的46239個成人進(jìn)行流行病學(xué)調(diào)查，糖尿病的標(biāo)準(zhǔn)化患病率為9.7%，而處于糖尿病前期的的人數(shù)達(dá)15.5%。糖尿病診斷和治療現(xiàn)在已引起人們的廣泛關(guān)注。⑴過去五年研究中顯示了：腺甘酸活化蛋白激酶(AMPK)是一種雙胍類和噻唑類抗糖尿病藥物的可能的靶點之一本文將主要討論新的發(fā)現(xiàn)表明AMPK正在成為一個有吸引力的藥理靶點治療2型糖尿病。AMPK的結(jié)構(gòu)AMPK是一種異源三聚體蛋白，由a、B和丫3個亞單位組成;其中a亞單位起催化作用，而B和丫亞單位起調(diào)節(jié)作用⑵。研究中所檢測的總AMPK及活性AMPK蛋白通常是指其a亞單位,P亞單位則好似一個支架,它可把a和丫亞單位連接起來。每個亞單位都存在由2?3種基因所編碼的異構(gòu)體(a1,a2,P1,P2,y1,y2,y3)。AMPKa1在細(xì)胞中廣泛表達(dá),而a2亞單元則在肝、骨骼肌和心肌中表達(dá)較高⑶。AMPKa含有548個氨基酸,可分為催化區(qū)(1?312AA)、一個自動抑制區(qū)(312?392AA)和一個亞單元結(jié)合域(392?548AA)。其催化區(qū)內(nèi)蘇氨酸172結(jié)合位點及其磷酸化對AMPK活性的調(diào)節(jié)發(fā)揮著重要的作用［4］。AMPK在代謝中所起的作用(1)調(diào)節(jié)糖代謝AMPK通過胰島素非依賴途徑促進(jìn)葡萄糖的攝取，可能涉及以下兩種方式:一是誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運體4（GLUT4）向漿膜內(nèi)轉(zhuǎn)運葡萄糖;二是通過對轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化，啟動葡萄糖轉(zhuǎn)運體4基因的表達(dá)⑸。雖然AMPK的激活對AICAR誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞攝取葡萄糖是必需的，但AMPK的激活本身并不足以增加葡萄糖轉(zhuǎn)運⑹。AMPK抑制型突變體可完全抑制AICAR誘導(dǎo)的對葡萄糖的攝取，但僅能部分抑制肌肉收縮刺激的對葡萄糖的攝取，表明AMPK在肌肉收縮誘導(dǎo)的對葡萄糖的攝取中僅傳遞部分信號，此過程中還存在其他不依賴AMPK的通路⑺。有人利用AMPK轉(zhuǎn)基因動物模型進(jìn)行試驗，也獲得類似的結(jié)果⑻。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。磷酸果糖-2-激酶有四種異構(gòu)體，只有心臟型和誘導(dǎo)型異構(gòu)體是AMPK的靶標(biāo)。心臟的急性缺血或缺氧以及激活的單核細(xì)胞缺氧，均能激活A(yù)MPK，并通過磷酸化心臟型和誘導(dǎo)型磷酸果糖-2-激酶，促進(jìn)糖酵解，產(chǎn)生更多ATP⑼。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)，抑制糖異生，以及通過磷酸化糖原合成酶，抑制糖原的合成。（2）調(diào)節(jié)脂肪代謝羥甲基戊二酸單酞coA還原酶和乙酞coA梭化酶分別是膽固醇和脂肪酸合成的關(guān)鍵酶，且2種酶均為AMPK的重要底物。激活A(yù)MPK使二者磷酸化失活，進(jìn)而分別抑制了膽固醇和脂肪合成。乙酞CoA梭化酶的磷酸化失活還能啟動脂肪酸氧化和生酮途徑。另外，AMPK可使甘油磷酸酞基轉(zhuǎn)移酶磷酸化，從而抑制甘油三酷得合成，并且使激素敏感酷酶磷酸化，控制脂肪降解作用，使其不超過脂肪酸的氧化速率，以防止脂肪酸過量堆積，重新合成脂肪。（3）調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝蛋白質(zhì)的合成，尤其是膚鏈的延伸，需要消耗大量的能量。胞漿內(nèi)的激酶一哺乳動物雷帕霉素靶體（mammaliantargetOfraPamyCin，mTOR）是蛋白質(zhì)翻譯的啟動因子。缺氧能快速地抑制。TOR，降低mTOR對其下游效應(yīng)器真核細(xì)胞翻譯啟始因子4E結(jié)合蛋白、7OkD56激酶、核糖體蛋白S6激酶和真核細(xì)胞啟始因子4G的磷酸化作用，從而抑制蛋白質(zhì)的生物合成，減少能量消耗。有研究表明，AMPK系統(tǒng)和mTOR信號通路是相關(guān)聯(lián)的，激活A(yù)MPK可以抑制mTOR的活性，從而對mTOR的下游效應(yīng)器產(chǎn)生作用［1。］。AMPK可能通過調(diào)節(jié)mTOR通路，從而抑制蛋白質(zhì)合成。但另有報道在缺氧或AICAR處理的肝細(xì)胞中，AMPK可能激活真核延長因子2(eukaryotieelongationfaCtor-2，eEF-2)激酶，進(jìn)而使eEF-2磷酸化失活，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成受到抑制【11】。此外，心肌缺血以及心臟工作負(fù)荷加重時，也能通過磷酸化eEF-2抑制蛋白質(zhì)合成。高糖環(huán)境對AMPK活性的影響近年來，AMPK作為全身能量平衡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素(包括調(diào)節(jié)血漿葡萄糖、脂肪酸氧化、糖原合成等)，已成為2型糖尿病領(lǐng)域研究的熱點。