AM PK是 由 A, B, C 3 个亚 基构成 的异 三聚 体 [ 1 ] 。 A为催化亚基, 有 A1, A2, A3 3种同型异构 体。 A1 主 要分布在肾、肝、肺、心、脑和胰岛 B 细 胞; A2 主要分布在骨骼肌、心和肝; A3 在骨骼肌中 高度表达。 B和 C为调节亚基, B亚基有 B1, B2 两 种同型异构体; C亚基有 C1, C2, C3 3 种同型异构 体。 A, B, C 3 个亚 型对于 AMPK 活化 都是 必需 的。 2 AM PK 的生物学特性
* 收稿日期: 2006- 05 - 08 作者简介: 金仲品 ( 1931) ), 男, 浙江金华人, 滨州职业学院医学系副教授; 主要从事内科临床和教学研究工作。
第 1期
金仲品 腺苷酸活化蛋白激酶研究概况
75
制 IR 的作用。在肝脏和脂肪组织中, AMPK 则磷 酸化并抑制合成甘油三酯催化酶 ) 甘油 - 3- 磷乙 酰转移酶, 因此减少甘油三酯的合成。 Buh l等 [ 4 ] 给原发性 IR 的肥 胖 Zucker( fa / fa) 大鼠皮下 注射 AM PK 的激 活剂 A ICAR, 结 果 发 现, 肥 胖大 鼠 的 甘油三酯、FFAs含 量 明显 下 降; 高密度脂蛋白 胆 固 醇 ( HDL C ) 水 平 升 高 ; 腹部脂肪含量减少, 显示 AMPK 的活化改善了脂代谢紊乱, 抑制了 IR 的作用。 3. 2增强葡萄糖转运蛋白 ( GLUT ) - 4的转位
第 4卷第 1期 V o1. 4, No. 1
滨州职业学院学报 Journal of B inzhou Vocat iona l Co llege
腺苷酸活化蛋白激酶研究概况*
2007年 2月 Feb. , 2007
金仲品
(滨州职业学院, 山东 滨州 256603)
摘 要: 腺苷酸活化蛋白激酶 ( AM PK ) 作为 机体能量监测器, 其活性主 要受
AM PK是高度 保守的丝 氨酸 /苏氨酸蛋 白激 酶, 其 活 性 调 节 很 复 杂, V iollet 等 [ 2 ] 研 究 发 现 AM PK可 以 被 其 上 游 的 AMPK激 酶 ( AMPKK ) 激活, 也 可 以 被 5 '- AM P别构激活, 而被磷酸肌 酸别构抑制。在静息状态下, AM PK 也可被瘦素、
二甲双胍是治疗 2 型糖尿病的有效药物, 能降 低肝糖输出、增加骨骼肌的葡萄糖摄取和改善脂质 代谢。 2 0 0 4年 Zang等 [ 7 ] 研究 发现, AM PK 抑 制 剂可阻断二甲双 胍的作用, 引起肝细胞 脂肪的积 聚, 提示二甲双胍具有改善脂质代谢和活化 AM PK 相关。 2 0 0 5年 Tom ita等 [ 8 ] 在离 体的大鼠 肌细胞中, 二甲双胍促进葡萄糖摄取的作用与 AM PK活化同时发生; 在用二甲双胍处理的 SD 大 鼠肝细胞中, 乙酰辅酶 A 羧化酶活性降低, 并能抑 制肝细胞中重要的脂肪生成转录因子 ) ) ) 固醇调 节元件结合蛋白 ( SREBP ) - 1的 mRNA 和蛋白的 表达, 抑制肝糖元的输出。 Zou等 [ 9 ] 在孵化牛内皮
6 AMPK 与胰岛素的分泌 2 0 0 6年 K raegen等 [ 1 7 ] 研究 发现在不 同浓 度
