药学学报  2014, Vol. 49 Issue (8): 1089-1096   PDF    
AMPK与肺部炎症研究进展
玄玲玲, 侯琦     
中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所, 天然药物活性物质与功能国家重点实验室, 北京 100050
摘要:腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK) 是细胞的能量调节器,在维持机体能量代谢平衡中发挥重要作用。最近研究表明,AMPK能通过调节氧化应激、抗炎等途径减轻哮喘、慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、肺部感染性疾病、肺纤维化的肺组织损伤。AMPK主要通过下游靶分子如沉默信息调节因子1(sirtuin1,SIRT1)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α,PGC-1α)、p53和FoxO转录因子3a(forkhead box O3a,FoxO3a) 等抑制肺部炎症反应。因此,AMPK及其信号通路有望成为治疗肺部炎症疾病的药理学靶点。本文就AMPK与肺部炎症疾病的关系进行综述。
关键词AMPK     炎症     氧化应激     哮喘     COPD     肺部感染性疾病     肺纤维化    
Recent advances in the study of AMPK and inflammatory pulmonary disease
XUAN Ling-ling, HOU Qi     
State Key Laboratory of Bioactive Substances and Functions of Natural Medicines, Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100050, China
Abstract: AMP-activated protein kinase (AMPK) is an important regulator of cellular energy homeostasis. Recent studies demonstrated that AMPK is a novel signaling molecule modulating inflammatory responses and oxidative stress which are involved in inflammatory pulmonary diseases, such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease (COPD), pulmonary infectious diseases and pulmonary fibrosis. AMPK attenuates inflammatory lung injury by phosphorylating its downstream targets, such as sirtuin1 (SIRT1), peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α (PGC-lα), p53 and forkhead box O3a (FoxO3a). This review summarized the relationship between AMPK and the development of inflammatory pulmonary diseases.
Key words: AMPK     inflammation     oxidative stress     asthma     COPD     pulmonary infectious diseases     pulmonary fibrosis    

腺苷酸活化蛋白激酶 (AMP-activated protein kinase,AMPK) 是一种广泛表达且高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶, 是细胞的能量调节器, 能感知细胞能量代谢状态的改变。细胞内能量缺失时, 激活AMPK, 关闭消耗ATP的合成代谢途径, 开启产生ATP的分解代谢途径, 维持机体能量代谢平衡。AMPK活性紊乱与糖尿病、肥胖、心血管疾病等代谢性疾病关系密切[1]。近年来,AMPK对炎症反应和氧化应激的调控作用受到关注。最新研究显示,AMPK在肺部炎症疾病如哮喘、慢性阻塞性肺病 (chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、肺部感染性疾病中发挥重要调节作用。因此,AMPK及其信号通路有望成为治疗哮喘和COPD等肺部炎症疾病的新药理学靶点。本文就AMPK与肺部炎症疾病的关系做一综述。

1 AMPK的分子结构与组织分布

AMPK在真核生物中广泛存在, 是由一个催化亚基α和两个调节亚基βγ构成的异源三聚体。三种亚基存在不同亚型: α亚基分子质量为63 kD, 有α1、α2两种亚型; β亚基分子质量为30 kD, 有β1、β2两种亚型; γ亚基分子质量为37~63 kD, 有γ1、γ2、γ3三种亚型。人类AMPK编码基因分布于5条染色体: α1 (5p12),α2 (1q31),β1 (12q24.1),β2 (1q21.1),γ1 (12q12-14),γ2 (7q35-36),γ3 (2q35)[1]α亚基含有一个N端激酶结构域和一个C端调节结构域, 两者大小基本相等。N端是催化核心部位,N端Thr172位点的磷酸化被作为AMPK激活的标志, 该位点突变可使AMPK激酶活性完全丧失[2]。C端负责与βγ亚基结合,C端含有一段自抑制序列,AMP水平下降时, 自抑制序列可以抑制AMPK的激活。β亚基N端可使AMPK固定在细胞膜上,N端区域之后紧跟着两个保守的结构域KIS和ASC,β亚基相当于一个支架, 可以结合αγ亚基, 使AMPK形成稳定的异源三聚体[3]。对于AMPK的三聚体结构Wong和Lodish提出一种新理论, 他们认为β亚基首先连接到α亚基C端, 所形成的复合物再连接到γ亚基, 而β亚基和γ亚基之间没有直接的结合[4]γ亚基有4个串行重复的CBS区域, 以相邻两个一组的方式组成两个Bateman 结构域, 每个Bateman能够结合一个AMP或ATP[5]。三个亚基的分子结构如图 1所示[3]

