AMPK相关通路在骨质疏松症中的研究进展总结2026

AMPK相关通路在骨质疏松症中的研究进展总结2026骨质疏松症（osteoporosis，OP）是一种以骨密度降低、骨骼脆性增加、易发生骨折为特点的骨代谢疾病。中国50岁以上人群OP患病率为19.2%，其中女性患病率达32.1%[1]，已成为重大公共卫生问题。随着人口老龄化，对OP的防治已成为骨代谢分子机制领域的难点与热点。骨稳态的维持依赖于成骨细胞（osteoblast，OB）与破骨细胞(osteoclast，OC)功能的动态平衡，而这一过程与细胞能量代谢密切相关[2]。近年研究表明，腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activatedproteinkinase，AMPK）作为细胞能量稳态的核心调控蛋白，通过代谢信号调控成骨分化、破骨活化及骨细胞功能。在OP病理进程中，AMPK不仅能感知骨骼微环境中的能量代谢紊乱，还可通过磷酸化下游靶蛋白调控自噬、氧化应激、炎症反应等关键生物学过程，从而影响骨形成与骨吸收的动态平衡[3]。当AMPK活性受到抑制时，OB分化受阻与OC的过度活化导致骨量加速丢失[4]。这种能量感知和代谢调控的双重特性使AMPK成为连接骨代谢失衡与OP发病机制的重要桥梁，其信号通路的精准调控为OP治疗提供了新的突破口。1AMPK概述

AMPK是一种广泛存在于真核生物中的能量传感器，通过感知细胞内AMP/ADP与ATP的比值变化，调控能量代谢平衡。其异源三聚体结构由α（α1/α2）、β（β1/β2）、γ（γ1-γ3）亚基组成，其中α亚基含N端激酶区、自抑制区及C端β结合区；β亚基具有糖原结合域，介导糖原结合并连接α/γ亚基；γ亚基含4个CBS结构域，能监测能量状态并调控激酶活性[5]。在葡萄糖缺乏、缺氧等代谢应激条件下，其上游激酶LKB1(liverkinaseB1，LKB1)、CaMKKβ（Ca2+/calmodulin-dependentproteinkinasekinase，CaMKKβ）和TAK1（transforminggrowthfactor-β-activatedkinase1，TAK1）通过磷酸化α亚基Thr172（threonine172，Thr172）位点激活AMPK，而PP2A（proteinphosphatase2A,PP2A）、PP2C（proteinphosphatase2C,PP2C）等磷酸酶可使其去磷酸化失活[6]。激活后的AMPK通过促进分解代谢和抑制合成代谢恢复能量稳态，同时参与OP中自噬、线粒体合成、细胞生长、铁死亡等调控过程。最近的研究证实AMPK相关通路的激活与OP的发生密切相关，当细胞AMPK激活水平降低，OB成骨分化能力随着能量代谢失衡、代谢受阻、炎症反应增加等微环境的改变而下降，OC通过抑制自噬、炎症因子增加等途径过度活化，导致骨稳态失衡及OP的发生[7-9]。因此AMPK通路作为骨稳态调控的潜在途径，其激活状态的精准调控将为OP的靶向治疗提供全新策略。2AMPK相关通路正调节骨稳态2.1AMPK/mTOR与自噬调控