的葡萄糖孵育的胰岛细胞中, 胰岛素的分泌与 AM PK激活 呈 负相 关 , 提示低葡萄糖浓度可能 通 过提高细胞内AM P / ATP 的 比 例 激 活 AMPK, 抑 制胰岛素的分泌。若持久的 AMPK 激活甚至可导 致体外胰岛 B细胞凋亡, 至今尚不明了活体内是否 存在与 AM PK 激活相关的胰岛 B细胞凋亡存在。 D a - S ilva - X av ier等 [ 1 8 ] 用 A ICAR 孵 育细胞, 或 用编码活化 AM PK - A1 的质粒传导细 胞, 也证 实 AM PK的活性增加可抑制葡萄糖刺激的胰岛素 分 泌。他们还用编码失活的 AM PK A1 的质粒转导细 胞引起 AM PK 活性降 低, 结果刺 激了胰岛素的 分 泌, 而且不影响细胞内钙离子水平, 提示 AM PK 活 性降低促进胰岛素分泌是通过非钙离子依赖性的
76
滨州职业学院学报
第 4卷
R aile等 [ 1 3 ] 研究发现, 参与代谢调节的基因有 编码葡萄糖转运蛋白 2的 SCC2 A2 基因、醛缩酶 B 基因、肝型丙酮酸激酶基因和前胰岛素原基因等。
这些基因主要参与调节葡萄糖的转运和代谢。用 微 阵 列 技 术 发 现, AM PK被激活后可改变大鼠胰 岛细胞包括 YY 肽在内的 752和基因的表达, 其中 93% 表现为上调 [ 1 4 ] 。 4. 3其他
骨骼肌是利用葡萄糖主要的外周组织, 葡萄糖 进入骨骼肌细胞 需要其细胞膜 上的 GLUT - 4 参 与。而胰岛素介导的葡萄糖摄取和利用在 2 型糖 尿病患者中严重受损。除胰岛素外, 运动和肌肉收 缩均可刺激骨骼肌细胞葡萄糖的运输并 可使
GLUT - 4 转 位 到 细 胞 膜 上。葡 萄 糖 的 转 运 和 GLUT - 4的 转 位 涉 及多个信号 转导途径。糖 尿 病患 者 骨 骼 肌 细 胞 内 GLUT - 4mRNA和 蛋白 的 含量降低, 是外周组织出现 IR 的原因之一 [ 5 ] 。另 有临床 研 究 显 示, A ICAR 通 过 增 加细 胞 膜 上 的 GLUT - 4含量, 增加了葡 萄糖转运, 尤其是 在 IR 患者的骨骼肌细胞中, 这一过程依赖 AM PK 途径。 胰岛素信号传导途径是通过胰岛素脂肪细胞或骨 骼肌细胞膜上与胰岛素受体结合, 再通过信号传递 最终使 GLUT - 4转位到细胞膜上 [ 6 ] 。 3. 3介导二甲双胍
AM PK在胰岛 B细胞中的生理功能尚存在争 议, 所以尚无定论, 以下就几种主要观点作一简介。 4. 1对胰岛素分泌的调节作用
在胰岛 B细胞内的葡萄糖浓度通过氧化可直 接降 低 AMPK 的 水 平, 抑 制 其 活 性。 L eclerc 等 [ 1 0 ] 研究发现胰岛 B 细胞内多种氨基酸可调 节 AM PK的活性。体 外实 验 证 明亮 氨 酸、精氨酸和 谷氨酰胺均可抑制 AMPK 活性。而细胞内游离钙 含量增 加 通 过 钙 调 激 酶 - 1 的 磷 酸 化 来 激 活 AM PK。多数 研究 显示 [ 1 1 ] 5 8 3 AMPK 的 种 种抑 制 效应呈急性反应, 说明该效应主要是通过由已合成 蛋白的磷酸化来完成的。然而 AM PK 的作用靶点 及由何种物质磷酸化后介导了抑制效应尚不清楚。 2 0 0 5 年 R ichards等 [ 1 2 ] 研究 认为, AM PK 可使 乙 酰 CoA 羧化酶磷酸化后失活, 导致丙二酰 CoA 生 成减少, 解除对肉毒棕榈酰基转移酶 - 1( CPT - 1) 的抑制, 激活脂肪酸氧化, 从而导致丙酮酸脱氢酶 的活性降低。使葡萄糖中的碳原子进入柠檬酸循 环增多, 减少进入葡萄糖酵解途径的碳原子数量, 导致葡萄糖氧化减少。在实验动物体内该现象也 同样 重复 出 现。