張新穎， 毛景東， 楊曉燕， 李樹森， 杜立銀

(內(nèi)蒙古民族大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

維持能量穩(wěn)態(tài)和在低營(yíng)養(yǎng)期間執(zhí)行適應(yīng)性反應(yīng)，是所有細(xì)胞的關(guān)鍵功能。在真核細(xì)胞中，細(xì)胞能量狀態(tài)的主要傳感器是AMP活化蛋白激酶(AMPK)。AMPK是高度保守的新陳代謝調(diào)節(jié)因子，能在細(xì)胞和生理水平的代謝應(yīng)激下維持能量平衡。細(xì)胞不斷適應(yīng)自身的新陳代謝以滿足能量需求，并對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可用性做出反應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，AMPK通過(guò)感知AMP∶ATP和ADP∶ATP的比率變化而被激活，通過(guò)抑制消耗ATP的合成代謝過(guò)程，促進(jìn)產(chǎn)生ATP的分解代謝過(guò)程，從而恢復(fù)能量平衡。此外，AMPK的活性被多個(gè)上游信號(hào)調(diào)節(jié)，從而使AMPK成為細(xì)胞利用的中心節(jié)點(diǎn)，以協(xié)調(diào)其代謝與特定能量需求[1]。除此之外，AMPK的治療潛力已被廣泛認(rèn)可，并且用于治療代謝性疾病如糖尿病、肥胖、炎癥和癌癥等。mTOR 是生長(zhǎng)因子和營(yíng)養(yǎng)信號(hào)的整合器，整合上游的多種信號(hào)進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)。mTORC1的主要功能是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞周期進(jìn)程，而 mTORC2可在肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架組織和細(xì)胞存活方面發(fā)揮重要作用。因此，本文主要討論mTORC1的相關(guān)作用機(jī)制。AMPK通過(guò)對(duì)mTOR生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)因子作用來(lái)調(diào)節(jié)這些過(guò)程。此外，研究表明中性粒細(xì)胞是感染、炎癥和組織損傷的第一道防線，其依靠趨化性定位感染和炎癥部位，mTOR和AMPK參與了中性粒細(xì)胞趨化性的調(diào)節(jié)。細(xì)胞生長(zhǎng)和蛋白質(zhì)翻譯是細(xì)胞中ATP消耗的主要原因。AMPK通過(guò)抑制mTORC1 活性降低細(xì)胞內(nèi)的ATP 需求來(lái)維持細(xì)胞的能量平衡, 一旦能量平衡沒有修復(fù), 就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞自噬的發(fā)生。

1 AMP活化蛋白激酶

1.1 AMPK的亞基組成

AMPK是由一個(gè)催化亞基α和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基β和γ組成的異源三聚體復(fù)合物。脊椎動(dòng)物具有由不同基因編碼的每個(gè)亞基的多個(gè)同工型。在人類中，有兩個(gè)α亞基(α1和α2)，由基因PRKA1和PRKAA2編碼；兩個(gè)β亞基(β1和β2)，由PRKAB1和PRKAB編碼；三個(gè)γ亞基(γ1、γ2 和γ3)，分別由PRKAG1、PRKAG2和PRKAG3編碼。每個(gè)AMPK復(fù)合物由一個(gè)α亞基、一個(gè)β亞基和一個(gè)γ亞基組成，并且所有組合都是可能的，因此可能產(chǎn)生12個(gè)不同的AMPK復(fù)合物[2]。