图 1 AMPK三种亚基结构示意图

AMPK各亚基的组织分布不同,α1、β1、γ1、γ2亚基广泛分布于各组织细胞; α2、β2亚基主要分布在心脏和骨骼肌; γ3亚基只在骨骼肌中高表达[6]。AMPK在不同组织中以不同亚型复合体存在, 可能与其下游靶蛋白选择有关, 也使得通过药物途径调节特定组织中AMPK活性成为可能。

2 AMPK的活性调节

目前研究显示,AMPK主要通过以下3种方式被激活。① 与AMP/ATP相关的变构调节: AMP通过连接到γ亚基变构激活AMPK, 使AMPK活性提高2~5倍。AMPK通过这种方式被激活的程度主要与组成AMPK的α亚基和γ亚基亚型有关, 由α2和 γ2组成的AMPK复合物最容易被激活, 而包含γ3亚基的AMPK复合物只能被微弱激活。AMP与AMPK的结合也使得AMPK Thr172位点不易被磷酸酶脱 磷酸化而失活[7]。研究显示, 高浓度ATP可与AMP竞争AMPK变构位点而抑制AMP对AMPK的激活。② AMPK活性自调节: AMPK复合物α亚基C端含有一段自抑制序列, 能够抑制AMPK激活。研究显示,α1亚基313~335残基形成的α螺旋以无活性形式结合在α亚基激酶结构域, 从而抑制AMPK活性。AMP结合到AMPK后,AMPK构象的变化减弱了 自抑制序列和AMPK激酶结构域之间的相互作用,从而消除了自抑制序列对AMPK活性的抑制作用和Thr172位点去磷酸化[8]。③ AMPK激酶: AMPK激 酶主要包括丝氨酸-苏氨酸激酶11 (serine/threonine kinase11,LKB1)、转化生长因子β激活蛋白激酶1 (TGF-β-activated kinase 1,TAK1) 和钙离子/钙调素依赖性蛋白激酶激酶β (calmodulin-dependent protein kinase kinase β,CaMKKβ), 三者都是通过磷酸化Thr172激活AMPK。磷酸化AMPK也可以被磷酸酶

如蛋白质磷酸酶-2A (protein phosphatase-2A,PP2A)、蛋白质磷酸酶-2Cα (protein phosphatase-2Cα,PP2Cα) 脱磷酸化而降低活性[3, 9]。虽然Thr172是AMPK被磷酸化激活的主要位点, 但αβ亚基数个位点均 可被磷酸化,AMPK α1/α2亚基Ser485/491位点的 磷酸化通过抑制AMPK激活使机体产生胰岛素抵抗现象[10]

3 AMPK的炎症调节效应 3.1 AMPK对炎性细胞的影响

AMPK对炎性细胞的影响主要体现在降低黏附分子表达, 减少炎性细胞迁移与黏附。炎性细胞迁移在机体免疫和炎症反应等过程中发挥重要作用。大多数炎性疾病都伴有炎性细胞渗出迁移到炎症部位, 并与内皮细胞黏附, 引起白细胞激活, 参与炎症反应。AMPK激活后可降低黏附分子表达, 减少炎性细胞迁移与黏附, 发挥抗炎作用。例如, 在人主动脉内皮细胞HAECs, 激活AMPK可降低细胞间黏附分子-1 (intercellular adhesion molecule 1,ICAM-1)、血管细胞黏附分子-1 (vascular cell adhesion molecule 1,VCAM-1) 表达[11]; 传统中药黄连素通过抑制线粒体呼吸链复合物1活性激活AMPK, 下调黏附分子ICAM-1, 抑制单核细胞THP-1与HUVEC之间黏附, 发挥抗炎作用[12]。在缺血再灌注动物模型中,AMPK激活剂AICAR (5-氨基-4-甲酰胺咪唑核糖核苷酸) 通过AMPK-eNOS信号通路抑制淋巴细胞黏附。Gaskin等[13]利用活体显微镜发现,AMPK激活可减少缺血/再灌注小鼠血管黏附因子表达, 减少白细胞迁移及黏附, 发挥抗炎作用。AMPK抑制黏附分子表达的作用可能与AMPK促进p300 磷酸化有关。p300是具有组蛋白乙酰化酶活性的转录辅因子。p300催化NF-κB乙酰化可增强NF-κB转录活性, 上调黏附分子表达水平。AMPK通过对p300 Ser89位点的磷酸化, 抑制p300催化活性, 下调黏附分子基因表达[14]

