AMPK研究进展学习课程

1、 腺苷酸活化蛋白激酶腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)是是丝，苏氨酸蛋白激酶丝，苏氨酸蛋白激酶, ,一种重要的蛋一种重要的蛋白激酶，白激酶，主要协调代谢和能量的需要。主要协调代谢和能量的需要。 短期效应能调节能量代谢短期效应能调节能量代谢，长期效应能调节基因转录。长期效应能调节基因转录。 第1页/共79页第一页，编辑于星期五：十点 三分。 激活激活AMPKAMPK，一方面关闭消耗，一方面关闭消耗ATPATP的合成代谢途径；的合成代谢途径； 另一方面启动产生另一方面启动产生ATPATP的分的分解代谢途径解代谢途径，故被称为故被称为“细胞能量

2、调节器细胞能量调节器”。能能 够够 调节调节 机体机体 的能量代的能量代 谢谢 ， 维持维持 能量能量 的供的供 求平求平 衡。衡。 近年来，近年来， 随随AMPKAMPK研究的深入，发现其下游靶蛋白种类和数量众多，研究的深入，发现其下游靶蛋白种类和数量众多， 具有多种具有多种重要的生物学效应。重要的生物学效应。能改能改 善代善代 谢综谢综 合合 征征 ， 故故 使使 其其 受受 到到 越越 来来 越越 广广 泛泛 的的 关关 注注 。第2页/共79页第二页，编辑于星期五：十点 三分。一一 AMPKAMPK的结构的结构 AMPKAMPK是一个是一个异源三聚体蛋白异源三聚体蛋白，由，由(63kD

3、)(63kD)、 (30kD)(30kD)和和 (37-63kD)(37-63kD) 3 3个亚单位组成。其中，个亚单位组成。其中， 亚单位起催化作用亚单位起催化作用，而而和和亚基在亚基在维持三聚体稳定性和作用底物特异性维持三聚体稳定性和作用底物特异性方面起重要作用。方面起重要作用。 每个亚单位都存在每个亚单位都存在由由2-32-3种基因所编码的异构体种基因所编码的异构体( (1 1， 2 2、1 1， 2 2和和1 1， 2 2 3)3)，从理论，从理论上来讲，上来讲， 、和和 的不同异构体可的不同异构体可形成各种可能的组合形成各种可能的组合, ,可能有可能有1212种。种。第3页/共79页

4、第三页，编辑于星期五：十点 三分。第4页/共79页第四页，编辑于星期五：十点 三分。 AMPKAMPK含有含有548548个氨基酸，可分为个氨基酸，可分为催化区催化区N N末端末端(1(1312AA)312AA)、是起催化作用的核心、是起催化作用的核心部位，含有一个典型的部位，含有一个典型的丝，苏氨酸蛋白激酶丝，苏氨酸蛋白激酶的催化区域，中间一个自动抑制区的催化区域，中间一个自动抑制区(312(312392AA)392AA)和和C C末端一个亚单元结合区域末端一个亚单元结合区域(392(392548AA)548AA)含有变构结合位点，参含有变构结合位点，参与和与和AMPAMP的结合。的结合。

5、亚单位中的亚单位中的8 8个位点个位点( (苏氨酸苏氨酸172172、苏氨酸、苏氨酸258258、丝氨酸、丝氨酸485485等等) )均可被磷酸化，其均可被磷酸化，其中中苏氨酸苏氨酸172172位点及其磷酸化对位点及其磷酸化对AMPKAMPK活性的调节起重要作用。活性的调节起重要作用。研究中所检测的总研究中所检测的总AMPKAMPK及活性及活性AMPKAMPK蛋白通常是指其蛋白通常是指其亚单位，亚单位，第5页/共79页第五页，编辑于星期五：十点 三分。 2011年年7月月3日在日在Cell Metabolism杂志上研究人员发现了杂志上研究人员发现了AMPK alpha 2催化亚基催化亚基上一

6、个新丝氨酸磷酸化位点上一个新丝氨酸磷酸化位点serine491，这一位点介导，这一位点介导leptin的抑制作用的抑制作用，并且是，并且是leptin影响进食和体重的关键位点。影响进食和体重的关键位点。阻断阻断AMPK2-serine491的磷酸化会使下丘脑的磷酸化会使下丘脑AMPK活性增强、进食量和体重增加。活性增强、进食量和体重增加。 Leptin影响下丘脑影响下丘脑AMPK2活性、神经肽表达、进食量和体重都需要活性、神经肽表达、进食量和体重都需要Serine491的的磷酸化。磷酸化。 研究还发现，研究还发现，p70S6激酶是一种激酶是一种AMPK活性抑制激酶，而活性抑制激酶，而AMPK是

7、是mTOR-p70S6激酶的底物。激酶的底物。p70S6激酶和激酶和AMPK2形成复合体，使形成复合体，使serine491位点磷酸化。位点磷酸化。第6页/共79页第六页，编辑于星期五：十点 三分。 亚单位则好似一个支架，它可把亚单位则好似一个支架，它可把和和亚单位连接起来。亚单位连接起来。 亚单位亚单位N N末端区末端区域之后紧跟着域之后紧跟着两个保守的结构域两个保守的结构域KISKIS和和ASCASC，ASCASC结构域为形成稳定有活性结构域为形成稳定有活性的的的复合物所必需，的复合物所必需，而而KISKIS并不与激酶的其他亚基相互作用。并不与激酶的其他亚基相互作用。KISKIS结构域结构