最 近 研 究显 示 [ 1 1 ] 5 8 4 - 5 8 5, 活 化 AM PK - A1 可 显 著 降 低 由 葡萄糖、甲苯磺丁脲和 氯化钾刺激下的胰岛素分泌, 减少胰岛素的含量, 且可抑制线粒体的氧化代谢, 使葡萄糖氧化率下降 40% 左右。若抑制 AMPK - A1 活性则可导致胰岛 素分泌增加, 而且这种胰岛素分泌增加对由超极化 药物和对二氮嗪 导致的钙离子浓度下降无反应。 因此, AMPK 活性被高血糖抑制后本身不是通过 关闭 KATP 通道来促进细胞去极化和钙离子刺激 的胰岛素分泌的。 4. 2对胰岛 B细胞基因表达
A tk inson 等 [ 3 ] 研 究 发现 AMPK 通过磷酸化 乙酰 CoA 羧化 酶 ( ACC ) 第 79 位 苏氨 酸而 抑 制 ACC 活性, 同时可磷酸化和活化丙二酸单酰辅酶 A脱羧酶 ( M CD) , 导致丙二酸单酰辅酶 A 浓度下 降, 减轻对肉毒碱棕榈酰基转移酶 - 1 ( CPT - 1) 的抑制, 因此增加游离脂肪酸 ( FFA s)的氧化而抑
键性的糖异生酶) )) 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 ( PEPCK )及葡萄糖 - 6- 磷酸酶 ( G6 Pase) 的基 因 转录, A ICAR处 理 组 AM PK 的 活 性 增加, 而胰 岛 素 处 理 组 AMPK 无 明显变化。提示 AMPK 的 激 活不 仅 抑 制 了 PEPCK 和 C6P ase 的转 录, 而且 与 胰岛素可能通过不同途径而汇合在这两个基因启 动子上游的某一点。
抵抗素、脂联素、二甲双胍及罗格列酮等激活。在 生理 条 件 下, 真 核 细 胞 内 AM PK 的 含 量 极 低, AMPK 处于无活性状态, 当细胞处于缺氧、能量低 下等 应 激 状 态 时, AM P /ATP 比值 升 高, 即 开 启 AMPK 激 酶 系 统 , 引 起 消 耗 ATP 途径 关闭 和 ATP再生 途径开 启, 故将 AM PK 又称 为 / 细胞 能 量监测器 0。
关键词: 腺苷酸活化蛋白激酶; 肥胖; 糖尿病; 胰岛素抵抗; 胰岛 B细胞
中图分类号: Q 555. 7
文献标识码: A
腺苷酸活化蛋 白 激 酶 ( AMPK ) 是一种重要 的蛋白激酶, 短期效应能调节能量代谢, 如刺激脂 肪酸氧化, 增加葡萄糖摄取和葡萄糖酵解; 长期效 应 AM PK 能调节基因转 录。另外, AMPK 参与调 节胰岛 B细胞对胰岛素的分泌。 2型糖尿病发病 的两大基本环节是机体产生胰岛素抵抗 ( IR ) 和胰 岛 素 相对 分 泌 不 足 都 与 AMPK具相关 性。本文 就 AM PK的研究概况综述如下。 1 AM PK 的基本结构和组织分布
AM PK 对 胰 岛 B细胞的影响还有: ¹ AMPK 被激活后可促进胰岛素底物 ( IRS ) - 1丝氨酸残基 磷酸化, IRS- 1 和磷脂酰肌醇 - 3激酶 ( P I- 3K ) 的 结 合 下 降, 从 而 抑 制 胰 岛 素 信 号 转 导 [ 1 1 ] 5 8 6 - 5 8 9。 º对胰岛 B细胞凋亡的影响。活化 的 AMPK通过 激活 c- Jun氨 基 端激 酶 ( JNK ) 1 /2 可加速胰岛 B细胞的凋亡。但在高度表达活化的 AM PK 的 M IN6 细 胞 中, 没有观察到细胞凋亡的 发生。这可 能是 AMPK 通 过促进脂肪 分解, 消 除 脂肪酸毒性而使细胞凋亡减少 [ 1 5 ] 。