3.2 AMPK对炎性因子的影响

已有多篇文献报道,AMPK激活可显著减少炎性因子表达。AMPK激活剂AICAR可降低LPS诱导的大鼠腹腔巨噬细胞和小胶质细胞TNF-α、IL-1β、IL-6以及诱导型一氧化氮合酶 (iNOS) 表达, 转染AMPK的反义寡核苷酸或AMPKα2的显性负性突变体AMPKα2 (D157A) 则可明显增强炎症因子表达, 消除AICAR的抗炎效应[15]。AICAR的抗炎效应主要是通过激活AMPK, 抑制NF- κB激活, 抑制CCAAT/增强子结合蛋白 (CCAAT/ enhancer-binding protein,C/EBP)-δ表达, 阻止C/EBP核转位实现的。体内动物实验也证明,AICAR可减轻LPS诱导的小鼠急性肺损伤严重程度, 降低支气管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid,BALF) TNF-α和IL-6水平。Yi等[16]研究表明, 白藜芦醇可通过激活AMPK降低NF-κB活性及COX2、TNF-α水平。临床广泛应用的二甲双胍也通过激活AMPK抑制LPS诱导的小鼠腹腔巨噬细胞及卵白蛋白 (OVA) 诱导的哮喘小鼠BALF炎性因子表达[17, 18]。此外,AMPK活性也受炎性因子调节。研究显示, 抗炎因子IL-10、TGF-β等提高AMPK活性, 而TNF-α则导致AMPK活性下降[19]。现有研究认为,TNF-α通过与其受体TNFR结合, 上调磷酸酶PP2C活性, 使AMPK磷酸化水平下降。

3.3 AMPK调节炎症的信号通路

如上所述,AMPK的抗炎效应多伴有对转录因子NF-κB的抑制作用,AMPK主要通过下游SIRT1、FoxO3a、p53、PGC-1α等蛋白间接调节NF-κB活性, 抑制炎性因子表达。SIRT1是NAD+依赖性蛋白质脱乙酰酶,AMPK通过升高细胞内NAD+水平激活SIRT1。Yeung等[20]首先发现SIRT1可以与NF-κB RelA/p65亚基相互作用,p65乙酰化增强NF-κB复合体反式激活能力,SIRT1诱导的p65蛋白Lys310去乙酰化抑制了NF-κB的转录活性。多酚类化合物如白藜芦醇, 即通过AMPK/ SIRT1诱导的p65去乙酰化显示出抗炎活性; p53是细胞内主要的肿瘤抑制因子, 参与细胞增殖与老化, 调节细胞周期。p53与NF-κB在功能上相互拮抗,p53能抑制NF-κB介导的炎症反应[21]。与野生型小鼠比较,p53基因缺失小鼠NF-κB活性明显增加, 伴有炎性因子水平升高[22]。p53是糖酵解强效抑制剂, 糖酵解可以提高IKKβ活性, 从而激活NF-κB。AMPK磷酸化p53 Ser15、Ser20位点并增强p53活性[23], 虽然其确切的作用机制还不十分清楚, 但这些磷酸化位点与炎症反应相关; FoxO在细胞增殖、分化及氧化应激中起重要调节作用。人类有4个FoxO同源基因: FoxO1、FoxO3a、FoxO4、FoxO6。AMPK在6个调节位点 (Thr179、Ser399、Ser413、Ser355、Ser588、Ser626) 直接磷酸化FoxO3a增强FoxO3a转录活性,FoxO3a缺陷小鼠NF-κB活性明显增强, 与野生型小鼠相比Th1、Th2炎性因子分泌增加[24]。Zhou等[25]研究发现,FoxO4是一种内源性NF-κB抑制剂,FoxO4缺陷小鼠NF-κB活性显著增强, 诱发结肠炎症、损伤。哺乳动物SIRT1与FoxO4结合, 通过依赖NAD+的去乙酰化增强FoxO4的反式激活能力。这些结果显示,AMPK可以直接磷酸化FoxO也可通过SIRT1间接激活, 抑制NF-κB活性。AMPK对氧化应激性炎症的调节作用如图 2所示。

