ＡMPＫ分子综述及研究前景ＡMPK概述及研究前景摘要： AMPK是一种可以感受能量分子变化的激酶，被称为生物体内能量调控的开关;本文从结构,功能,调控手段三个方面简要介绍了AＭPK,并对最近关于AMＰK与寿命的研究做了一定的总结，最后对也许的研究方向提出了自己的想法关键词：ＡMＰＫ；糖代谢；脂代谢；AMPK上游激酶;新陈代谢; 寿命;1 概述AMPＫ 全称为AＭＰ aｃtiｖated ｐrｏtｅｉｎ kiｎase,即AMP依赖的蛋白激酶,是一个可以感受AMP变化的能量激酶，是生物能量代谢调节中的关键分子AＭＰ是生物体内的能量分子,是ＡＴP的前体物质，它通过两步反映生成:ATP ADP+ Pi２ＡDP AMP＋ATＰ 研究发现，当人体消耗ATP使其浓度下降１0%时,AMP浓度的相对增长量比AＤＰ浓度的相对增长量大的多，如下表所示：表1:ATP,AＭP,ADP浓度相对变化图[1］ 因此,在许多代谢的调控过程中,ＡMＰ的变化都是一个重要的参量，ＡMPK就是这样一个可以感受到这一信号的分子,它可以感受到ＡMP的浓度变化，当AMＰ浓度上升到一定限度后，ＡMＰK被激活,从而克制合成代谢,促进分解代谢。
图一:ＡＭPＫ 在糖代谢和脂代谢中的作用[２]如图所示,AＭＰＫ被［ＡＭP]的上升或者[ATP]的下降激活，被交感神经激活,或者被脂肪组织释放的瘦素,胰岛素等激活，被激活之后,AMＰK通过磷酸化目的蛋白，使多个组织中的新陈代谢朝向产生能量的方向,削弱糖原,脂肪酸,胆固醇的合成,促进肝脏内的糖酵解,促进脂肪酸的氧化,向下丘脑传递信号促进摄食达成调控新陈代谢的目的因此AＭＰK也被称作新陈代谢的开关1 AMPＫ的结构AMPK是一个异源三聚体,由三个不同的亚基构成，分别为催化亚基α,调节亚基β和γ如图二所示,α亚基为催化亚基,由55０个氨基酸构成,在Ｎ末端具有一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的催化域，该催化域内172位上具有一个苏氨酸残基可被磷酸化在C末端，有一段大约具有150氨基酸的部位用于与γ亚基和β亚基连接[3]β亚基形成βsｈｅｅt结构[4],起到稳定α亚基和β亚基之间连接的作用［3]. γ亚基有3３1个氨基酸构成,具有AMP或者ATP的结合位点,如图三所示,４个结合位点，被称作CBS DOMAIＮ，CBS区域可以与具有腺苷集团的分子结合，如ＡTP或者ＡMＰ [５],从图三中我们可以看到,γ亚基重要由αhｅlix组成,在1.２.3位点旁边都有一个ASＰ残基，与核苷酸核糖上的羟基互相作用,腺嘌呤夹在βlooｐ中 间,由一系列疏水作用力连接,因此CBS与AMP或者ＡTP的结合是十分紧密的。
[4]四个AMP／AＴP结合位点都有磷酸基团指向γ亚基的中心区域，在伽马亚基的中心区域具有很多带电的氨基酸如His,Ａrｇ根据与结合位点相连的分子不同(ＡMP,使之激活，ATP使之被克制）,这些带电的氨基酸会重新排列,引起伽马亚基的构象变化[４］ﻩＡＭPＫ的结构并没有被完全了解清楚，图四是他的大体结构图红色的是γ亚基，蓝色的是α亚基,绿色的是β亚基从图四中我们可以看到，α亚基与γ亚基之间的结合是十分紧密,这与他们的功能密切相关ＡＭＰK的作用机理就是：当两个AMＰ与γ亚基结合后,导致γ亚基发生构象变化，使位于α亚基上的催化位点（苏氨酸)暴露出来，磷酸化苏氨酸, AMPＫ 被激活[4]然而γ亚基的构象变化是如何传递到α亚基上的呢？目前还没有研究清楚目前科学家拟定的是α亚基的一端延伸到γ亚基之上，形成一个“hｅlix-ｌoop-helix”结构,被称作reｇｕlatory sｅquences(RS)如图四蓝色区域标记ＲS的位置所示但是科学家们并不拟定这样的结构能否在哺乳动物体内的ＡMＰK中被找到[4]在2０2３年natｕｒe上发表的一篇文献中，具体讲解了这一机制如图五所示，在AＭPK的α亚基上，除了具有催化位点的actｉvaｔion loop （在图六中用紫色标出）尚有一个非常重要的αHOOＫ（图六中为深蓝色）,αHOＯK与γ亚基上的第三个AMP/ATP的结合位点互相作用,γ亚基上Arg69的构象变化会与αＨOOK之间产生空间位阻，从而会导致1７2位的磷酸化位点苏氨酸被暴露出来。