8、域序列与序列与“N-N-异淀粉酶结构域异淀粉酶结构域”序列密切相关序列密切相关，为，为亚基上的亚基上的功能性糖原结合结功能性糖原结合结构域构域。其功能可能与。其功能可能与糖原对糖原对AMPKAMPK的调节有关的调节有关。 亚基的亚基的N N端豆蔻酰化和磷酸化端豆蔻酰化和磷酸化，这些翻译后的修饰，调节酶活性和亚基的细胞，这些翻译后的修饰，调节酶活性和亚基的细胞定位定位. .第7页/共79页第七页，编辑于星期五：十点 三分。 亚基的亚基的N N端区域在大小和序列上变化较大，与端区域在大小和序列上变化较大，与 1 1相比，相比， 2 2和和 3 3的的N N端区端区域较长。域较长。亚单位有亚单位有4

9、 4个串行重复的个串行重复的CBS(CBS(胱硫醚胱硫醚-合酶合酶:cystathionine-:cystathionine-synthasesynthase，CBSCBS）结构域。）结构域。 亚基亚基含有两个能结合激活性核苷酸含有两个能结合激活性核苷酸AMPAMP和和抑制性核苷抑制性核苷酸酸ATPATP的调节位点。的调节位点。 AMPKAMPK以异源三聚体形式广泛存在于哺乳动物的各种真核细胞种类，这种保守的三聚以异源三聚体形式广泛存在于哺乳动物的各种真核细胞种类，这种保守的三聚体形式是该酶的结构和功能所必需的。体形式是该酶的结构和功能所必需的。AMPKAMPK亚单位在不同组织器官的分布不同，

10、所亚单位在不同组织器官的分布不同，所形成的三聚体亦各异，可能与组织特异性靶分子的调节有关。形成的三聚体亦各异，可能与组织特异性靶分子的调节有关。 亚基的亚基的N N端乙酰化，也增加了端乙酰化，也增加了AMPKAMPK调节的复杂性。调节的复杂性。第8页/共79页第八页，编辑于星期五：十点 三分。二二 AMPKAMPK的组织分布的组织分布 AMPKAMPK各亚基的组织分布不同。各亚基的组织分布不同。1 1分布很广，主要分布于肾、肝、肺、心脏和脑；分布很广，主要分布于肾、肝、肺、心脏和脑； 2 2主要分布在骨骼肌、心脏和肝脏。已证实主要分布在骨骼肌、心脏和肝脏。已证实 2 2亚基也存在于脑神经元中，

11、而且亚基也存在于脑神经元中，而且2 2亚基含量明显高于亚基含量明显高于1 1亚基亚基。研究还发现。研究还发现1 1定位于胞质定位于胞质，而，而2 2主要定位于胞核主要定位于胞核，提示在有提示在有ATPATP损耗的细胞应激反应中，损耗的细胞应激反应中，AMPK-AMPK-2 2复合物的核定位可能至少部分通过复合物的核定位可能至少部分通过磷酸化转录因子，调节基因表达磷酸化转录因子，调节基因表达。第9页/共79页第九页，编辑于星期五：十点 三分。 1 1在肝脏高表达，在骨骼肌中低表达；在肝脏高表达，在骨骼肌中低表达； 而而2 2恰好相反。恰好相反。 1 1、2 2广泛分布于各组织细胞，广泛分布于各组

12、织细胞，3 3仅在骨骼肌中含量较高。仅在骨骼肌中含量较高。 在大部分细胞中主要以在大部分细胞中主要以1 1、1 1和和1 1异构体为主，而在异构体为主，而在肝细胞和脑中肝细胞和脑中2 2 表达表达较高，较高，骨骼肌和心肌中骨骼肌和心肌中2 2、2 2和和2 2 3 3 则均有表达。则均有表达。第10页/共79页第十页，编辑于星期五：十点 三分。三三 AMPKAMPK活性的调节活性的调节 AMPKAMPK是一种高度保守的丝氨酸苏氨酸蛋白激酶。目前，据研究发现是一种高度保守的丝氨酸苏氨酸蛋白激酶。目前，据研究发现至少有至少有3 3种种AMPKAMPK的上游激酶，分别为的上游激酶，分别为LKB1LK

13、B1、AMPKKAMPKK、TAK1TAK1和和CaMKKCaMKK。 其其AMPKAMPK活性调节非常复杂，它可被活性调节非常复杂，它可被5 5-AMP-AMP别构激活别构激活以及被以及被磷酸肌酸别构抑磷酸肌酸别构抑制制，也可被其上游的，也可被其上游的AMPKAMPK激酶激酶(AMPKK)(AMPKK)激活激活，它们的作用位点都是磷酸化，它们的作用位点都是磷酸化AMPKAMPK亚基亚基172172位苏氨酸位苏氨酸 。第11页/共79页第十一页，编辑于星期五：十点 三分。1 1、AMPKAMPK的上游激酶的上游激酶 LKB1最早发现于最早发现于PeutzJegher综合征综合征(（色素沉着息肉

14、综合征）的研究中，是人的研究中，是人体细胞中体细胞中一个抑癌基因，又一个抑癌基因，又 叫叫 STK11(serine threonine protein kinase 11)， 是是 由由 lkb基基 因因 编码编码 的的 丝丝 氨氨 酸苏酸苏 氨氨 酸蛋酸蛋 白激白激 酶酶 家族家族 的成的成 员员 ， 是是 一一 种种 抑抑 癌癌 因因 素，素， 其其 编编 码码 的的 蛋蛋 白质白质 称称 为为 LKB1STK 11. 它可以直接它可以直接磷酸化磷酸化AMPK亚单位上的亚单位上的172位苏氨酸而激活位苏氨酸而激活AMPK 。第12页/共79页第十二页，编辑于星期五：十点 三分。 LKB1

15、 发发 挥挥 作作 用用 还还 必必 须须 有有 两两 个个 附附 属属 蛋蛋 白白 质质 的的 共共 同同 存存 在在 ： STRA D 和和 M O 2 5 。 STRA D (STE20 related adaptor protein)是是 LKB1 特特 异异 性性接头接头 蛋蛋 白和底白和底 物物 ，M O25(mouse protein 25) 主主要要 参参 与与 LK B1 的的 调调 节节 ， 它它 通通 过过 结结 合合 到到 STRAD 的的 羧羧 基基 端端 从从 而而 发挥发挥 稳稳 定定 STRAD 和和 LKB1 复复 合合 物物 的功的功 能能 LKB1不仅活化