图 2 AMPK对炎症的调节
4 AMPK与肺部炎症疾病 4.1 AMPK与哮喘

哮喘是一种以可恢复的支气管阻塞, 炎性细胞浸润和气道高反应性 (airway high reactivity,AHR) 为特征的慢性呼吸道疾病。近期研究发现,AMPK通过对炎症和氧化应激的调节作用在哮喘中发挥重要保护作用。临床上广泛应用的治疗Ⅱ型糖尿病的二甲双胍通过对AMPK的激活作用显示出显著抗炎活性。例如, 二甲双胍可降低人单核细胞和支气管上皮细胞TNF-α水平[26, 27]。Park等[18]研究发现, 在OVA诱导的小鼠哮喘模型, 二甲双胍可显著缓解气道炎症、嗜酸性粒细胞浸润和气道重塑, 并且可降低哮喘小鼠肺组织氧化应激水平。比较AMPK缺陷的哮喘模型小鼠与野生型哮喘模型小鼠, 同时给予二甲双胍后,AMPK缺陷小鼠肺部嗜酸性粒细胞浸润和气道重塑都明显增强, 显示二甲双胍的作用可能部分依赖于AMPK激活。有研究报道,AMPK激活剂AICAR可通过抑制NF-κB减轻OVA联合呼吸道合胞体病毒 (poly (I∶C)) 诱导的哮喘小鼠气道炎症和气道高反应性, 可以抑制树突细胞向肺组织迁移, 从而降低炎性细胞如嗜酸性粒细胞、淋巴细胞在肺组织的浸润[28]。AMPK激活剂可以调节OVA诱导的哮喘小鼠效应性T细胞 (effector T cell,Teff) 和调节性T细胞 (regulatory T cells,Treg) 之间的平衡[29]。免疫细胞代谢影响着淋巴细胞的分化、功能。Teff利用糖酵解途径进行代谢,Treg利用脂肪酸氧化进行代谢。PI3K/Akt/mTOR信号通路的激活使葡萄糖转运蛋白 (glucose transporter 1,Glut1) 转运到细胞膜上, 促进糖酵解, 抑制脂肪酸氧化, 抑制CD4+ T细胞向Treg分化[29, 30]。AMPK可以抑制mTOR活性, 促进脂肪酸氧化, 促进Foxp3表达, 并诱导初始CD4+ T细胞向Treg细胞分化。因此,AMPK/mTOR平衡在Teff、Treg生长分化中起着重要调节作用,mTOR促进CD4+ T细胞向Teff细胞发育分化,AMPK促进CD4+ T细胞向Treg发育分化[31, 32]。在甲苯二异氰酸酯(toluene diisocyanate,TDI) 诱导的哮喘模型小鼠中,AMPK激活后可以降低哮喘小鼠肺组织缺氧诱导因子 (hypoxia-inducible factors,HIF) 和血管内皮生长因子A (vascular endothelial growth factor A,VEGFA) 表达, 降低血管通透性, 同时降低哮喘小鼠肺组织ROS水平和Th2炎性因子水平, 提高抗炎因子IL-10水平[33]。因此,AMPK可能为哮喘气道炎症和气道重塑的治疗提供新的靶点。

4.2 AMPK与COPD

COPD是一种以气道受限为特征的慢性气道炎症性疾病, 与肺部对香烟烟雾等有害气体或有害颗粒的异常炎症反应有关。COPD 是一种高发病率、高致死率的疾病, 深入了解COPD发病机制, 寻找新的、高效的药物设计靶点对于治疗COPD及缓解COPD症状具有重要意义。

近几年,AMPK对COPD的调控作用受到关注。Natanek等[34]研究显示,AMPK磷酸化水平下降与COPD患者氧化负担加重有关, 长期氧化应激能降低肺上皮细胞AMPK表达及活性。烟草成分能够下调支气管上皮细胞AMPK水平, 导致Nrf2水平下降。Nrf2是细胞内调控氧化应激反应的重要元件,AMPK激活剂AICAR通过AMPK的激活恢复Nrf2抗氧化效应。研究显示, 二甲双胍通过激活AMPK抑制mTOR, 导致SIRT1的激活[35],SIRT1在COPD疾病发生发展中都扮演着重要角色, 不仅能够调节肺部炎性因子释放, 也参与肺部自噬与老化的调节[36]。在COPD患者肺组织中SIRT1 mRNA水平和蛋白表达水平都有所下降。AMPK通过升高细胞内NAD+水 平激活SIRT1,SIRT1使下游FOXO1、FOXO3a等去乙酰化, 增强抗氧化能力。同时AMPK也可直接磷酸化激活FOXO。AMPK对香烟烟雾通过SIRT1介导的肺部自噬的调节作用还不十分清楚, 但AMPK能够调节SIRT1表达水平下降介导的自噬, 这为AMPK对COPD患者肺部过度自噬的调节作用提供了理论基础。最近研究显示,AMPK激活对炎症具有双向调节作用,Tang等[37]研究显示, 香烟凝集物处理人肺上皮细胞HBECs可使细胞内ROS水平升高, 进而导致AMPK激活及下游NF-κB和STAT3活性增加, 提高IL-8水平。综上所述,AMPK在调节COPD肺部炎症和氧化应激中都发挥重要作用, 因此, 通过药物干预AMPK活性成为治疗COPD的新靶点。