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammaliantargetofrapamycin,mTOR）是调控细胞生长、代谢和自噬的核心激酶，与接头蛋白结合形成mTORC1和mTORC2，mTORC1抑制自噬并促进蛋白质合成，响应生长因子和营养信号，mTORC2调控细胞存活与代谢[10]。AMPK/mTOR轴是细胞自噬的经典通路之一，当细胞能量不足或应激时，AMP与AMPK的γ亚基结合，通过诱导构象变化暴露α亚基的Thr172位点，同时上游激酶LKB1、TAK1和CaMKKβ直接磷酸化该位点，协同促进AMPK活化。激活的AMPK通过磷酸化Raptor（regulatory-associatedproteintargetofrapamycin，Raptor）和TSC2（tuberoussclerosiscomplex，TSC2）抑制mTORC1活性，解除其对ULK1（unc-51likeautophagyactivatingkinase1，ULK1）的磷酸化抑制，最终触发自噬[11]。Zhang等[12]研究发现负压伤口治疗通过机械应力刺激改变细胞微环境，导致细胞内AMP/ATP比值升高，激活能量传感器AMPK，活化的AMPK磷酸化自噬启动关键激酶ULK1并促进自噬体形成，通过降解细胞内的代谢废物和提供能量底物，改善间充质干细胞（mesenchymalstemcells,MSCs）的成骨分化微环境促进成骨。Gao等[13]发现PMAIP1（phorbol-12-myristate-13-acetate-inducedprotein1，PMAIP1）在低骨密度患者及去卵巢（ovariectomy,OVX）大鼠模型中显著高表达，并通过抑制AMPK上调mTOR，减弱OB自噬以阻碍增殖与分化，最终导致骨密度下降。敲低PMAIP1可激活AMPK磷酸化、抑制mTOR信号，恢复自噬水平并促进骨形成，而自噬抑制剂可逆转此效应。最近研究发现AMPKα1通过调节线粒体融合-分裂动态及能量代谢特异性抑制OC功能[14]。高葡萄糖通过抑制AMPK/mTOR通路介导的自噬，显著降低大鼠骨髓间充质干细胞的增殖活性及成骨分化能力[15]。二甲双胍作为治疗Ⅱ型糖尿病的一线药物，最新研究显示其对OC生成有抑制作用，Kim等[9]研究发现二甲双胍通过抑制NFATc1（nuclearfactorofactivatedTcells1，NFATc1）、TRAF6（TNFreceptorassociatedfactor6，TRAF6）等关键因子及OC特异性基因MMP9（matrixmetallopeptidase9，MMP9）、CTSK（cathepsinK，CTSK）等的表达，同时可激活AMPK通路和mTOR通路并抑制OC自噬，显著减少RANKL（receptoractivatorofNF-κBligand，RANKL）诱导的OC分化和骨吸收。在Bmi1基因缺失小鼠加速衰老模型中，二甲双胍通过激活AMPK，抑制mTOR、随后抑制p53及其下游促破骨因子Stfa1（stefinA1，Stfa1）的表达，显著改善骨密度、减少OC活性并缓解氧化应激和细胞衰老[16]。鸢尾素通过激活Ampk依赖性ULK1信号通路诱导骨细胞线粒体自噬，清除受损线粒体并抑制氧化应激，从而改善老年性OP的骨丢失与微结构退化[17]。以上说明激活AMPK/mTOR信号通路促进成骨分化并抑制破骨活性，并恢复骨细胞稳态，在OP的病理进程中发挥关键作用，其靶向激活为OP治疗提供了新方向。2.2AMPK/Runx2与成骨分化

Runx2（runt-relatedtranscriptionfactor2，Runx2）是RUNX转录因子家族的重要成员，其编码的蛋白包含可与Cbfb结合形成异源二聚体的Runt结构域、兼具转录激活或抑制功能的调控区域以及C端调控区域[18]。Runx2是骨骼发育的核心调控因子，通过激活Osterix、Ⅰ型胶原等基因的表达，驱动间充质干细胞向OB定向分化[19]。GPR39（GPR39Gprotein-coupledreceptor39，GPR39）是一种孤儿G蛋白偶联受体（orphanGPCR），在MC3T3-E1中高表达，并在成骨分化过程中被诱导上调，使用GPR39激动剂TC-G1008激活显著提高了ALP（alkalinephosphatase，ALP）、OCN（osteocalcin，OCN）、Col-I（collagen-I，Col-I）的表达、ALP活性和钙沉积水平，同时促进关键转录因子Runx2的表达，进一步研究表明TC-G1008通过激活AMPK和eNOS（endothelialnitricoxidesynthase，eNOS）信号通路，增加磷酸化AMPK、eNOS活性及NO生成，进而调控Runx2的表达；抑制AMPK或eNOS可显著削弱TC-G1008的促分化与矿化作用[20]。卡格列净（canagliflozin）是钠-葡萄糖协同转运蛋白2（sodium-glucosecotransporter2,SGLT2）抑制剂，广泛用于治疗2型糖尿病（diabetesmellitustype2，T2DM），Song[21]等发现高糖环境显著抑制OB内AMPK磷酸化及Runx2表达，而卡格列净通过特异性激活AMPK-Runx2信号轴逆转该效应，证明靶向AMPK通路可有效改善糖尿病性骨病进展。因此AMPK激活可通过磷酸化修饰Runx2转录因子并增强其转录活性，进而调控下游成骨相关基因表达以促进成骨分化。2.3AMPK/Sirt1与骨稳态