16、不仅活化AMPK，还激活，还激活AMPK亚家族的多亚家族的多种激酶种激酶。相应地，这些激酶参与介导。相应地，这些激酶参与介导LKB l的磷酸化的磷酸化效应，包括其肿瘤抑制功能。效应，包括其肿瘤抑制功能。第13页/共79页第十三页，编辑于星期五：十点 三分。Regulation of AMPK activation. 第14页/共79页第十四页，编辑于星期五：十点 三分。第15页/共79页第十五页，编辑于星期五：十点 三分。LKB1LKB1的结构及组织分布的结构及组织分布 LKB1LKB1基因定位于人基因定位于人19p1319p133 3， 整个基因跨度为整个基因跨度为23 kb23 kb。LK

17、B1LKB1蛋白由蛋白由433433个氨基个氨基酸残基组成酸残基组成( (鼠类的鼠类的LKB1LKB1有有436436个氨基酸残基个氨基酸残基) )，分子量为，分子量为50 kD50 kD，具有丝氨酸具有丝氨酸苏氨酸蛋白激酶功能苏氨酸蛋白激酶功能. . LKB1LKB1广泛分布于人体多种组织中广泛分布于人体多种组织中. . ，发现几乎所有组织均有表达，其中成人以，发现几乎所有组织均有表达，其中成人以上皮、睾丸生精小管和肝脏的表达最强，上皮、睾丸生精小管和肝脏的表达最强， 而胎儿组织中又高于成人；肿瘤组织而胎儿组织中又高于成人；肿瘤组织中的表达高于相应的正常组织中的表达高于相应的正常组织. .第

18、16页/共79页第十六页，编辑于星期五：十点 三分。LKB1LKB1的活性调节的活性调节 LKB1LKB1的激酶催化域位于第的激酶催化域位于第44-30944-309位氨基酸残基位氨基酸残基。在。在LKB1LKB1的的433433个氨基酸残基中，第个氨基酸残基中，第1-3461-346氨基酸残基是维氨基酸残基是维持其激酶功能所必需的，持其激酶功能所必需的， 其中第其中第38-4338-43氨基酸残基为氨基酸残基为LKB1LKB1的核定位信号序列的核定位信号序列(nuclear localisation (nuclear localisation signalsignal，NLS)NLS)。LK

19、B1LKB1通过通过NLSNLS定位于细胞核，通过定位于细胞核，通过与与LIP1(LKB1 interacting proteinLIP1(LKB1 interacting protein一一1)1)作用而作用而锚在细胞质锚在细胞质. . 在某些特定细胞在某些特定细胞( (如神经元，内皮细胞，淋巴细胞等如神经元，内皮细胞，淋巴细胞等) )，AMPKAMPK也能被也能被CaCa2+2+ 和和AMPAMP依赖的磷酸化激活，这一过程依赖的磷酸化激活，这一过程中的上游激酶是中的上游激酶是CaMKKCaMKK。 AMPAMP可以加强可以加强LKB1LKB1STRADSTRADM025M025复合物对完整

20、复合物对完整AMPKAMPK三聚体的磷酸化，但是不能加强该复合物对三聚体的磷酸化，但是不能加强该复合物对分离的、单个的分离的、单个的AMPKAMPK亚基的磷酸化。亚基的磷酸化。第17页/共79页第十七页，编辑于星期五：十点 三分。 TAK1(TGF-TAK1(TGF-活化激酶一活化激酶一1)1)被广泛认为是一种被广泛认为是一种MAPKK(MAPKK(促分裂原活化蛋白激酶激酶促分裂原活化蛋白激酶激酶) )激酶激酶-7-7，近来，近来研究表明其研究表明其在在AMPKAMPK活化通路中具有中枢般的调节活化通路中具有中枢般的调节作用。作用。 研究表明，体外研究表明，体外TAK1(TGF-TAK1(TG

21、F-activated -activated kinase-1)kinase-1)也就是也就是MAP3K7(MAPKK kinase-7)MAP3K7(MAPKK kinase-7)，以及以及TAK1TAK1相关蛋白相关蛋白TAB1TAB1能够使能够使Thr172Thr172磷酸化，磷酸化，激活激活AMPKAMPK，从而被认为是一种新的，从而被认为是一种新的AMPKKAMPKK。 当当TAK1TAK1缺乏时，缺乏时，LKB1LKB1也有一定的活性也有一定的活性，提示除了，提示除了TAK1TAK1对对AMPKAMPK的直接激活作用外，还可能存在着其他的直接激活作用外，还可能存在着其他的作用机制。

22、的作用机制。第18页/共79页第十八页，编辑于星期五：十点 三分。 CaMKKCaMKK( (钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶) )也能够调节也能够调节AMPKAMPK的活性，的活性，CaMKKCaMKK主要存在于主要存在于神经系统神经系统 ，其对其对Thr172Thr172的磷酸化不依赖于的磷酸化不依赖于AMPAMP浓度的升高，而是通过增高浓度的升高，而是通过增高CaCa2+2+浓浓度从而激活度从而激活AMPKAMPK。其调节是通过细胞内钙离子浓度的升高而启动。其调节是通过细胞内钙离子浓度的升高而启动。第19页/共79页第十九页，编辑于星期五：十点 三分。2 2、通过、通