αβγ復(fù)合物有12種可能的組合，取決于哪些亞基構(gòu)成復(fù)合物。在體內(nèi)，一些細(xì)胞類型僅包含這些組合的一個(gè)子集，這表明一些復(fù)合物具有特定的作用。例如，在肌肉中僅檢測(cè)α1β2γ1、α2β2γ1和α2β2γ3復(fù)合物。此外，運(yùn)動(dòng)后只有α2β2γ3復(fù)合物被Thr172磷酸化激活。對(duì)于含有γ3復(fù)合物的這種特異性與線粒體抑制劑PT1的作用形成對(duì)比，線粒體抑制劑PT1可以特異性激活肌肉中含γ1的復(fù)合物[3]。盡管特定復(fù)合物激活的后果尚不清楚，但是這一觀察結(jié)果表明特定的亞基組成允許不同的AMPK復(fù)合物對(duì)不同類型的應(yīng)激刺激作出反應(yīng)。近年來(lái)研究表明，不同的復(fù)合物對(duì)磷酸酶的活性、核苷酸的活化、磷酸酶的敏感性以及AMP對(duì)磷酸酶敏感性的變構(gòu)調(diào)節(jié)都有影響[4]。

1.2 溶酶體中的AMPK

最近的研究結(jié)果顯示AMPK通過(guò)與軸蛋白的相互作用而被定位于溶酶體中，軸蛋白最重要的特征是其在WNT通路調(diào)節(jié)中的作用[5]。在這種情況下，軸蛋白定位于溶酶體，在溶酶體中與肝激酶B1(LKB1，也稱為STK11)相互作用。在能量應(yīng)激下，AMP刺激與軸蛋白的相互作用，使Thr172被LKB1和AMPK激活。這是為了允許在饑餓條件下調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的主調(diào)節(jié)器mTOR和AMPK[6]。 mTOR與AMPK起著相反作用：mTOR在高營(yíng)養(yǎng)條件下刺激合成代謝途徑。AMPK和mTOR都是保守通路的組成部分，控制著分解代謝和合成代謝。研究表明，這種由軸蛋白調(diào)節(jié)的AMPK可能在葡萄糖饑餓時(shí)激活A(yù)MPK后起重要作用[7]。此外，葡萄糖饑餓激活的AMPK獨(dú)立于經(jīng)典的AMP依賴性變構(gòu)機(jī)制。相反，糖酵解酶醛縮酶與其底物果糖1,6二磷酸(FBP)的結(jié)合調(diào)節(jié)AMPK-軸蛋白的結(jié)合和AMPK活性[7]。因此，在葡萄糖饑餓條件下，F(xiàn)BP水平下降，由醛糖酶感知并刺激溶酶體中AMPK-軸蛋白復(fù)合物的形成。

1.3 AMPK的活化

AMPK復(fù)合物通過(guò)上游激酶催化α亞基上的Thr172磷酸化而被激活。AMPK的上游激酶之一是腫瘤抑制因子LKB1，這一發(fā)現(xiàn)提供了癌癥和代謝之間的直接聯(lián)系。LKB1(也稱為Stk11)基因失活的小鼠的研究表明，在大多數(shù)哺乳動(dòng)物組織中，LKB1是能量應(yīng)激下大部分AMPK活化的原因，包括肝臟和肌肉等關(guān)鍵代謝組織[8-10]。對(duì)于缺乏LKB1細(xì)胞的研究表明，LKB1幾乎介導(dǎo)AMPK的所有活性，以響應(yīng)線粒體損傷和低能量條件。然而，AMPK也可以通過(guò)鈣敏感性激酶CAMKK2(也稱為CAMKKβ)響應(yīng)鈣通量而在Thr172上直接磷酸化，從而將鈣信號(hào)傳導(dǎo)與AMPK的能量代謝調(diào)節(jié)聯(lián)系起來(lái)。細(xì)胞內(nèi)鈣的增加可以激活CAMKK2，并導(dǎo)致AMPK的活化，而與LKB1和核苷酸水平無(wú)關(guān)。研究表明，CAMKK2可以在細(xì)胞應(yīng)激后激活A(yù)MPK，包括氨基酸饑餓，缺氧和細(xì)胞脫離基質(zhì)[11-13]。在LKB1缺乏細(xì)胞中，CAMKK2仍然能夠保持一些對(duì)ATP/AMP比率變化敏感的AMPK活性。各種生理?xiàng)l件會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)AMPK的活化，包括線粒體抑制、營(yíng)養(yǎng)不足和運(yùn)動(dòng)等。這些條件很可能通過(guò)ATP/AMP比例的調(diào)節(jié)誘導(dǎo)AMPK活化。此外，已發(fā)現(xiàn)了幾種AMPK的小分子催化劑，這些小分子催化劑與α和β亞基結(jié)合，并獨(dú)立于核苷酸水平激活A(yù)MPK激酶活性。這些化合物中的第一種是A-769662[14]。 隨后，又發(fā)現(xiàn)了具有更高效力和特異性的其他相關(guān)化合物，例如化合物991、PF739和MK8722[15-17]。