4.3 AMPK与肺部感染性疾病

严重肺部感染是急性肺损伤的常见原因, 感染的主要因素是细菌或病毒。肺部感染患者长期反复使用抗生素, 导致耐药菌不断出现。细胞因子失衡、氧化抗氧化失衡等都参与肺部感染性疾病的发生、发展。Hoogendijk等[38]采用经鼻滴入的方法建立肺炎链球菌感染肺炎小鼠模型, 发现感染小鼠肺部AMPK活性下降,p-AMPK水平降低。脂磷壁酸(lipoteichoic acid,LTA) 是革兰阳性菌特征性的膜结合聚合物, 具有较强抗原性, 可引起肺部感染。最新研究发现,AICAR可降低LTA诱导的小鼠肺泡巨噬细胞TNF-α、IL-6等炎症因子水平。体内实验也证实,C57BL/6小鼠腹腔注射给予AICAR可抑制LTA诱导的肺损伤小鼠BALF炎性细胞浸润, 降低BALF TNF-α、IL-6等炎性因子水平[39]。糖尿病患者极易并发肺结核、肺感染等肺部病变。血糖升高时, 机体免疫功能下降, 抗感染能力降低, 有利于细菌生长繁殖。同时, 高血糖为细菌生长提供了良好环境。Garnett等[40]研究显示, 二甲双胍可降低金葡菌感染瘦素受体缺陷小鼠气道细菌负荷。二甲双胍通过影响肺上皮细胞通透性抑制高糖诱导的细菌生长。加入二 甲双胍抑制剂Compound C后二甲双胍作用消失, 提示AMPK可能是通过对AMPK的激活抑制糖尿病患者气道细菌繁殖。因此, 通过药物激活AMPK有可能为肺部感染性疾病的治疗提供新的途径。

4.4 AMPK与肺纤维化

肺纤维化是各种不同病因所致肺部慢性炎症疾病的共同病理改变, 包括尘肺、过敏性肺炎、慢性阻塞性肺病、哮喘等。博来霉素诱导的急性肺损伤模型是研究肺纤维化最好的模型之一[41]。Park等[18]最新研究发现, 在博莱霉素诱导的 急性肺损伤小鼠模型中,AMPKα缺陷小鼠与野生型小鼠比较, 纤连蛋白及胶原蛋白-1表达明显上升。体外实验也证实, 在人肺成纤维细胞IMR-90细胞株,AMPK激活剂二甲双胍可抑制TGF-β诱导的纤连蛋白表达, 同时加入AMPK抑制剂Compound C后, 纤连蛋白恢复高表达水平。在采用siRNA干扰AMPK表达的人肺成纤维细胞MRC-5中也观察到同样现象。这与之前研究显示AMPK激活后可抑制TGF-β诱导的人肾小球系膜细胞IV型胶原及纤连蛋白表达结果一致[42]。上述研究提示,AMPK信号通路可能在多种慢性气道炎症相关的肺纤维化中发挥重要调节作用。

5 AMPK激活剂研究进展

体外实验和临床证据都已经证明AMPK在糖尿病、动脉粥样硬化、肺部炎症疾病中均可作为治疗靶点。近年来,AMPK激活剂的研发有了较大突破。多种广泛应用于临床的药物, 如二甲双胍、他汀类药物均被证实能通过调节AMPK活性发挥药理学作用; AICAR、WS070117通过在细胞内转化成AMP类似物激活AMPK; A-769662是雅培公司利用高通量筛选从70万个潜在AMPK激活剂中筛选出来的, 是一个高选择性AMPK激活剂。但上述化合物由于生物利用度差、非特异性作用等原因未能进入临床研究, 目前作为研究AMPK工具药。现已研发的主要AMPK激活剂总结见表 1[43, 44, 45, 46, 47, 48, 49]

表 1 AMPK激活剂研究进展
5.1 AICAR

AICAR被腺苷转运体转运进入细胞, 在细胞内被腺苷激酶磷酸化生成AMP类似物——磷酸衍生物ZMP激活AMPK[43]。但AICAR不是AMPK的特异性激活剂, 其他受AMP调节的酶如磷酸酯酶也能被AMP激活。

5.2 双胍类

如二甲双胍和苯乙双胍。研究显示二甲双胍和苯乙双胍被阳离子转运蛋白, 如有机阳离子转运蛋白1 (organic cation transporter 1,OCT1), 催化转运进入细胞, 聚集在线粒体, 通过抑制线粒体呼吸链复合物1减少ATP产生, 抑制AMP脱氨酶活性, 减少AMP清除, 增加AMP/ATP比值激活AMPK[44]。使LKB1出核转运进入细胞质, 通过磷酸化LKB1增强LKB1介导的AMPK激活。