23、过AMPAMPATPATP比值调节比值调节 AMPKAMPK的活性主要受细胞中的活性主要受细胞中AMPAMPATPATP比值和肌酸磷比值和肌酸磷酸肌酸比值的升高的调节酸肌酸比值的升高的调节。在生理情况下，为了维。在生理情况下，为了维持基本的代谢需要，细胞中维持着高浓度的持基本的代谢需要，细胞中维持着高浓度的ATPATP水水平。在多数真核细胞中，平。在多数真核细胞中，ATPATPADPADP的比值约为的比值约为1010：1 1，而且在很小的范围内变化。在腺苷激酶的作用，而且在很小的范围内变化。在腺苷激酶的作用下下2ADP2ADP ATP+AMP ATP+AMP，因而，因而AMPAMPATPATP

24、比值是比值是ADPADPATPATP的级数，而且比后者的比值变化更为敏感。当细的级数，而且比后者的比值变化更为敏感。当细胞受到任何引起胞受到任何引起ATPATP生成减少，消耗增加的应激刺激生成减少，消耗增加的应激刺激时，时，AMPAMPATPATP比值增加，比值增加，AMPKAMPK则被激活。因而，则被激活。因而，AMPAMP是调节是调节AMPKAMPK的关键的关键，但但AMPAMP是如何调节是如何调节AMPKAMPK的机制尚的机制尚不完全清楚。不完全清楚。第20页/共79页第二十页，编辑于星期五：十点 三分。在体内许多因素，如缺血、缺氧、葡萄糖缺乏、饥在体内许多因素，如缺血、缺氧、葡萄糖缺乏

25、、饥饿、电刺激、热休克，饿、电刺激、热休克， 以及一氧化氮、三羧酸循环以及一氧化氮、三羧酸循环或氧化磷酸化的抑制剂，如亚砷酸盐、抗霉素或氧化磷酸化的抑制剂，如亚砷酸盐、抗霉素A、二、二硝基苯酚和叠氮化合物等，均导致硝基苯酚和叠氮化合物等，均导致AMPATP比值显比值显著增高著增高第21页/共79页第二十一页，编辑于星期五：十点 三分。 AMPAMP激活激活AMPKAMPK的机制可能通过以下的机制可能通过以下3 3种方式：种方式：(1)AMP(1)AMP直接作用于直接作用于AMPKAMPK，变构激活，变构激活AMPKAMPK；(2)AMPK(2)AMPK和和AMPAMP结合使之成为其上游激酶结合

26、使之成为其上游激酶 AMPKAMPK激酶激酶(AMPKK)(AMPKK)的良好底物和蛋白磷酸酶的良好底物和蛋白磷酸酶的不良底物；的不良底物；(3)AMP(3)AMP直接变构激活直接变构激活AMPKKAMPKK，后者通过磷酸化作用激活，后者通过磷酸化作用激活AMPKAMPK。第22页/共79页第二十二页，编辑于星期五：十点 三分。3 3、激活剂、激活剂 AMPKKAMPKK和和AMPKAMPK可被可被5 5一氨基咪唑一氨基咪唑-4-4-甲酰胺核糖核苷酸甲酰胺核糖核苷酸(AICAR)(AICAR)激活激活。AICARAICAR能被能被细胞摄取，在腺苷激酶的磷酸化作用下形成一磷酸衍生物细胞摄取，在腺

27、苷激酶的磷酸化作用下形成一磷酸衍生物ZMP(5ZMP(5- -aminoimidazoleaminoimidazole- -4-Carboxamide4-Carboxamide- -1 1- - -D D- -ribofuranosy1ribofuranosy1- -5 5- -monophate)monophate)，ZMPZMP具有具有AMPAMP样作用，可激活样作用，可激活AMPKAMPK。 JorgensenJorgensen等发现等发现AICARAICAR激活激活AMPKAMPK并诱导骨骼肌细胞摄取葡萄糖，只与并诱导骨骼肌细胞摄取葡萄糖，只与AMPKAMPK2 2亚基密切相关，与亚基

28、密切相关，与 1 1 亚基无关；而肌肉收缩诱导亚基无关；而肌肉收缩诱导AMPKAMPK活化与活化与AMPK AMPK 1 1 、 2 2亚基均有关。亚基均有关。 第23页/共79页第二十三页，编辑于星期五：十点 三分。4 4、其他、其他 目前认为，目前认为，AMPAMP通过结合通过结合AMPKAMPK的的亚单位引起亚单位引起AMPKAMPK的构象改变，一方面可以直接增加酶的活性的构象改变，一方面可以直接增加酶的活性(5(5倍倍) )，另，另一方面可以使其构象改变更有利于一方面可以使其构象改变更有利于AMPKAMPK激酶对其磷酸化，进而增加激酶对其磷酸化，进而增加AMPKAMPK活性活性(50(

29、50 100 100倍倍) )。 所有这些所有这些AMPAMP对对AMPKAMPK的激活作用均可被的激活作用均可被ATPATP所拮抗。所拮抗。第24页/共79页第二十四页，编辑于星期五：十点 三分。5 5、AMPAMP通路的调节通路的调节 Leptin（瘦素）在调节摄食、能量消耗和神经内分泌功能方面（瘦素）在调节摄食、能量消耗和神经内分泌功能方面起重要作用。起重要作用。最近研究表明，最近研究表明，leptin选择性激活骨骼肌中的选择性激活骨骼肌中的AMPK a2亚基，亚基，早期激活早期激活是是leptin对肌肉的直接作用，在骨骼对肌肉的直接作用，在骨骼肌肌瘦素可直接激活瘦素可直接激活AMPK活