2 哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白

哺乳動(dòng)物雷帕霉素(mTOR)靶蛋白是進(jìn)化上保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過(guò)程，例如細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞周期、細(xì)胞存活和自噬。mTOR形成兩個(gè)功能性復(fù)合物，mTORC1作為多蛋白復(fù)合物存在，含有mTOR、Raptor、mLST8(GβL)和PRAS40，而mTORC2由mTOR、Rictor、mSin1(MAPKAP1)、Protor(PRR5)和mLST8組成。從酵母到哺乳動(dòng)物，每個(gè)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)都是保守的。mTORC1直接受細(xì)胞能量和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的調(diào)節(jié)，而mTORC2則不受細(xì)胞活力的影響。mTORC1在翻譯和自噬的調(diào)節(jié)中起重要作用，對(duì)雷帕霉素的抑制作用敏感。

2.1 mTORC1的上游基因

mTORC1 是 mTOR 兩個(gè)復(fù)合物中較有特點(diǎn)的一個(gè)，這個(gè)分支通路的一個(gè)明顯特征是它可感受許多上游信號(hào)。mTORC1 通路可匯聚和整合來(lái)自生長(zhǎng)因子、環(huán)境應(yīng)激、能量、氧化和氨基酸五個(gè)方面對(duì)細(xì)胞的刺激信號(hào)來(lái)調(diào)控蛋白和脂肪合成及自噬等許多重要生理過(guò)程。結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1和2(TSC1/2，tuberous sclerosis 1and2)異二聚體復(fù)合物是 mTORC1 上游的重要負(fù)性調(diào)控因子，對(duì)Ras同系物(Rheb，the Ras homolog enriched in brain)GTP酶具有GAP活性。有活性的GTP結(jié)合的 Rheb 可直接與mTORC1 相互作用，極大地促進(jìn)了其激酶活性。TSC1/2 通過(guò)將有活性的 GTP 結(jié)合的Rheb 轉(zhuǎn)變成無(wú)活性的GDP結(jié)合形式，從而負(fù)性調(diào)控mTORC1。

與生長(zhǎng)因子信號(hào)輸入mTORC1的機(jī)制一樣，許多應(yīng)激也通過(guò)(或部分通過(guò))TSC1/2產(chǎn)生作用，其中以低能量﹑低氧水平和DNA 損壞最為典型。在低氧或低能量狀態(tài)下，AMPK使TSC2磷酸化并增加了其對(duì)Rheb的GAP活性。低氧誘導(dǎo)REDD1(regulation of DNA damage response1)的表達(dá)，以一種難以理解的方式激活TSC2的功能。DNA 損壞也通過(guò)多個(gè)機(jī)制給mTORC1 傳遞信號(hào)，這些機(jī)制都需依賴p53的轉(zhuǎn)錄。DNA損壞誘導(dǎo)TSC2和Pten的表達(dá)進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)PI3K-mTORC1信號(hào)軸的下調(diào)，同時(shí)通過(guò)依靠對(duì) Sestrin1/2誘導(dǎo)的機(jī)制激活A(yù)MPK[18]。