Sirt1（sirtuin1，Sirt1）属于依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamideadeninedinucleotide，NAD⁺）的Ⅲ类组蛋白脱乙酰酶，它在细胞代谢、应激反应、衰老和疾病调控中发挥关键作用，是近年来生命科学和医学研究的热点[22]。Zhang等[23]研究ED-71（eldecalcitol，ED-71）对OVX诱导的骨质疏松中OB衰老及骨代谢失衡的影响发现，ED-71通过缓解ERS（endoplasmicreticulumstress，ERS）并激活SIRT1/P-AMPK通路，改善线粒体钙稳态及能量代谢，进而抑制OB衰老并降低RANKL/OPG（osteoclastogenesisinhibitoryfactor，OPG）比例，证明靶向ER-SIRT1-AMPK轴可协同调控骨形成与骨吸收。维生素K2（vitaminK2，VK2）是一种脂溶性维生素，临床上用于预防骨质疏松症和改善凝血功能，Chen等[24]发现高糖环境通过抑制AMPK磷酸化下调SIRT1表达进而触发OB铁死亡及骨形成功能障碍，证明靶向AMPK-SIRT1通路可有效改善代谢性骨病病理进程。另一项研究表明丙戊酸钠（sodiumvalproate，VPA）通过激活AMPK/SIRT1信号轴，抑制Erastin诱导的骨髓间充质干细胞（bonemesenchymalstemcells，BMSCs）铁死亡，并促进其成骨分化[25]。以上说明AMPK可与Sirt1协同调控骨稳态。2.4AMPK/Nrf2/RANKL与破骨活性

RANKL作为OC分化的必需因子，由OB、骨细胞及免疫细胞表达，通过与破骨前体细胞表面的RANK结合激活NF-κB信号通路，驱动OC生成并促进骨吸收[26]。研究发现Nrf2（nuclearfactor-erythroid2-relatedfactor，Nrf2）可通过维持抗氧化酶（Gclc/Gclm/Ho-1）表达抑制RANKL诱导的ROS累积，进而阻断ROS依赖性c-FOS（FBJmurineosteosarcomaviraloncogenehomolog，FOS）磷酸化及NFATc1活化，最终抑制OC分化[27]。Sestrin2（sesn2）属于应激响应蛋白家族Sestrins成员，具有抗氧化特性，通过调控细胞氧化还原平衡和能量代谢参与多种病理生理过程。Kim等[28]通过建立小鼠BMMs模型发现，Sesn2过表达可通过减少TRAP（tartrateresistantacidphosphatase，TRAP）阳性多核细胞数量和c-Fos和NFATc1的蛋白表达来抑制RANKL诱导的破骨分化；Sesn2敲低则显著增强破骨生成。进一步研究显示Sesn2通过激活AMPK磷酸化促进Nrf2核转位，进而上调抗氧化酶Hmox1（hemeoxygenase1，Hmox1）、Nqo1[NAD(P)Hquinonedehydrogenase1，Nqo1]等基因表达，有效抑制RANKL诱导的ROS生成。Tanaka等[29]使用AMPKα1siRNA特异性敲低RAW264.7细胞中AMPK表达，AMPK缺失显著增强RANKL诱导的TRAP阳性多核OC形成，并上调NFATc1、TRAP、Ctsk及DC-STAMP（dendriticcell-specifictransmembraneprotein，DC-STAMP）等破骨分化关键基因表达，同时激活MAPK/NF-κB信号通路。机制研究表明，AMPK缺陷导致抗氧化酶HO-1及其上游调控因子Nrf2的合成障碍，而N-乙酰-L-半胱氨酸能够完全逆转AMPK敲低引发的破骨分化增强效应，并抑制MAPK/NF-κB通路过度激活，表明AMPK通过调控Nrf2/HO-1抗氧化通路抑制氧化应激阻断MAPK/NF-κB信号通路的激活来抑制OC分化。以上说明AMPK/Nrf2信号轴通过抑制RANKL诱导的ROS依赖性MAPK/NF-κB通路激活，显著下调破骨分化关键基因表达，为干预OP提供了新的靶点。2.5AMPK/PGC-1α与骨稳态