30、性进而抑制乙酰活性进而抑制乙酰COA羧化酶羧化酶(ACC)活性，加速脂肪酸的氧化作用，减少甘油三酯的沉活性，加速脂肪酸的氧化作用，减少甘油三酯的沉积。积。同时其同时其在肝脏在肝脏中对糖脂代谢调节亦是通过激活中对糖脂代谢调节亦是通过激活AMPK来发挥来发挥作用，而且依赖于酪氨酸激酶作用，而且依赖于酪氨酸激酶(JAK2)信号通路发挥作用的。瘦素信号通路发挥作用的。瘦素对对胰岛素分泌胰岛素分泌的影响的研究结论仍不同，但可以肯定的是的影响的研究结论仍不同，但可以肯定的是AMPK的激活能抑制胰岛素的释放。的激活能抑制胰岛素的释放。 而而其后的激活作用其后的激活作用则有赖于下丘脑交感神经系统轴，但则有赖于

31、下丘脑交感神经系统轴，但在下丘脑中在下丘脑中leptin抑制抑制AMPK活性活性，引起摄食减少和体重下降。引起摄食减少和体重下降。 瘦素瘦素在不同组织对在不同组织对AMPK的影响不同的原因有待于进一步研究，的影响不同的原因有待于进一步研究，推测可能由于不同组织推测可能由于不同组织AMPK各亚单位表达以及其上游激酶各亚单位表达以及其上游激酶LKB1、钙调节蛋白激酶的表达差异造成。、钙调节蛋白激酶的表达差异造成。 第25页/共79页第二十五页，编辑于星期五：十点 三分。 AdiponectinAdiponectin（脂联素）是一种由脂肪细胞产生的抗（脂联素）是一种由脂肪细胞产生的抗糖尿病胰岛素抵抗

32、和抗动脉粥样硬化的细胞因子。糖尿病胰岛素抵抗和抗动脉粥样硬化的细胞因子。 adiponectin adiponectin 激活激活AMPKAMPK，进而激活其下游靶点进而激活其下游靶点MAPK，增强，增强PPAR转录活性及靶基因的表达，促进骨骼肌脂肪酸的氧化转录活性及靶基因的表达，促进骨骼肌脂肪酸的氧化,降低脂质在骨骼肌的堆积，同时减少游离脂肪酸进入肝降低脂质在骨骼肌的堆积，同时减少游离脂肪酸进入肝脏，改善肝脏的胰岛素抵抗，从而降低肝糖的生成和极脏，改善肝脏的胰岛素抵抗，从而降低肝糖的生成和极低密度脂蛋白的合成。低密度脂蛋白的合成。刺激骨骼肌脂肪酸氧化和葡萄糖刺激骨骼肌脂肪酸氧化和葡萄糖摄取，

33、抑制内源性葡萄糖产生以及抑制平滑肌细胞增殖，摄取，抑制内源性葡萄糖产生以及抑制平滑肌细胞增殖，有抗糖尿病及抗动脉粥样硬化作用。有抗糖尿病及抗动脉粥样硬化作用。 脂联素介导的脂联素介导的AMPK通路还可与其它信号通路相互作用，减通路还可与其它信号通路相互作用，减弱弱mTOR信号通路，有效阻止信号通路，有效阻止mTOR介导的介导的IRS-2的降解。的降解。 近年发现，近年发现，adiponectinadiponectin通过激活通过激活AMPKAMPK在促进新血管生在促进新血管生成、抑制内皮细胞凋亡方面发挥积极作用成、抑制内皮细胞凋亡方面发挥积极作用 ，但其激活，但其激活AMPKAMPK的具体信号

34、转导机制仍不清楚。的具体信号转导机制仍不清楚。 ghrelinghrelin ( (脑肠肽脑肠肽) )是近年来发现的一种肽类激素，是是近年来发现的一种肽类激素，是生长激素促泌物受体生长激素促泌物受体(GSH-R)(GSH-R)的内源性配体的内源性配体。研究发现。研究发现活体活体注射注射ghrelinghrelin能够刺激下丘脑能够刺激下丘脑AMPKAMPK的激活。的激活。第26页/共79页第二十六页，编辑于星期五：十点 三分。(Protein phosphatase 2C)第27页/共79页第二十七页，编辑于星期五：十点 三分。peroxisome proliferator-activated

35、 receptor- (PPAR-) coactivator 1(PGC-1) 第28页/共79页第二十八页，编辑于星期五：十点 三分。 Proposed model for dual regulation of TSC-mTOR-S6Kinase pathway by AMPK and insulin- PI3K signaling 第29页/共79页第二十九页，编辑于星期五：十点 三分。、抵抗素（、抵抗素（resistin）是存在于血浆中的富含半胱氨酸的分泌性蛋白，可作用于脂肪、肝脏及骨骼肌等胰）是存在于血浆中的富含半胱氨酸的分泌性蛋白，可作用于脂肪、肝脏及骨骼肌等胰岛素靶器官，促进肝糖输

36、出，导致胰岛素抵抗。目前研究发现岛素靶器官，促进肝糖输出，导致胰岛素抵抗。目前研究发现抵抗素以上作用的发挥是由抑制抵抗素以上作用的发挥是由抑制AMPK活性活性介导。介导。 目前由于抵抗素受体尚未克隆，其细胞内的信号途径尚未完全清楚。目前由于抵抗素受体尚未克隆，其细胞内的信号途径尚未完全清楚。 第30页/共79页第三十页，编辑于星期五：十点 三分。、炎症因子的影响、炎症因子的影响 炎症因子炎症因子TNF的增加所引起的的增加所引起的AMPK的活性下的活性下降，能抑制胰岛素信号转导降，能抑制胰岛素信号转导 目前体外研究证实目前体外研究证实AICAR能抑制能抑制IL-6、TNF、MIP-1alpha/