2.2 mTORC1的下游基因

mTORC1最典型的底物是核糖體蛋白(RP)S6激酶(S6K)和真核起始因子4E結(jié)合蛋白1(4EBP1)(圖1)。mTORC1主要磷酸化S6K1的Thr389。S6K1上的Thr389磷酸化募集磷酸肌醇依賴性激酶-1(PDK1)，并增強(qiáng)S6K1激活環(huán)中PDK1依賴性Thr229磷酸化，這是S6K1激活所必需的過(guò)程。S6K1磷酸化許多底物如eIF4B、PDCD4、Skar和S6，從而調(diào)節(jié)翻譯起始，mRNA加工和細(xì)胞生長(zhǎng)。果蠅S6K1的切除會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞大小和體型的減少。此外，小鼠中S6K1基因的破壞顯示出具有小體型的表現(xiàn)。

4EBP1是4EBP家族(4EBP1,2和3)的成員，其作為翻譯起始的抑制因子。4EBPs具有真核轉(zhuǎn)錄起始因子4E(eIF4E)結(jié)合域，由eIF4G共享，eIF4G是形成eIF4F復(fù)合物的必需支架蛋白。低磷酸化的4EBP1與eIF4E強(qiáng)烈相互作用，從而干擾eIF4E和eIF4G之間的結(jié)合。通過(guò)mTORC1依賴的4EBP1磷酸化，4EBP1從eIF4E解離，從而減輕4EBP1對(duì)eIF4E依賴性翻譯起始的抑制作用。最近的研究表明，4EBPs是調(diào)節(jié)細(xì)胞數(shù)量和增殖的mTORC1途徑的重要元素。mTORC1還能磷酸化ULK1，這是一種與ATG1同源的哺乳動(dòng)物激酶，ATG1是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可引發(fā)自噬起始[19]。mTORC1通過(guò)對(duì)ULK1的磷酸化抑制 ULK1的激酶活性，從而抑制自噬的啟動(dòng)[20]。

3 AMPK通過(guò)多種機(jī)制抑制mTORC1

大量研究表明，mTORC1活性通過(guò)多種機(jī)制受到細(xì)胞內(nèi)能量水平的調(diào)節(jié)。2001年報(bào)道了第一個(gè)證明細(xì)胞ATP水平與mTORC1活性之間關(guān)系的證據(jù)。2002年證明了AMPK和mTORC1激活之間的相互關(guān)系。2003年直接證明了AMPK抑制mTORC1活性的證據(jù)。之后，幾個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)AMPK直接磷酸化mTORC1通路中的多種成分(圖1)。AMPK磷酸化TSC2并激活TSC，從而衰減TORC1途徑。與此模型一致的是，在TSC1或TSC2缺陷細(xì)胞[21]中，氨基咪唑羧甲酰胺核苷酸(AICAR)、AMPK激活因子或葡萄糖剝奪對(duì)mTORC1活性的抑制作用很大。在AMPKα1α2雙敲除MEF(小鼠胚胎成纖維細(xì)胞)中，AICAR不能抑制mTORC1活性[22]。 此外，葡萄糖饑餓抑制野生型細(xì)胞中的細(xì)胞生長(zhǎng)，但不抑制TSC1缺陷細(xì)胞中的細(xì)胞生長(zhǎng)。與此同時(shí)，缺乏TSC1的細(xì)胞，而非野生型細(xì)胞，在葡萄糖缺乏的條件下會(huì)大量死亡，而雷帕霉素治療可以防止葡萄糖缺乏的細(xì)胞在葡萄糖缺乏的情況下死亡[23-24]。

圖1 AMPK與mTOR的作用機(jī)制Fig.1 Mechanism of action of AMPK and mTORAMP激活蛋白激酶(AMPK)以多種方式抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素復(fù)合物1(mTORC1)的途徑。 在能量應(yīng)激條件下，AMPK磷酸化TSC2(結(jié)節(jié)硬化復(fù)合物)和Raptor以抑制mTORC1通路。來(lái)自AMPK and mTOR in Cellular Energy Homeostasis and Drug Targets(Ken Inoki，et al. 2012)AMP-activated protein kinase (AMPK) inhibits the pathway of the mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) in multiple fashions. Under energetic stress conditions, AMPK phosphorylates TSC2 and Raptor to inhibit the mTORC1 pathway.From AMPK and mTOR in Cellular Energy Homeostasis and Drug Targets(Ken Inoki，et al. 2012)