［6]2 AMPK的功能3．１ AMPＫ对脂代谢的调节 图七：脂肪的合成与分解［7]图七是脂肪的合成与分解示意图，其中,Malinyl-cｏA是非常关键的分子,它是合成长链脂肪酸的第一个中间产物，它自身还可以克制cａrnitine ａｃｙltransferaｓｅⅠ的活性,从而克制Faｔtｙ acｙl-coA进入线粒体基质β氧化因此催化合成Ｍaliｎyl-coＡ的乙酰辅酶Ａ羧化酶(AＣC)在脂肪酸的合成中起关键作用ＡCC就是AMPＫ的靶分子，激活AＭPK可以使之磷酸化,克制它的功能，从而克制脂肪酸的合成carｎｉtine ａcｙlｔrａnsｆeraseⅠ的活性升高，促进脂肪酸的氧化[7]HMG-CoA redｕctaｓe 也是ＡMPK的一个靶分子,是胆固醇合成过程中的一个重要的酶，AMPK磷酸化HMGＲ,克制其功能，从而克制胆固醇的合成[8]因此AMPK在肥胖和代谢综合征中具有一定的治疗意义２.2 AMPＫ对糖代谢的调节糖代谢的调节通过调节葡萄糖的合成，葡萄糖的吸取两个过程的平衡来维持吸取方面,ＡMＰＫ可以磷酸化TBC1D1蛋白,导致GＬUD4(一种葡萄糖转运蛋白)转移到细胞膜上,促进葡萄糖的吸取。
如图八所示)合成方面,我们已经知道,AMＰK可以通过克制胆固醇以及脂肪酸的合成克制合成代谢,因此科学家们推测AMPK也可以通过克制糖原的合成（ｇｌycogｅn syｎthase）来克制合成代谢然而关于这方面的研究却得到了有争议性的结果[８] 图八:AMPK与糖代谢总结[8]科学家们一方面发现ﻩAMPK可以磷酸化muscｌe glyｃoｇｅｎ sｙnｔhasｅ(GＳ)位点2上的丝氨酸（如图八所示)接着又进一步证明了ＧS 的活性在灌注了AＩCＡR（一种AMＰ类似物）的小鼠体内很低［８］然而尚有研究表白由于AＭＰＫ促进葡萄糖的吸取导致的ｇluｃosｅ-6-pｈｏpｈaｓte浓度上升，glucoｓｅ-6-phophaste通过变构调节提高糖原合成的活性(如图八黑色虚线箭头所示),并且这个影响要大于AMPK对GＳ磷酸化的克制影响,最终导致糖原合成被促进[8]高浓度的糖原也可以克制AMPK的活性，通过与AMＰK的βｄomain结合研究发现，AMPK的βdomain具有一个carbohyｄｒate ｂｉnding module(CBM）有一个（α1→6）分支点的低聚糖比没有分支的,只具有α(1→4）糖苷键的低聚糖更能克制AＭPK的活性。
然而在活体中糖原究竟是否能克制ＡＭＰK的活性依旧是未知［8]２．3 其他除了糖代谢和脂代谢,AMPK还可以调控许多其他的代谢过程,例如通过克制蛋白质翻译激活蛋白ｍTOR来克制蛋白质的合成等目前已知的AＭＰK的调控途径如图九所示,在这里不一一赘述图九 AMPK调控代谢图3 AMＰK活性调节之前说到AMPK是通过调节亚基γ与AＭP结合,变构调节使催化亚基α上17２位的苏氨酸暴露出来,磷酸化苏氨酸，AＭPK被激活那么苏氨酸又是如何被磷酸化的呢?这就说到了AMPK的上游激酶图十:ＡMPK的活性调节［3]如图十所示,AＭＰＫ可以被上游激酶磷酸化,也可以被proｔein phospｈatases (目前认为也许是protein phosｐｈaｔe-2Ｃ（PＰ2C））去磷酸化关于AMPK的上游激酶,已经发现了至少两种，其中之一是LKB1，它最开始被认为是一种肿瘤克制因子LKB１与两个亚基ＳＴRAＤ,ＭO２５形成复合物发挥作用人们最初认为，LＫB１是一种连续有活性的激酶，这样AMPＫ的活性就仅依赖于体内ＡＭP/ATP的比值然而最近有研究发现,LKB１并不一定是连续有活性的,它的活性与其在肝脏中的乙酰化状态有关。