37、beta和其他脂肪组织分泌的细胞因和其他脂肪组织分泌的细胞因子的释放，从而保护心肌，改善心肌急性缺血及凋子的释放，从而保护心肌，改善心肌急性缺血及凋亡，逆转胰岛素抵抗的发生。亡，逆转胰岛素抵抗的发生。、其他脂肪细胞因子的影响、其他脂肪细胞因子的影响 脂肪组织尚能分泌血管紧张素原、酰化刺激蛋白脂肪组织尚能分泌血管紧张素原、酰化刺激蛋白(ASP)、葡聚糖结合蛋白、葡聚糖结合蛋白28(GBP28)、视黄醇结合、视黄醇结合蛋白蛋白(RBP)等。其能通过自分泌等。其能通过自分泌,旁分泌等作用参与旁分泌等作用参与能量代谢及平衡，但其与能量代谢及平衡，但其与AMPK之间的调节关系目之间的调节关系目前并不十分

38、肯定，尚需要进一步研究。前并不十分肯定，尚需要进一步研究。 第31页/共79页第三十一页，编辑于星期五：十点 三分。6、AMPK-Related Kinases Recent evidence has identified at least 12 enzymes that are related to AMPK at the level of homology in the catalytic domain. The AMPK-related kinase family of kinase is referred to as the AMPK-RK family. These AMPK-RK

39、family enzymes are BRSK1, BRSK2, NUAK1, NUAK2, SIK1, SIK2, SIK3, MARK1, MARK2, MARK3, MARK4 and MELK. Like regulation of AMPK by the LKB1 kinase, 11 of these AMPK-related family members are also subject to LKB1-mediated regulation. MELK is the only family member not shown to be a substrate for LKB1.

40、 BRSK1 and BRSK2 are brain-specific serine/threonine kinases 1 and 2. NUAK1 refers to nuclear AMPK-related kinase. The NUAK1 gene is also called AMPK-related kinase 5 (ARK5). NUAK2 is also called SNF1（sucrose nonfermenting ）/AMPK-related kinase (SNARK). SIK refers to salt-induced kinase MARK14 are m

41、icrotubule affinity-regulating kinases 1 through 4 MELK is maternal embryonic leucine zipper kinase.第32页/共79页第三十二页，编辑于星期五：十点 三分。四四 AMPKAMPK下游靶标及其生物学效应下游靶标及其生物学效应1 AMPK1 AMPK对脂代谢的调节对脂代谢的调节 乙酰辅酶乙酰辅酶A A羧化酶羧化酶(ACC)(ACC)和羟甲基戊二酸单酰和羟甲基戊二酸单酰CoACoA还还原酶原酶(HMGR)(HMGR)分别在脂肪酸和胆固醇的合成中起关键分别在脂肪酸和胆固醇的合成中起关键作用。作用。 AC

42、CACC和和HMGRHMGR均是均是AMPKAMPK的靶分子的靶分子。激活的激活的AMPKAMPK可以使可以使它们磷酸化，抑制它们的功能，它们磷酸化，抑制它们的功能，从而抑制肝脂肪酸从而抑制肝脂肪酸和胆固醇的合成和胆固醇的合成 过表达重组激活的过表达重组激活的AMPKaAMPKa可以负性调节可以负性调节ACCACC的活性，的活性，减少肝细胞中脂质的含量，而抑制减少肝细胞中脂质的含量，而抑制AMPKAMPK则可增加则可增加肝细胞中高糖所诱导的脂质聚集。肝细胞中高糖所诱导的脂质聚集。第33页/共79页第三十三页，编辑于星期五：十点 三分。 脂肪酸氧化是肌肉组织能量来源的重要方式。脂肪酸氧化是肌肉组

43、织能量来源的重要方式。肌肉收肌肉收缩及运动等能激活缩及运动等能激活AMPKAMPK，然后通过磷酸化作用抑制，然后通过磷酸化作用抑制ACCACC，减少丙二酰辅酶，减少丙二酰辅酶A A的合成，的合成，负反馈增强负反馈增强CPT-1CPT-1（肉毒碱棕榈酸转移酶一（肉毒碱棕榈酸转移酶一1 1）的活性以及脂肪酸的氧化。）的活性以及脂肪酸的氧化。 此外，此外，AMPKAMPK还参与了甘油三酯的调节还参与了甘油三酯的调节。在。在脂肪细脂肪细胞胞中，中，AMPKAMPK激动剂不仅可通过激动剂不仅可通过ACCACC磷酸化而磷酸化而抑制脂抑制脂肪生成，还可通过磷酸化抑制激素敏感脂肪酶肪生成，还可通过磷酸化抑制激

44、素敏感脂肪酶，从而，从而抑制异丙肾上腺素所诱导的脂肪分解抑制异丙肾上腺素所诱导的脂肪分解 。 AMPKAMPK这种既调节脂肪生成，又抗脂肪分解的作用这种既调节脂肪生成，又抗脂肪分解的作用，可以减少血流中游离脂肪酸浓度可以减少血流中游离脂肪酸浓度，在肥胖和代谢，在肥胖和代谢综合征中减少脂毒性的作用具有一定治疗意义。综合征中减少脂毒性的作用具有一定治疗意义。第34页/共79页第三十四页，编辑于星期五：十点 三分。第35页/共79页第三十五页，编辑于星期五：十点 三分。2 AMPK 2 AMPK 对糖代谢的调节对糖代谢的调节 是一条非胰岛素激活的信号通路是一条非胰岛素激活的信号通路，一是诱导葡萄糖转

45、一是诱导葡萄糖转运体运体4 4向浆膜转移；二是通过磷酸化转录因子，开向浆膜转移；二是通过磷酸化转录因子，开启葡萄糖转运体启葡萄糖转运体4 4基因的表达。基因的表达。 目前的研究表明，目前的研究表明，AICAR(AICAR(5-氨基氨基-4-甲酰胺咪唑甲酰胺咪唑核糖核苷酸核糖核苷酸,为为 AM PK 的激活剂的激活剂)和肌肉收缩增和肌肉收缩增加肌肉对葡萄糖的摄取，是加肌肉对葡萄糖的摄取，是通过葡萄糖转运体通过葡萄糖转运体(GLUT)(GLUT)向胞膜转位来完成的向胞膜转位来完成的。在骨骼肌细胞过表达。在骨骼肌细胞过表达重组激活的重组激活的AMPKAMPK时，可刺激葡萄糖的摄取，并伴随时，可刺激葡