在葡萄糖饑餓的情況下，使TSC缺陷細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞死亡的機(jī)制包括p53腫瘤抑制因子的積累，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激的增強(qiáng)和存活激酶的減少[23,25]。因此，多種因素可能導(dǎo)致TSC突變細(xì)胞對(duì)能量饑餓的超敏反應(yīng)。AMPK是能夠通過(guò)Ser15磷酸化來(lái)穩(wěn)定p53，p53是一種主要的促凋亡蛋白，mTORC1的組成性激活增強(qiáng)了p53的翻譯[23]。綜合起來(lái)，這兩種效應(yīng)導(dǎo)致大量p53在葡萄糖缺乏的TSC細(xì)胞中積累，從而增加細(xì)胞死亡易感性。此外，活化的mTORC1信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)ER應(yīng)激并激活未折疊的蛋白質(zhì)反應(yīng)。由mTORC1激活引起的連續(xù)ER應(yīng)激導(dǎo)致胰島素敏感途徑以及存活通路的減少。活性S6K還導(dǎo)致胰島素受體底物的下調(diào)，并產(chǎn)生對(duì)PI3K-Akt途徑的負(fù)反饋抑制[26-27]。在缺乏TSC細(xì)胞中生存信號(hào)通路減弱。Blenis及其同事證明了雷帕霉素對(duì)TSC缺陷細(xì)胞中mTORC1的抑制可以使細(xì)胞維持ATP水平，并在葡萄糖缺乏的條件下減弱AMPK的激活[28]。這些數(shù)據(jù)表明，TSC-mTORC1途徑在AMPK的上游起作用。在高能應(yīng)激條件下，抑制mTORC1對(duì)細(xì)胞存活能量是至關(guān)重要的。綜上所述，完整AMPK-TSC信號(hào)傳導(dǎo)的反應(yīng)對(duì)于抑制mTORC1通路在能量壓力條件下調(diào)控細(xì)胞存活和生長(zhǎng)是必需的。

雖然上述機(jī)制是在應(yīng)激條件下調(diào)節(jié)mTORC1的線性信號(hào)通路，但細(xì)胞也可以通過(guò)與Raptor相關(guān)的mTORC1直接調(diào)控mTORC1(圖1)。在秀麗隱桿線蟲和小腦球蟲中，mTOR和AMPK的逆調(diào)節(jié)作用也被保留下來(lái)，這兩種動(dòng)物都缺乏TSC2的同源物種，這就增加了在這些有機(jī)體中依賴AMPK的mTORC1存在替代調(diào)節(jié)機(jī)制的可能性。Shaw等發(fā)現(xiàn)[29]，AMPK也使Raptor上的Ser722和Ser792磷酸化。該研究表明，在Ser722和Ser792中表達(dá)一種具有磷酸缺陷的Raptor突變體的細(xì)胞，可以抵抗AICAR誘導(dǎo)的mTORC1抑制，表明AMPK誘導(dǎo)的Raptor磷酸化對(duì)mTORC1活性有負(fù)調(diào)控作用。然而，最近的一項(xiàng)研究[21]顯示，盡管Raptor被AMPK完全磷酸化，AICAR也不能抑制TSC缺陷型成纖維細(xì)胞中的mTORC1活性。隨著Raptor磷酸化的增加，AICAR抑制TSC缺陷型肝細(xì)胞中的mTORC1活性。該研究[21]進(jìn)一步表明，TSC參與AMPK誘導(dǎo)的mTORC1調(diào)控取決于所研究的細(xì)胞類型和組織。