过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（peroxisomeproliferativeactivatedreceptor-γactivationofauxiliaryfactor1Alpha,PGC-1α）是调控能量代谢与线粒体功能的核心转录共激活因子，通过激活NRF-1/2、PPARα（perixisomeproliferator-activatedreceptoralpha，PPARα）等转录因子，驱动线粒体生物合成、脂肪酸氧化及抗氧化酶表达，维持细胞能量稳态与氧化还原平衡，其活性受AMPK、SIRT1和Akt动态调控[30]。绿原酸（chlorogenicacid,CGA）是一种天然多酚类化合物，其分子结构含有一个奎宁酸核心与咖啡酸酯化基团，因此具有显著的抗氧化与抗炎活性，Gu等[31]发现CGA通过抑制RAW264.7细胞中CD36（fattyacidtranslocase，CD36）表达，显著激活AMPK的磷酸化，进而促进其下游效应分子PGC-1α的表达，形成CD36/AMPK/PGC-1α级联反应，该通路可降低ROS水平及增强抗氧化酶活性缓解氧化损伤，还可抑制NF-κB等炎症信号通路的活化，从而减少IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎因子及COX-2（cyclooxygenase-2，COX-2）、iNOS（induciblenitricoxidesynthase，iNOS）等炎症介质的释放。Sanchez-de-Diego等[32]发现低葡萄糖环境显著上调骨细胞标志基因Dmp1（dentinmatrixacidicphosphoprotein1，Dmp1）、Fgf23（fibroblastgrowthfactor，Fgf23）和Sost（sclerostin，Sost）的表达，同时促进线粒体生物合成mtDNA，OXPHOS复合体蛋白水平，并诱导线粒体网络重构为细长分支形态；进一步研究发现AMPK激活剂AICAR和SIRT1激活剂SRT2104可模拟该效应，而PGC-1α过表达直接激活Fgf23/Sost启动子区域；通过构建Col1a1-Cre介导的Ppargc1a/b条件敲除小鼠模型，证实敲除后雄性小鼠皮质骨体积减少20%、骨小梁数量减少14.3%，且原代骨细胞在低糖环境下丧失基因响应性，表明葡萄糖限制通过激活AMPK/SIRT1-PGC-1α信号轴调控骨细胞分化。因此AMPK/PGC-1α通过激活下游抗氧化和抗炎通路恢复细胞稳态，还可调控骨细胞分化。2.6AMPK其余相关通路

Wei等[33]发现白藜芦醇通过激活AMPK/JNK1（c-JunN-terminalkinase，JNK）信号通路介导Beclin-1与Bcl-2复合物解离，协同促进骨细胞自噬并抑制凋亡，最终缓解绝经后OP。Liu等[34]发现芍药苷通过抑制MEDAG（mesentericestrogen-dependentadiposegene，MEDAG）表达并激活AMPKα磷酸化，介导PPARγ/C/EBPα脂肪生成通路并协同促进成骨分化关键因子Runx2和OPG的表达，同时抑制破骨标志物NFATc1和CathepsinK的产生，最终通过MEDAG/AMPK/PPARγ轴调控骨形成增强与骨吸收抑制的双重效应，且未诱发雌激素样子宫增生副作用。Wang等[35]的研究发现柚皮苷通过协同激活AMPK/Akt双信号轴诱导β-cateninSer552磷酸化，通过非经典Wnt（wingless/integrated，Wnt）通路（不依赖配体直接激活β-catenin）增强成骨分化。Son等[36]发现BMP2通过激活AMPK显著上调FTO表达来增强AMPK磷酸化，形成正反馈环路，协同诱导轻度ERS来上调ATF4（activatingtranscriptionfactor4，ATF4）/CHOP（C/EBP-homologousprotein，CHOP），进而促进成骨关键基因Dlx5（distal-lesshomeobox5，Dlx5）和Runx2的表达及ALP活性。以上说明AMPK相关通路（JNK1、PPARγ、Akt、ERS）通过调控骨稳态，成为治疗OP的潜在靶点。3AMPK相关通路负调节骨稳态3.1AMPK/mTOR与自噬调控