46、萄糖的摄取，并伴随有有GLUT1GLUT1和和GLUT4GLUT4的转位。的转位。 在脂肪细胞中，在脂肪细胞中，AMPKAMPK可以增加葡萄糖转运以及可以增加葡萄糖转运以及GLUT4GLUT4的转位，的转位，该作用与胰岛素信号通路不尽相该作用与胰岛素信号通路不尽相同同。激活脂肪细胞。激活脂肪细胞GLUT4GLUT4的转位，从而增加葡萄的转位，从而增加葡萄糖的转运，该作用有可能是通过糖的转运，该作用有可能是通过p38 AMPKp38 AMPK依赖的依赖的机制。机制。第36页/共79页第三十六页，编辑于星期五：十点 三分。 AMPKAMPK的激活引起磷酸果糖的激活引起磷酸果糖-2-2-激酶磷酸化，

47、刺激激酶磷酸化，刺激2 2，6-6-二磷酸果糖产生，从而促进二磷酸果糖产生，从而促进糖酵解。产生更多糖酵解。产生更多ATPATP。磷酸果糖磷酸果糖-2-2-激酶有四种异构体，只有激酶有四种异构体，只有心脏型心脏型和诱导型异和诱导型异构体是构体是AMPKAMPK的靶标。的靶标。 肝细胞中激活肝细胞中激活AMPKAMPK不仅可以通过抑制不仅可以通过抑制6-6-磷酸果糖磷酸果糖2-2-激酶、激酶、L L型丙酮酸激酶型丙酮酸激酶(L-PK)(L-PK)等等抑制葡萄糖酵解，还能通过抑制果糖抑制葡萄糖酵解，还能通过抑制果糖1 1，6-6-二磷酸酶抑制糖异生。以及通过磷二磷酸酶抑制糖异生。以及通过磷酸化糖原

48、合酶，抑制糖原合成。酸化糖原合酶，抑制糖原合成。第37页/共79页第三十七页，编辑于星期五：十点 三分。第38页/共79页第三十八页，编辑于星期五：十点 三分。3 3、抑制蛋白质合成、抑制蛋白质合成 有研究表明，有研究表明，AMPKAMPK和和mTORmTOR信号通路相关联，信号通路相关联，AMPKAMPK的激活将抑制的激活将抑制mTORmTOR及其效应器。及其效应器。AMPKAMPK可能通过调节可能通过调节mTORmTOR通路，从而通路，从而抑制蛋白质抑制蛋白质合成合成。降低。降低mTORmTOR对其效应器真核细胞启始因子对其效应器真核细胞启始因子4E4E结合蛋白、结合蛋白、70kD 70k

49、D S6S6激酶、核糖体蛋白激酶、核糖体蛋白S6S6激酶和真核细胞启始因子激酶和真核细胞启始因子4G4G的磷酸化作用，的磷酸化作用，进而抑制蛋白质合成，减少能量消耗。进而抑制蛋白质合成，减少能量消耗。 AMPKAMPK可能通过激活真核延长因子可能通过激活真核延长因子2(eukaryotic elongation 2(eukaryotic elongation factor-2factor-2，eEF-2)eEF-2)激酶，使激酶，使eEF-2eEF-2磷酸化失活，导致蛋白质合成受磷酸化失活，导致蛋白质合成受抑制。抑制。第39页/共79页第三十九页，编辑于星期五：十点 三分。TSC1-TSC2：

50、tumor suppressor genes tuberous sclerosis complex 1 and 2结节性硬化症复合物（结节性硬化症复合物（TSC） mTOR：mammalian target of rapamycin哺乳动物雷帕霉素靶蛋白哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 TOR is a serine/threonine kinase 4E-BP1：eIF4E binding protein 1真核细胞启始因子真核细胞启始因子4E结合蛋白结合蛋白eIF4E： eukaryotic initiation factor 4E S6 kinase 核糖体蛋白核糖体蛋白S6激酶激酶（P70S6K

51、）第40页/共79页第四十页，编辑于星期五：十点 三分。AMP-activated protein kinase (AMPK) inhibits the pathway of the mammalian target of rapamycin complex1 (mTORC1) in multiple fashions. Under energetic stress conditions, AMPK phosphorylates TSC2 andRaptor to inhibit the mTORC1 pathway.第41页/共79页第四十一页，编辑于星期五：十点 三分。第42页/共79页第

52、四十二页，编辑于星期五：十点 三分。4 4、调节参与基因转录的因子、调节参与基因转录的因子 AMPKAMPK使转录激活因子使转录激活因子p300p300的的Ser89Ser89磷酸化，磷酸化，调节其介导核受体转录活性的能力，调节其介导核受体转录活性的能力，即减少即减少p300p300与核受体与核受体( (如过氧化氢酶体增殖子激活的受体、甲状腺受体、视黄酸如过氧化氢酶体增殖子激活的受体、甲状腺受体、视黄酸受体、视黄醛受体、视黄醛X X受体受体) )的相互作用的相互作用，但并不影响但并不影响p300p300与非核受体与非核受体( (如转录因子如转录因子E1aE1a、p53p53、GATA4)GAT

53、A4)的相互作用的相互作用，提示在细胞能量代谢和基因表达间确实存在一种直接，提示在细胞能量代谢和基因表达间确实存在一种直接联系，值得深入研究。联系，值得深入研究。第43页/共79页第四十三页，编辑于星期五：十点 三分。 缺氧诱导因子缺氧诱导因子l(hypoxial(hypoxiainducible factor-1inducible factor-1，HIF-1)HIF-1)是调控细胞缺氧反是调控细胞缺氧反应基因的重要转录因子。缺氧时应基因的重要转录因子。缺氧时AMPKAMPK激活作为能量感受器起作用，激活作为能量感受器起作用，缺氧快速激缺氧快速激活活AMPKAMPK，进而促进进而促进HIF-

