李尚霖 周新文 (華中科技大學同濟醫(yī)學院病理生理學系，湖北 武漢 430030)

阿爾茨海默病(AD)是發(fā)生在老年和老年前期、以進行性認知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，是老年期癡呆的最常見類型，約占50%。據(jù)統(tǒng)計，65歲以上老年人約有5%患有AD。并且隨著增齡，患病率增加。有關(guān)AD的確切病因，現(xiàn)有多種假說，主要是淀粉樣蛋白-β(Aβ)和Tau蛋白假說。目前認為AD病理特征是大腦局部尤其是海馬及大腦皮質(zhì)區(qū)域神經(jīng)元退行性病變，細胞老年斑(SP)和細胞內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFTs)形成。SP主要是由Aβ沉積形成而NFTs主要是微管相關(guān)蛋白tau的過度磷酸化導(dǎo)致〔1〕。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是調(diào)節(jié)細胞能量狀態(tài)的重要的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在真核細胞中廣泛存在，能夠感知細胞能量代謝改變，調(diào)節(jié)能量代謝過程從而維持能量供求平衡。流行病學發(fā)現(xiàn)，許多能量代謝異常的危險因素均與AD相關(guān)。而作為調(diào)節(jié)能量代謝的酶AMPK可能在AD發(fā)病過程中起重要作用。

1 AMPK(AMP-activated protein kinase)結(jié)構(gòu)與分布

AMPK由α、β、γ三個亞單位組成，每個亞單位還有不同異構(gòu)體。α亞單位分為α1，α2，分子質(zhì)量為63 kD，起催化作用;β亞單位分為 β1，β2，分子質(zhì)量為38 kD;γ 亞單位分為 γ1，γ2和γ3。β，γ亞單位起調(diào)節(jié)作用，在維持AMPK異型三聚體穩(wěn)定性和識別底物特異性方面起重要作用。各亞單位不同亞型在組織中分布不同。其中α2主要分布在成人腦和脊髓中，并且在皮質(zhì)和海馬神經(jīng)元中也有較高表達水平〔2〕。AMPK活性主要受AMP濃度影響。AMP濃度增高可激活 AMPK活性〔3〕。其激活機制可能與其上游3種酶，鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶激酶(CaMKKβ，Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase kinase-β)、肝激酶B1(LKB1)、轉(zhuǎn)錄生長因子β活化激酶1(TAK1，TGF-βactivated kinase-1)，這些酶可以將AMPK活性依賴的α亞單位172位的蘇氨酸磷酸化，從而使其活性增高〔4～6〕。

2 AMPK在tau磷酸化中的作用

Tau蛋白是主要的微管相關(guān)蛋白，磷酸化tau結(jié)合到微管中微管蛋白上，從而維持神經(jīng)元細胞骨架。其活性受多個位點的磷酸化調(diào)節(jié)。Tau過度磷酸化會導(dǎo)致tau積聚，形成NFTs，成為AD重要病理改變。近年來，一些研究發(fā)現(xiàn)，AMPK可以調(diào)節(jié)tau磷酸化。給予AMPK的一種激活物5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸(AICAR)可以抑制tau磷酸化〔7〕。進一步研究揭示其機制tau磷酸化機制是AMPK可以使糖原合成激酶3β(GSK-3β)的絲氨酸9位點磷酸化而使其失活〔8〕，大量研究證實GSK-3β是導(dǎo)致 tau過度磷酸化的主要激酶之一〔9〕。由此可見，AMPK可以通過抑制GSK-3β活性而減少tau磷酸化。此外，一些研究表明，AMPK是沉默信息調(diào)節(jié)因子(SIRT1)激活酶。AMPK激活后可能通過提高 NAD+、NAD/NADH比值或NAD+生物合成酶煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(Nicotinamide phosphoribosyltransferase，Nampt)活性來激活 SIRT1〔10，11〕。在 AD 病人腦中，SIRT1水平顯著下降，并且伴隨著 NFTs積聚及認知障礙〔12〕。而 SIRT1具有去乙酰化酶作用。Min等〔13〕報道，SIRT1可以減少tau蛋白乙?；⑶易柚沽姿峄痶au蛋白積聚。而tau蛋白乙酰化又與其磷酸化密切相關(guān)。tau蛋白乙?；梢砸种破浣到猓子谛纬蓆au病(tauopathy)，與AD病理改變有關(guān)。他們還發(fā)現(xiàn)，在AD病人腦中tau蛋白乙?；矫黠@升高，并且乙?；梢源龠Mtau過度磷酸化并形成NFTs。因此，AMPK激活SIRT1，從而增強其去乙酰化能力，使tau蛋白乙酰化水平降低，間接降低tau磷酸化。此外，SIRT1激活也可能通過激活LKB1進而激活A(yù)MPK〔14〕。因此，這種抑制tau磷酸化的過程可能在不斷被強化。綜上，AMPK可以通過SIRT1和GSK-3β來調(diào)控tau磷酸化。但一些研究發(fā)現(xiàn)AMPK可促進tau蛋白磷酸化，如Thornton等〔15〕報道AMPK在體外可以直接誘導(dǎo)tau蛋白多個位點上磷酸化，并且導(dǎo)致tau與微管解離和tau蛋白聚集。體外用Aβ1～42處理小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元可以導(dǎo)致tau過度磷酸化，CAMKKβ激活A(yù)MPK可能參與了tau蛋白磷酸化。Vingtdeux等〔16〕發(fā)現(xiàn)AD病人腦中存在p-AMPK(活性形式)的非正常積聚，伴隨著p-AMPK從細胞核向胞質(zhì)中移位，而且與tau磷酸化呈正相關(guān)，提示AMPK可能參與tau磷酸化。由此可見，AMPK可能通過調(diào)控tau蛋白磷酸化，參與AD發(fā)生和發(fā)展，但其在tau蛋白磷酸化和AD發(fā)生中的作用及其機制有待進一步闡明。