虽然有大量研究证实AMPK对骨稳态有正向调控作用，但仍有一些研究显示AMPK的激活通过自噬途径负向调控骨稳态。Ran等[37]发现高剂量或长时间镉（cadmium，CD）暴露会导致TAK1-AMPK激活ULK1，同时抑制mTORC1-ULK1来诱导OB自噬性凋亡。Li等[38]发现必需氨基酸（essentialaminoacid,EAA）饥饿通过DNA损伤激活MAPK通路，诱导G2/M期细胞周期停滞，同时LKB1-AMPK通路触发自噬，但自噬无法逆转功能抑制，二者协同抑制成骨分化。Ko等[39]发现磷酸盐限制通过激活AMPK，抑制mTORC1信号，阻断Runx2阳性成骨前体细胞向Osterix阳性成熟OB分化，并减少OB分泌的Wnt10b；Wnt信号减弱解除对CXCL12（chemokineC-X-Cmotifligand12，CXCL12）丰富网状细胞的抑制，上调PPARγ/CEBPα，驱动其向脂肪细胞分化。赖氨酰氧化酶（lysyloxidase，LOX）可调节OC活性，研究发现突变体LOXG473A通过激活AMPK/mTOR通路增强自噬，驱动OC分化关键因子NFATC1、CTSK和ACP5（acidphosphatase5，ACP5）表达上调，促进TRAP+多核细胞形成及骨吸收[40]。以上说明在特定病理或营养压力下激活AMPK/mTOR通路可协同细胞周期阻滞、Wnt信号抑制及破骨活化等机制，导致成骨抑制与骨吸收增强的失衡。3.2AMPK/ULK1与OB铁蛋白自噬依赖性铁死亡

铁自噬是一种细胞内铁水平较低时的调控机制，主要通过核受体共激活因子4（nuclearreceptorcoactivator4,NCOA4）与铁蛋白重链（ferritinheavychain1,FTH1）结合，形成NCOA4-铁蛋白复合物[41]。在此过程中，ATM激酶通过磷酸化修饰增强其稳定性[42]。复合物与微管相关蛋白1轻链3B（microtubule-associatedprotein1A/1Blightchain3B,LC3B）结合后被包裹入自噬体，随后与溶酶体融合形成自噬溶酶，在酸性环境和溶酶体水解酶作用下，铁蛋白降解并释放游离铁离子供细胞利用[43]。Jing等[44]发现吸烟者股骨颈骨密度显著低于非吸烟者，使用香烟烟雾提取物（cigarettesmokeextract,CSE）腹腔注射4周可诱导大鼠BMD下降，伴随BMSCs成骨分化能力受损及OC活化。转录组分析揭示CSE处理的BMSCs中铁死亡通路显著富集，关键标志物GPx4和Slc7a11蛋白表达下调。CSE通过诱导活性氧（ROS）积累激活AMPK/mTOR/ULK1信号轴，驱动NCOA4介导的铁蛋白自噬，导致游离铁释放及脂质过氧化，最终引发BMSCs铁死亡。Pan等[45]通过构建微囊藻毒素亮氨酸精氨酸(microcystin-leucine-arginine,MC-LR)慢性暴露6个月的环境相关浓度小鼠模型，发现MC-LR在骨骼系统富集后显著破坏骨微结构，同时抑制成骨分化。机制研究发现OB通过AMPK/ULK1通路激活铁蛋白自噬，释放的游离铁引发脂质过氧化和线粒体损伤，导致铁死亡，铁死亡抑制剂Fer-1可逆转成骨功能损伤。以上说明AMPK在特定应激条件下激活时，通过AMPK/ULK1信号轴驱动铁蛋白自噬依赖性铁死亡，导致游离铁释放及脂质过氧化，进而阻碍OB分化并破坏骨稳态。3.3AMPK/BMP与成骨抑制

骨形态发生蛋白（bonemorphogeneticprotein，BMP）属于转化生长因子β（TGF-β）超家族，最初因诱导骨与软骨形成的能力被发现，BMP以同源或异源二聚体形式分泌，通过结合I型和II型跨膜受体，激活SMAD1/5/8（sma-andmad-relatedproteins，SMAD）磷酸化，与SMAD4形成复合物入核调控如Runx2、Osterix靶基因，亦可经MAPK等非经典通路传递信号[46]。Chen等[47]发现激活AMPK直接结合并上调SUMOE3（smallubiquitin-likemodifierE3ligase，SUMOE3）连接酶PIAS3（proteininhibitorofactivatedSTAT3，PIAS3）的表达，促进E3泛素连接酶Smurf1在C端K324位点的SUMO化修饰。SUMO化修饰显著增强Smurf1（SMADubiquitinationregulatoryfactor1，Smurf1）的酶活性，进而靶向降解BMPI型受体ALK2，抑制Smad1/5磷酸化及下游成骨分化信号。Fan等[48]发现小檗碱