54、1HIF-1表达，以启动代谢适应。表达，以启动代谢适应。第44页/共79页第四十四页，编辑于星期五：十点 三分。5 5、诱导细胞凋亡、诱导细胞凋亡 激活激活AMPKAMPK，通过，通过c-mycc-myc或或c-Jun Nc-Jun N端激酶及其后的端激酶及其后的caspasecaspase通路，诱导胰腺通路，诱导胰腺细胞凋亡；通过细胞凋亡；通过caspasecaspase通路通路诱导神经母细胞瘤的细胞凋亡。此外，诱导神经母细胞瘤的细胞凋亡。此外， 还发现在神经母细胞瘤中，还发现在神经母细胞瘤中，AICARAICAR活化活化AMPKAMPK后，通过激活核因子后，通过激活核因子kB(nuclea

55、r factor-kappaBkB(nuclear factor-kappaB，NF-kB )NF-kB )，促进氧化应激诱导的凋亡，促进氧化应激诱导的凋亡，第45页/共79页第四十五页，编辑于星期五：十点 三分。6 6、促进血管形成，调节血管张力、促进血管形成，调节血管张力 AMPKAMPK激活有助于血管生成前激活有助于血管生成前AktAkt信号的维持信号的维持. . AMPKAMPK还可通过磷酸化激活内皮型一氧化氮合酶还可通过磷酸化激活内皮型一氧化氮合酶 ，产生一氧化氮，调节血管张力。，产生一氧化氮，调节血管张力。通过舒张血管平滑肌，通过舒张血管平滑肌，增加血流，增加血流， 以改善缺血缺氧

56、组织的血氧供应。以改善缺血缺氧组织的血氧供应。第46页/共79页第四十六页，编辑于星期五：十点 三分。第47页/共79页第四十七页，编辑于星期五：十点 三分。7 7、抗炎、抗炎 AMPKAMPK的激活减少的激活减少cAMPcAMP介导的上皮氯化物的分泌，从而介导的上皮氯化物的分泌，从而减轻炎症反应减轻炎症反应. . 有研究显示，有研究显示，AICARAICAR抑制脂多糖诱导的致炎细胞因子抑制脂多糖诱导的致炎细胞因子( (如肿瘤坏死因子如肿瘤坏死因子、白介素、白介素1 1和白介素和白介素6)6)以及诱导以及诱导型一氧化氮合酶的表达：通过下调型一氧化氮合酶的表达：通过下调IkBIkB激酶激酶活性，

57、活性，减轻脂多糖诱导的减轻脂多糖诱导的NF-kBNF-kB的激活；通过抑制的激活；通过抑制CCAATCCAAT增增强子结合蛋白强子结合蛋白(CCAAT(CCAATenhancer-binding proteinenhancer-binding protein，C CEBP)EBP)的表达，的表达， 阻止阻止C CEBPEBP核转位。提示核转位。提示AMPKAMPK系系统是一个新型的抗炎信号途径，统是一个新型的抗炎信号途径，AMPKAMPK的活化在治疗炎的活化在治疗炎症性疾病中具有重要价值。症性疾病中具有重要价值。第48页/共79页第四十八页，编辑于星期五：十点 三分。8 8、对离子通道的影响、

58、对离子通道的影响 研究显示在人类肺和结肠细胞中，研究显示在人类肺和结肠细胞中，AMPKAMPK的激活也的激活也抑制抑制cAMPcAMP激活的激活的C1C1- -流。流。该作用是该作用是CFTRCFTR和和AMPKAMPK间间存在生理性相互作用。存在生理性相互作用。 实囊性纤维化转膜电导调节子实囊性纤维化转膜电导调节子(cystic (cystic fibrosis transmembrane conductance fibrosis transmembrane conductance regulatorregulator，CFTR)CFTR)是一种是一种ATPATP门控的门控的ClCl通道通道

59、，参与，参与跨上皮离子转运，其开放概率通过跨上皮离子转运，其开放概率通过cAMPcAMP依赖的蛋白依赖的蛋白激酶的磷酸化而增加。由于通道的开放和关闭要求激酶的磷酸化而增加。由于通道的开放和关闭要求ATPATP， 加之通道参与的跨上皮离子转运消耗加之通道参与的跨上皮离子转运消耗ATPATP，故，故抑制抑制CFTRCFTR有助于能量贮存。有助于能量贮存。 此外，此外，AMPKAMPK也调节电压门控也调节电压门控NaNa+ + 通道通道，延缓开放，延缓开放通道的失活。通道的失活。第49页/共79页第四十九页，编辑于星期五：十点 三分。9 9、对细胞衰老的调控、对细胞衰老的调控 细胞经细胞经AMPKA

60、MPK激活剂处理后出现衰老特性激活剂处理后出现衰老特性，与衰老相关的，与衰老相关的- -半乳糖苷酶活性增加半乳糖苷酶活性增加以及以及P16P16INK4aINK4a表达增加。表达增加。 示示AMPKAMPK激活引起的衰老表型可能与激活引起的衰老表型可能与HuRHuR功能下降有关。功能下降有关。 HuR HuR 是是RNARNA结合蛋白，结合蛋白，AMPKAMPK抑制抑制RNARNA结合蛋白结合蛋白HuRHuR向胞质输出向胞质输出, ,以及以及HuRHuR与编码增生性基因的转录本的靶与编码增生性基因的转录本的靶向结合。向结合。第50页/共79页第五十页，编辑于星期五：十点 三分。五五 AMPKA