5.3 A-769662

A-769662是可逆的AMPK激活剂, 其激活大鼠肝脏细胞AMPK的EC50为0.7 μmol·L-1。A-769662激活AMPK的机制还不十分清楚, 研究显示其可变构激活AMPK, 并且可抑制蛋白磷酸酶对p-AMPK的脱磷酸化作用[45]

5.4 噻唑烷二酮类

如罗格列酮和吡格列酮。格列酮类结合到核膜受体γ (peroxisome proliferator- activated receptor γ,PPARγ),PPARγ激活后通过增加脂联素表达激活AMPK[46]。格列酮类可引起细胞内AMP/ATP比值增加, 激活AMPK。格列酮类对AMPK激活的作用机制有待更深入的研究。

5.5 AMPK激活剂对肺部炎症的作用

近年来,AMPK激活剂AICAR、二甲双胍等用于肺部炎症疾病的治疗研究取得一定进展。如AICAR、二甲双胍均被证实能通过调节AMPK活性减少炎性细胞向肺组织迁移, 抑制炎性因子分泌, 通过抑制HIF/VEGF通路降低血管通透性从而调节气道重塑。但AMPK对于肺部炎症疾病的治疗目前多停留在理论和临床前实验结果上, 其是否在临床上可用于上述疾病的治疗尚需进一步验证。

中国传统中药活性成分白藜芦醇、槲皮素、人参皂苷、虫草素、黄连素等具有广泛的药理活性, 包括抗氧化、抗炎、抗衰老以及免疫调节等。研究表明, 这些中药提取物可能部分通过激活AMPK发挥药理学作用。其中黄连素为重要传统中药, 作用机制与双胍类相似, 都是通过抑制线粒体呼吸链复合物1, 升高AMP/ATP比值激活AMPK[50]。因此, 从传统中药寻找高效AMPK激活剂具有重要理论意义和应用前景。

6 结语与展望

综上所述,AMPK除在维持机体的能量代谢平衡中扮演重要角色外,AMPK还可通过磷酸化SIRT1、PGC-lα、p53和FoxO3a调节肺部炎症反应。AMPK激活剂与其他药物相比具有抗氧化、抗炎、延缓衰老、调节代谢平衡等多种生物学功能, 因而通过药物或其他手段激活AMPK有望成为肺部炎症疾病防治的新策略。然而,AMPK每种亚基存在2~3种亚型, 形成12种不同的AMPK复合物, 这些复合物显示出不同的属性和组织特异性。现有AMPK激活剂存在选择性差、生物利用度低等问题, 开发出能够在靶组织中激活特定AMPK复合物的高选择性高特异性药物是AMPK激活剂药物研发的主要方向。研究发现, 特异激活剂对肺部炎症疾病新的治疗药物的研发具有重要意义。