最近研究顯示，缺糖損傷和AMPK活化因子如AICAR和2-脫氧-葡萄糖(2DG)是抑制mTORC1信號(hào)傳導(dǎo)的第三種機(jī)制。相關(guān)學(xué)者研究通過(guò)磷酸化依賴性機(jī)制將p38β-PRAK途徑與Rheb活性的下調(diào)聯(lián)系起來(lái)(圖1)[30]。在葡萄糖饑餓時(shí)，AICAR或2DG處理后，p38β-PRAK途徑以不依賴于AMPK的方式被激活，并且活化的PRAK直接磷酸化Rheb上的Ser130。Rheb的磷酸化不僅導(dǎo)致其GTP結(jié)合的損傷，而且還導(dǎo)致了從Rheb中分離出結(jié)合的GTP。盡管尚不清楚Rheb的Ser130磷酸化是否誘導(dǎo)了Rheb GTPase的內(nèi)在活性，還是刺激了依賴TSC2的Rheb GTP水解，但研究顯示，包括GDP在內(nèi)的鳥嘌呤核苷酸結(jié)合減少了。因?yàn)閜38β-PRAK依賴性的Rheb磷酸化發(fā)生晚于AICAR處理細(xì)胞中mTORC1活性的初始抑制，TSC2或者Raptor介導(dǎo)的mTORC1抑制可能導(dǎo)致能量應(yīng)激期間mTORC1抑制的急性期，其中p38β-PRAK的依賴性調(diào)控負(fù)責(zé)持續(xù)的mTORC1抑制[22]。

許多研究使用不同的方法和化學(xué)物質(zhì)來(lái)激活A(yù)MPK。例如，葡萄糖消耗或缺氧等通常用作激活A(yù)MPK的手段。此外，已經(jīng)使用了各種化學(xué)品，包括AICAR、雙胍(如二甲雙胍和苯乙雙胍)、糖酵解抑制劑(2DG)和代謝性毒物如寡霉素和FCCP，以研究AMPK在調(diào)控mTORC1途徑中的作用。

4 AMPK/mTOR調(diào)節(jié)能量代謝

4.1 糖代謝和脂代謝

葡萄糖和脂質(zhì)是細(xì)胞中能量供應(yīng)和儲(chǔ)存的主要來(lái)源。AMPK通過(guò)促進(jìn)其分解，抑制其合成和儲(chǔ)存來(lái)增加ATP水平。AMPK通過(guò)磷酸化TBC1D1(TBC結(jié)構(gòu)域家族，成員1)和TXNIP(硫氧還原互作蛋白)促進(jìn)葡萄糖攝取蛋白質(zhì)，其通過(guò)不同的機(jī)制分別控制葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT4和GLUT1的易位和細(xì)胞表面水平[31-32]。AMPK還通過(guò)磷酸化PFKFB3(6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-雙磷酸酶3)來(lái)調(diào)節(jié)一些組織類型的糖酵解，同時(shí)通過(guò)抑制GYS(糖原合成酶)的多個(gè)異構(gòu)體來(lái)抑制葡萄糖在一些組織中的儲(chǔ)存[31]。 AMPK通過(guò)ACC1和ACC2的直接磷酸化來(lái)控制細(xì)胞整體脂質(zhì)代謝，通過(guò)ACC2在線粒體外膜局部產(chǎn)生的丙二酰輔酶A抑制CPT1(肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1)，抑制脂肪酸合成并同時(shí)促進(jìn)脂肪酸氧化，ACC2在其氨基末端具有線粒體靶向序列。 AMPK還磷酸化并抑制HMGCR(3-羥基-3-甲基-戊二酰輔酶A還原酶)，其共同作用于ACC1和ACC2，導(dǎo)致細(xì)胞中脂質(zhì)和固醇合成的預(yù)編程。AMPK還通過(guò)磷酸化脂肪酶例如HSL(激素敏感性脂肪酶)和ATGL(脂肪細(xì)胞-甘油三酯脂肪酶)促進(jìn)脂質(zhì)吸收和釋放。