研究發(fā)現(xiàn)，激活A(yù)MPK可以改善許多2型糖尿病和代謝綜合征的代謝，如增加肌肉和其他組織對葡萄糖的攝入與代謝，減少肝臟葡萄糖的產(chǎn)生，減少脂肪酸的合成，增加脂肪酸的氧化。并通過調(diào)節(jié)機(jī)體對食物的攝入、胰島B細(xì)胞及心血管系統(tǒng)的保護(hù)作用等為代謝綜合征的治療提供了新的靶點。［⑵那么高糖作用下是否存在有AMPK活性被抑制呢?Ftani等將大鼠的伸趾長肌分別在。0,3,6和25mmol/L的葡萄糖溶液中孵化4h，發(fā)現(xiàn)在高糖環(huán)境下葡萄糖轉(zhuǎn)運的減少與AMPK活性降低密切相關(guān)。［13］有研究顯示，在慢收縮肌纖維中，糖原水平過高可以抑制肌纖維收縮所誘導(dǎo)的AMPK活化。［14］在胰島0以及其他基因的轉(zhuǎn)錄，并使AMPK活性降低。［⑸研究表明某些2型糖尿病可能是由AMPK信號途徑缺陷引起的，Musi等［16］應(yīng)用AlCAR處理2型糖尿病動物模型，可降低血糖和胰島素濃度。研究發(fā)現(xiàn)2型糖尿病人運動20和45min后AMPK-a亞基活性增高。近期亦有研究顯示:在高糖環(huán)境下葡萄糖轉(zhuǎn)運的減少與AMPK-a活性降低密切相關(guān)。［⑺新近研究發(fā)現(xiàn)，高糖環(huán)境下的腎小球上皮細(xì)胞，AMPK活性明顯降低，腎小球上皮細(xì)胞表現(xiàn)為明顯的增生和肥大;而應(yīng)用AMPK激活劑二甲雙肌或AICAR可明顯糾正上述異常。提示AMPK活性降低是糖尿病狀態(tài)下腎小球上皮細(xì)胞增生肥大的分子學(xué)機(jī)制之一。4問題與展望綜上所述,AMPK的活化能夠調(diào)節(jié)葡萄糖和脂類代謝，抑制胰島素抵抗，對2型糖尿病患者骨骼肌和肝臟具有明顯的保護(hù)作用。目前廣泛應(yīng)用于臨床的治療2型糖尿病藥物,二甲雙胍和羅格列酮,它們均可以激活肌肉和其他組織中的AMPK,使AMPK活化。實驗研究表明，綠茶多酚中的EGCG、辣椒多酚和染料木黃酮能夠激活A(yù)MPK或AMPK-LKB1通路,從而發(fā)揮降低脂類的合成、增強脂肪酸氧化、抑制脂肪細(xì)胞分化并促進(jìn)其凋亡、抗肥胖以及抗糖尿病的作用[⑻。因此AMPK及其信號通路極有可能作為研發(fā)新型抗2型糖尿病藥物有效的藥理學(xué)靶點。但是目前還存在著一些問題，如AMPK作為一種異源三聚體蛋白仍然沒有可用的晶體結(jié)構(gòu);AMPK的每個亞單位又都包涵著2個或者更多的亞型和AMP的結(jié)合位點仍不明確；以及AMPK激動劑AICAR、二甲雙胍和羅格列酮對機(jī)體產(chǎn)生一些不良反應(yīng)[19]。AMPK在2性糖尿病的治療中發(fā)揮作用的分子機(jī)制有待進(jìn)一步研究，從而使治療的靶點更加明確，減少藥物的副作用，指導(dǎo)臨床用藥。參考文獻(xiàn)：[1]WenyingYangJumingLu，PrevalenceofdiabetesamongmenandwomeninChina,NEngJMed2010;362:1090-1101.[2]KamyshevaEP.Insulinresistanceininternaldiseases[J].KlinMed(Mosk),2007,85(6):21-7.[3]BlickleJF,DoucetJ,KrummelT,etal.Diabeticnephr-opathyintheelderly[J].DiabetesMetab,2007,33(1):40-55.[4]ScottJW,RossFA,LiuJK,etal.RegulationofAMP2activatedproteinkinasebyapseudosubstratesequenceonthegammasub2-unit[J].EMBOJ,2007,26(3):806-15.[5]KamyshevaEP.Insulinresistanceininternaldiseases[J].KlinMed(Mosk),2007,85(6):21-7.[6]BlickleJF,DoucetJ,KrummelT,etal.Diabeticnephr2opathyintheelderly[J].DiabetesMetab,2007,33(1):40-55.[7]ScottJW,RossFA,LiuJK,etal.RegulationofAMPKactivatedproteinkinasebyapseudosubstratesequenceonthegammasub-unit[J].EMBOJ,2007,26(3):806-15.]StapletonD,MitchelhillKI,GaoG,etal.MammalianAMPKactivatedproteinkinasesubfamily[J].JBiolChem,1996,271(2):611-4.]HardieDG,HawleySA,ScottJW.AMPKactivatedproteinkinase2developmentoftheenergysensorconcept[J].JPhysiol,2006,574(1):7-15.[10]SchimmackG,DefronzoRA,MusiN.AMPactivatedproteinkinase:roleinmetabolismandtherapeuticimplications[J].Diabe2tesObesMetab,2006,8(6):591-602.]TamasP,HawleySA,ClarkeRG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