参考文献
[1] Steinberg GR, Kemp BE. AMPK in health and disease [J]. Physiol Rev, 2009, 89: 1025-1078.
[2] Stein SC, Woods A, Jones NA, et al. The regulation of AMP-activated protein kinase by phosphorylation [J]. Biochem J, 2000, 345: 437-443.
[3] Ewart MA, Kennedy S. AMPK and vasculoprotection [J]. Pharmacol Ther, 2011, 131: 242-253.
[4] Wong KA, Lodish HF. A revised model for AMP-activated protein kinase structure: the alpha-subunit binds to both the beta-and gamma-subunits although there is no direct binding between the beta-and gamma-subunits [J]. J Biol Chem, 2006, 281: 36434-36442.
[5] Sanz P. AMP-activated protein kinase: structure and regulation [J]. Curr Protein Pept Sci, 2008, 9: 478-492.
[6] Kim M, Tian R. Targeting AMPK for cardiac protection: opportunities and challenges [J]. J Mol Cell Cardiol, 2011, 51: 548-553.
[7] Riek U, Scholz R, Konarev P, et al. Structural properties of AMP-activated protein kinase: dimerization, molecular shape, and changes upon ligand binding [J]. J Biol Chem, 2008, 283: 18331-18343.
[8] Chen L, Jiao ZH, Zheng LS, et al. Structural insight into the autoinhibition mechanism of AMP-activated protein kinase [J]. Nature, 2009, 459: 1146-1149.
[9] Sid B, Verrax J, Calderon PB. Role of AMPK activation in oxidative cell damage: implications for alcohol-induced liver disease [J]. Biochem Pharmacol, 2013, 86: 200-209.
[10] Horman S, Vertommen D, Heath R, et al. Insulin antagonizes ischemia-induced Thr172 phosphorylation of AMP-activated protein kinase alpha-subunits in heart via hierarchical phosphorylation of Ser485/491 [J]. J Biol Chem, 2006, 281: 5335-5340.
[11] Ewart MA, Kohlhaas CF, Salt IP. Inhibition of tumor necrosis factor alpha-stimulated monocyte adhesion to human aortic endothelial cells by AMP-activated protein kinase [J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2008, 28: 2255-2257.
[12] Wang Y, Huang Y, Lam KS, et al. Berberine prevents hyperglycemia-induced endothelial injury and enhances vasodilatation via adenosine monophosphate-activated protein kinase and endothelial nitric oxide synthase [J]. Cardiovasc Res, 2009, 82: 484-492.
[13] Gaskin FS, Kamada K, Zuidema MY, et al. Isoform-selective 5'-AMP-activated protein kinase-dependent preconditioning mechanisms to prevent postischemic leukocyte-endothelial cell adhesive interactions [J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2011, 300: H1352-1360.
[14] Zhang Y, Qiu J, Wang X, et al. AMP-activated protein kinase suppresses endothelial cell inflammation through phosphorylation of transcriptional coactivator p300 [J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2011, 31: 2897-2908.
[15] Giri S, Nath N, Smith B, et al. 5-Aminoimidazole-4-carboxamide-1-beta-4-ribofuranoside inhibits proinflammatory response in glial cells: a possible role of AMP-activated protein kinase [J]. J Neurosci, 2004, 24: 479-487.
[16] Yi CO, Jeon BT, Shin HJ, et al. Resveratrol activates AMPK and suppresses LPS-induced NF-kappaB-dependent COX-2 activation in RAW 264.7 macrophage cells [J]. Anat Cell Biol, 2011, 44: 194-203.
[17] Tsoyi K, Jang HJ, Nizamutdinova IT, et al. Metformin inhibits HMGB1 release in LPS-treated RAW 264.7 cells and increases survival rate of endotoxaemic mice [J]. Br J Pharmacol, 2011, 162: 1498-1508.
[18] Park CS, Bang BR, Kwon HS, et al. Metformin reduces airway inflammation and remodeling via activation of AMP-activated protein kinase [J]. Biochem Pharmacol, 2012, 84: 1660-1670.
[19] Viollet B, Horman S, Leclerc J, et al. AMPK inhibition in health and disease [J]. Crit Rev Biochem Mol Biol, 2010, 45: 276-295.
[20] Yeung F, Hoberg JE, Ramsey CS, et al. Modulation of NF-kappaB-dependent transcription and cell survival by the SIRT1 deacetylase [J]. EMBO J, 2004, 23: 2369-2380.
[21] Ak P, Levine AJ. p53 and NF-kappaB: different strategies for responding to stress lead to a functional antagonism [J]. FASEB J, 2010, 24: 3643-3652.
[22] Komarova EA, Krivokrysenko V, Wang K, et al. p53 is a suppressor of inflammatory response in mice [J]. FASEB J, 2005, 19: 1030-1032.
[23] Maclaine NJ, Hupp TR. The regulation of p53 by phosphorylation: a model for how distinct signals integrate into the p53 pathway [J]. Aging (Albany NY), 2009, 1: 490-502.
[24] Lin L, Hron JD, Peng SL. Regulation of NF-kappaB, Th activation, and autoinflammation by the forkhead transcription factor Foxo3a [J]. Immunity, 2004, 21: 203-213.
[25] Zhou W, Cao Q, Peng Y, et al. FoxO4 inhibits NF-kappaB and protects mice against colonic injury and inflammation [J]. Gastroenterology, 2009, 137: 1403-1414.