AMPK通過(guò)磷酸化和核排斥CRTC2(循環(huán)- AMP調(diào)控轉(zhuǎn)錄共激活因子2)和II類HDACs(組蛋白去乙酰酶)抑制糖異生基因的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)、葡萄糖的從頭合成過(guò)程，這些都是糖異生基因轉(zhuǎn)錄所必需的輔助因子。此外，AMPK磷酸化并抑制轉(zhuǎn)錄因子，其激活糖酵解和脂源性轉(zhuǎn)錄程序，最顯著的是SRBEP1(固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1)，是脂質(zhì)合成的主轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，還包括HNF4A(肝細(xì)胞核因子-4A)和ChREBP(碳水化合物應(yīng)答元件結(jié)合蛋白)。因此，急性AMPK激活有利于葡萄糖攝取以促進(jìn)ATP恢復(fù)，而持續(xù)的AMPK激活重新編程細(xì)胞以限制葡萄糖和脂質(zhì)的合成，并有利于脂肪酸作為能量源的氧化。

4.2 蛋白質(zhì)代謝

AMPK抑制蛋白質(zhì)合成的能力是通過(guò)直接抑制mTORC1復(fù)合物來(lái)實(shí)現(xiàn)的。mTOR是營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)因子信號(hào)的中心整合體，其激活許多生物合成途徑，特別是蛋白質(zhì)翻譯，并且可以刺激細(xì)胞生長(zhǎng)。在許多水平上，AMPK和mTORC1在調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝中起反作用。 AMPK通過(guò)兩種機(jī)制抑制mTORC1活性，一種是通過(guò)mTORC1的負(fù)調(diào)節(jié)因子TSC2的磷酸化和活化[27]，另一種是通過(guò)mTORC1復(fù)合物的亞基[33]Raptor的磷酸化來(lái)抑制mTORC1活性。除了抑制mTOR之外，已報(bào)道AMPK通過(guò)磷酸化和抑制TIF-IA(轉(zhuǎn)錄起始因子IA)阻斷核糖體RNA合成來(lái)限制蛋白質(zhì)合成[34]。 AMPK還通過(guò)磷酸化和激活eEF2K(真核延伸因子2激酶)來(lái)抑制蛋白質(zhì)的延伸[35]。此外，mTORC1也是eEF2K的主要調(diào)控因子[36]，為AMPK的許多下游靶點(diǎn)提供了一個(gè)例子，這些靶點(diǎn)也被mTORC1或S6K1直接磷酸化，以拮抗AMPK磷酸化對(duì)其功能的調(diào)節(jié)。以這種方式，AMPK和mTOR控制合成代謝和分解代謝，通過(guò)在細(xì)胞內(nèi)循環(huán)，啟動(dòng)和關(guān)閉一組有限的主代謝開關(guān)。

5 MPK/mTOR調(diào)控自噬

自噬是一種將蛋白質(zhì)、細(xì)胞器和其他大分子傳遞到溶酶體進(jìn)行降解的細(xì)胞過(guò)程。這是一種由細(xì)胞利用的過(guò)程，用于正常運(yùn)轉(zhuǎn)和針對(duì)能量短缺產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)物。AMPK通過(guò)幾種機(jī)制有效促進(jìn)自噬。AMPK磷酸化并激活ULK1，觸發(fā)自噬級(jí)聯(lián)的啟動(dòng)[37-39]。重要的是，mTOR通過(guò)直接磷酸化和抑制ULK1[38]強(qiáng)烈地抑制自噬。因此，AMPK不僅通過(guò)直接激活ULK1而且通過(guò)負(fù)調(diào)節(jié)mTORC1并阻斷其對(duì)ULK1的抑制作用來(lái)促進(jìn)自噬。因此，ULK1是AMPK和mTOR以相反的方式調(diào)節(jié)特定代謝過(guò)程的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。AMPK還通過(guò)VPS34(液泡蛋白34)復(fù)合物的差異調(diào)節(jié)來(lái)刺激自噬的起始[40]，這對(duì)于自噬體的起始和形成是重要的。據(jù)報(bào)道AMPK在不含自噬接頭蛋白的非自噬復(fù)合物中直接磷酸化和抑制VPS34，同時(shí)通過(guò)直接磷酸化Beclin-1增強(qiáng)自噬復(fù)合體中含有Beclin-1的VPS34活性。以這種方式，AMPK可能抑制非必需的囊泡運(yùn)輸，有利于在營(yíng)養(yǎng)物饑餓期間膜運(yùn)輸進(jìn)入自噬途徑。鑒于AMPK和ULK1都直接磷酸化Beclin-1和Vps34兩個(gè)不同部位，因此對(duì)于不同應(yīng)激反應(yīng)的自噬起始時(shí)間和空間控制尚有待澄清。此外，AMPK和ULK1也被報(bào)道為磷酸化并控制Atg9的定位。Atg9是一種跨膜蛋白，參與早期自噬體的形成。AMPK最近也被證明通過(guò)轉(zhuǎn)錄機(jī)制促進(jìn)自噬，主要通過(guò)調(diào)控Tfeb(轉(zhuǎn)錄因子EB)，Tfeb是溶酶體基因和自噬的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。盡管目前尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道AMPK和Tfeb之間存在直接聯(lián)系，但AMPK可以通過(guò)抑制mTORC1激活Tfeb，從而阻斷mTOR磷酸化Tfeb并將其移出細(xì)胞核的能力[41]。