ＡＭＰK的另一种磷酸化渠道是通过CaMKKβ激酶,其活性与细胞质内钙离子的浓度有关，这意味着ＡＭＰＫ也可以在不存在[AＭP]上升的情况下被激活目前人们对AMPＫ上游激酶的了解尚不充足，对LKB1的研究较多，对其他的几种激酶人们尚不是很了解[3］除了上游激酶，AMPK还可以受到激素(如脂联素 aｄｉponeｃtin,胃饥饿素gｈrelin 瘦素lepｔｉn等)，细胞因子等的调节4 最近研究——AMPK与寿命 在自然环境中生活的生物,或多或少会面临环境压力,如饥饿，高温，渗透压变化等而应激与寿命有很高的相关性大量研究证实应激与衰老是通过某些信号通路控制的AMＰK可以调控细胞的能量新陈代谢,过度的能量消耗则会增长衰老的过程大约2023前,人们发现对啮齿类动物的饮食限制可以延长他们的寿命，人们开始猜想这些过程与能量的调控开关AＭPK有关在生物体内的进一步研究发现，AMP-acｔivateｄ kinａse-２(AＡK-2,一种ＡMPK）在寿命的调节中具有重要意义虫，果蝇等模式生物中过量表达ＡＡK-2/AＭＰK,同时用mｅtfｏrmin(一种降血糖的糖尿病治疗药物)激活ＡＡK-２,使它们的寿命得到了提高(Apfeld et ａl.2023； Cｕｒtｉs ｅt al．, 20２3; Onkｅｎ and Ｄriscｏll, 2023)。
在小鼠体内的研究发现,敲除掉AMPKα2之后,会导致新陈代谢的紊乱,进而影响其寿命[１0]因此人们开始对metforｍin展开研究人们先是发现metｆormin可以提高非糖尿病哺乳动物的寿命，mｅtformｉｎ 有两个也许的调节途径，一个是通过AＭPＫ，此外一个是通过AＭPK的上游激酶LKB1，ＬKB1再激活AMPＫ减少葡萄糖的产生增长葡萄糖的吸取这里具体讲到两位科学家：Oｎken 和Ｄriｓcoll,他们用线虫具体研究了通过AＭPK,AMPＫ的上游激酶ＬKB1对线虫寿命的影响[11］ 一方面说一下线虫,他们用的线虫是秀丽隐杆线虫（Ｃａeｎoｒｈａbditis eｌegans），它通体透明，便于观测;生命周期短,从受精卵发育到可产卵成虫只需３.5天；繁殖率高,一条繁殖期的成虫大约能产生三百多个后代；并且，其与人类有较多同源基因因此在寿命的研究上线虫是一个很抱负的模式生物但是,目前人们只知道metforｍin对寿命影响的大体结果，其机制尚不清楚图十一：ｍetforｍｉｎ对于线虫寿命调节的也许机制[1１］图十一是Onkeｎ和Driscoll 用线虫做出的也许调控机制的简朴路线，具体来说就是metformiｎ激活ＬKＢ1,ＬＫB１激活AMPK，AMPK激活ＳKN－1，缓解氧化应激,提高寿命。
在ASＩ神经元调节路线上，SKN-1与AMPK的相对位置还并不拟定［１1]5 ＡMPＫ的应用及奉献由于AＭPK在糖代谢以及脂代谢中的重要功能，他在二型糖尿病的治疗中做出了很大奉献他可以调节基因表达改善糖脂代谢，因此许多针对AMPK活性的药物便被开发出来Meｔforｍiｎ很早就应用与治疗糖尿病，但由于其主线作用机制不明确,长期受到争议直到人们发现其靶分子是AMPK，具体机制为Meｔformｉn先激活AMＰK上游激酶ＬKB1，进一步激活AＭPK调节糖代谢目前，Ｍeｔforｍｉn已经成为糖尿病治疗中的基础药品此外，AＭPK对心血管疾病，肿瘤细胞的治疗都起到了很重要的作用6 展望从上述总结可以看到,关于AMPK的研究重要集中在两个方面：一是关于ＡM。