[26] Arai M, Uchiba M, Komura H, et al. Metformin, an antidiabetic agent, suppresses the production of tumor necrosis factor and tissue factor by inhibiting early growth response factor-1 expression in human monocytes in vitro [J]. J Pharmacol Exp Ther, 2010, 334: 206-213.
[27] Myerburg MM, King JD Jr, Oyster NM, et al. AMPK ago-nists ameliorate sodium and fluid transport and inflammation in cystic fibrosis airway epithelial cells [J]. Am J Respir Cell Mol Biol, 2010, 42: 676-684.
[28] Kim TB, Kim SY, Moon KA, et al. Five-aminoimidazole-4-carboxamide-1-beta-4-ribofuranoside attenuates poly (I:C)-induced airway inflammation in a murine model of asthma [J]. Clin Exp Allergy, 2007, 37: 1709-1719.
[29] Michalek RD, Gerriets VA, Jacobs SR, et al. Cutting edge: distinct glycolytic and lipid oxidative metabolic programs are essential for effector and regulatory CD4+ T cell subsets [J]. J Immunol, 2011, 186: 3299-3303.
[30] Michalek RD, Gerriets VA, Nichols AG, et al. Estrogen-related receptor-alpha is a metabolic regulator of effector T-cell activation and differentiation [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108: 18348-18353.
[31] Spies CM, Straub RH, Buttgereit F. Energy metabolism and rheumatic diseases: from cell to organism [J]. Arthritis Res Ther, 2012, 14: 216.
[32] Hardie DG. AMP-activated protein kinase: an energy sensor that regulates all aspects of cell function [J]. Genes Dev, 2011, 25: 1895-1908.
[33] Park SJ, Lee KS, Kim SR, et al. AMPK activation reduces vascular permeability and airway inflammation by regulating HIF/VEGFA pathway in a murine model of toluene diisocyanate-induced asthma [J]. Inflamm Res, 2012, 61: 1069-1083.
[34] Natanek SA, Gosker HR, Slot IG, et al. Pathways associated with reduced quadriceps oxidative fibres and endurance in COPD [J]. Eur Respir J, 2013, 41: 1275-1283.
[35] Dowling RJ, Zakikhani M, Fantus IG, et al. Metformin inhibits mammalian target of rapamycin-dependent translation initiation in breast cancer cells [J]. Cancer Res, 2007, 67: 10804-10812.
[36] Shi J, Meng AM, Hou Q. Sirtuin1 and lung disease [J]. Acta Pharm Sin (药学学报), 2012, 47: 417-420.
[37] Tang GJ, Wang HY, Wang JY, et al. Novel role of AMP-activated protein kinase signaling in cigarette smoke in-duction of IL-8 in human lung epithelial cells and lung in-flammation in mice [J]. Free Radic Biol Med, 2011, 50: 1492-1502.
[38] Hoogendijk AJ, Diks SH, van der Poll T, et al. Kinase activity profiling of pneumococcal pneumonia [J]. PLoS One, 2011, 6: e18519.
[39] Hoogendijk AJ, Pinhancos SS, van der Poll T, et al. AMP-activated protein kinase activation by 5-aminoimidazole-4-carbox-amide-1-beta-D-ribofuranoside (AICAR) reduces lipoteichoic acid-induced lung inflammation [J]. J Biol Chem, 2013, 288: 7047-7052.
[40] Garnett JP, Baker EH, Naik S, et al. Metformin reduces airway glucose permeability and hyperglycaemia-induced Staphylococcus aureus load independently of effects on blood glucose [J]. Thorax, 2013, 68: 835-845.
[41] Mouratis MA, Aidinis V. Modeling pulmonary fibrosis with bleomycin [J]. Curr Opin Pulm Med, 2011, 17: 355-361.
[42] Mishra R, Cool BL, Laderoute KR, et al. AMP-activated protein kinase inhibits transforming growth factor-beta-induced Smad3-dependent transcription and myofibroblast transdifferentiation [J]. J Biol Chem, 2008, 283: 10461-10469.
[43] Witczak CA, Sharoff CG, Goodyear LJ. AMP-activated protein kinase in skeletal muscle: from structure and localization to its role as a master regulator of cellular metabolism [J]. Cell Mol Life Sci, 2008, 65: 3737-3755.
[44] Ouyang J, Parakhia RA, Ochs RS. Metformin activates AMP kinase through inhibition of AMP deaminase [J]. J Biol Chem, 2011, 286: 1-11.
[45] Goransson O, McBride A, Hawley SA, et al. Mechanism of action of A-769662, a valuable tool for activation of AMP-activated protein kinase [J]. J Biol Chem, 2007, 282: 32549-32560.
[46] Guo Z, Xia Z, Yuen VG, et al. Cardiac expression of adiponectin and its receptors in streptozotocin-induced diabetic rats [J]. Metabolism, 2007, 56: 1363-1371.
[47] Lessard SJ, Chen ZP, Watt MJ, et al. Chronic rosiglitazone treatment restores AMPKalpha2 activity in insulin-resistant rat skeletal muscle [J]. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2006, 290: E251-257.
[48] Dasgupta B, Milbrandt J. Resveratrol stimulates AMP kinase activity in neurons [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104: 7217-7222.
[49] Guo P, Lian ZQ, Sheng LH, et al. The adenosine derivative 2', 3', 5'-tri-O-acetyl-N6-(3-hydroxylaniline) adenosine activates AMPK and regulates lipid metabolism in vitro and in vivo [J]. Life Sci, 2012, 90: 1-7.
[50] Yin J, Gao Z, Liu D, et al. Berberine improves glucose metabolism through induction of glycolysis [J]. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2008, 294: E148-156.