6 展 望

大量的生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和生理學(xué)研究證實(shí)AMPK是關(guān)鍵的細(xì)胞能量傳感器，其活化促進(jìn)能量分解代謝并抑制能量消耗合成代謝。許多AMPK底物是直接參與能量代謝的代謝酶，如糖酵解和脂肪酸合成和氧化。此外，AMPK通過(guò)自噬誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)容物如蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的水解,這部分通過(guò)抑制mTORC1和激活ULK1來(lái)實(shí)現(xiàn)。mTORC1整合細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，包括能量水平，并在細(xì)胞生長(zhǎng)中起主要作用。高mTORC1活性促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)，而低mTORC1活性抑制生長(zhǎng)并誘導(dǎo)自噬。在營(yíng)養(yǎng)不足的情況下，mTOR活性降低導(dǎo)致核糖體生物合成和蛋白質(zhì)翻譯的減少，這通常消耗大量的細(xì)胞能量。因此，mTORC1不僅在營(yíng)養(yǎng)方面起著關(guān)鍵作用，而且在細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用。

AMPK和mTORC1是關(guān)鍵的細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)和細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子。因此，該通路的失調(diào)與許多人類疾病有關(guān)。例如，通過(guò)TSC1/TSC2中的突變或PI3K通路的組成性活化而不受控制的mTORC1激活會(huì)導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。因此，已經(jīng)顯示mTORC1抑制劑對(duì)TSC疾病具有治療作用。此外，mTORC1抑制劑雷帕霉素類似物已被批準(zhǔn)用作治療晚期腎癌的藥物，并且許多臨床試驗(yàn)正在使用mTOR抑制劑進(jìn)行癌癥治療。mTORC1還可以通過(guò)自噬調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝，靶向合成和降解; 因此，mTORC1的抑制可能有助于開發(fā)有關(guān)蛋白病的藥物，包括神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病。同樣，AMPK激活的缺陷可能與腫瘤發(fā)生有關(guān)，因?yàn)樯嫌渭っ窵KB1長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是腫瘤抑制因子。據(jù)報(bào)道二甲雙胍是最廣泛使用的糖尿病藥物，可以抑制癌癥，因?yàn)槭褂枚纂p胍的患者癌癥的發(fā)生率顯著降低。此外，AMPK和mTOR在能量代謝中的突出作用使其成為糖尿病和肥胖癥等代謝性疾病的藥物靶點(diǎn)。最后，抑制mTORC1可以延緩秀麗隱桿線蟲、果蠅和小鼠的衰老，延長(zhǎng)壽命。因此，AMPK和mTORC1都將繼續(xù)作為突出的藥物靶點(diǎn)受到制藥行業(yè)的廣泛關(guān)注。