3 AMPK在Aβ沉積中的作用

Aβ是由39～43個氨基酸組成的肽，是形成AD病人腦中特征性病理改變SP的主要成分。Aβ由淀粉樣前體蛋白(APP)經(jīng)β-和γ-分泌酶分解產(chǎn)生。APP代謝可以通過兩條途徑進行。一條為經(jīng)過α-分泌酶剪切的非淀粉樣蛋白途徑，生成對神經(jīng)元有保護作用的αAPP，另一條為經(jīng)過β-/γ-分泌酶剪切的Aβ途徑，產(chǎn)生有神經(jīng)毒性的Aβ。而在AD發(fā)病過程中，后者占主要地位。

大量研究顯示，AMPK激活可以減少神經(jīng)元內(nèi)Aβ產(chǎn)生。這種作用可以通過多種機制介導(dǎo)。在體外培養(yǎng)的腦皮質(zhì)神經(jīng)元中，通過AICAR激活的AMPK可以降低APPβ分泌酶表達水平，進而減少Aβ產(chǎn)生。同時，在AMPKα敲除的小鼠神經(jīng)元中，Aβ產(chǎn)量顯著升高〔17〕。此外，槲皮素(quercetin)可以降低β位 APP 裂解酶(β-site APP cleaving enzyme，BACE1)表達，減少Aβ產(chǎn)生及其在腦內(nèi)沉積。而槲皮素可以抑制AMPK的主要磷酸酶 PP2Cα，從而激活 AMPKα 1/α2〔18〕。這提示，AMPK 激活可以通過減低BACE1表達而減少Aβ。Vingtdeux等〔19〕也發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇(resveratrol)可以通過激活 CaMKKβ來活化AMPKα1/α2，進而抑制Aβ產(chǎn)生。同時，白藜蘆醇還可以刺激細胞自吞噬作用(autophagocytosis)，降低細胞內(nèi)Aβ水平。

4 AMPK在AD能量代謝障礙中的作用

AD病人普遍存在能量代謝異常。AD病人往往伴隨著脂代謝紊亂，表現(xiàn)為膽固醇水平升高、低密度脂蛋白水平上升及高密度脂蛋白水平下降。一些研究還發(fā)現(xiàn)，參與膽固醇和低密度脂蛋白轉(zhuǎn)運的相關(guān)酶和蛋白與AD發(fā)生關(guān)系密切〔20〕。同時，用正電子發(fā)射斷層掃描(PET)研究AD病人，發(fā)現(xiàn)AD病人腦內(nèi)糖代謝率顯著下降，并且下降程度與患者認知能力損害程度呈正相關(guān)〔21〕。大量資料顯示，2型糖尿病患者AD發(fā)病風險明顯增加。糖尿病特征性改變是血液中葡萄糖、胰島素含量增高而相應(yīng)器官的胰島素受體敏感性降低而產(chǎn)生胰島素抵抗現(xiàn)象。這會導(dǎo)致細胞對葡萄糖的攝取、利用降低，能量生成障礙〔22〕。而AMPK活性主要受AMP/ATP比值的調(diào)控，AMPK活性增強會促進葡萄糖轉(zhuǎn)運體表達并向細胞表面轉(zhuǎn)運。AMPK激活可以增加GLUT3表達而促進神經(jīng)元攝取葡萄糖〔23〕。這說明機體通過激活A(yù)MPK這一途徑來代償大腦能量缺乏。但是很多研究顯示，機體對AMPK的反應(yīng)取決于AMPK激活的程度和時間。Dagon等〔24〕比較輕度和重度能量限制對神經(jīng)元功能的影響時發(fā)現(xiàn)，重度飲食限制能夠強烈激活A(yù)MPK，致使兒茶酚胺(catecholamine)水平上升，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡和認知損害。也有學者〔25〕認為，暫時地適當強度地激活A(yù)MPK起到神經(jīng)元保護作用，但是長期、強烈刺激對神經(jīng)元是有害的。隨著增齡，AMPK激活相應(yīng)降低。這與很多老齡化相關(guān)的疾病如AD、能量代謝損傷等相關(guān)聯(lián)。

代謝障礙通常與AD發(fā)病相關(guān)聯(lián)。作為體內(nèi)調(diào)節(jié)能量代謝的重要激酶AMPK在AD發(fā)病過程中起重要作用。AMPK激活可以抑制tau磷酸化及Aβ產(chǎn)生，從而阻止AD的兩個主要病理生理過程，對神經(jīng)元有保護作用。綜上，AMPK在AD發(fā)生發(fā)展中扮演一個重要角色，其作用和機制目前還存在爭議。

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