30年了!治疗癌症、抗衰老……AMPK激动剂究竟能行吗?
AMPK，全称为AMP-activated protein kinase，即AMP激活卵白激酶，是体内能量稳态的重要调理因子。1988年, 颁发在European Journal of Biochemistry上的一篇论文初次正式定名了AMPK。以后的30年里，科学家们得到了很多关于其布局、调理和心理感化的首要发明，而且对将该酶作为药物靶点的乐趣不竭爬升。
大量证据表白，热量限定、活动、激素（如瘦素和脂联素）和很多被用于传统草药的自然产品可以或许激活AMPK。别的，钻研发明，世界上利用最遍及的药物二甲双胍和水杨酸（阿司匹林和双水杨酯的活性成份）也可以或许激活AMPK，表白它们的药效可能也与调理AMPK有关。前几年被核准用于医治2型糖尿病的SGLT2按捺剂卡格列净也被证实以雷同二甲双胍的方法间接激活AMPK。
不外，开辟直接激活AMPK并能阐扬医治感化的药物一向是个挑战。近来，已有一些小份子被发明可以或许直接激活AMPK，不少团队正在查询拜访这种AMPK冲动剂的临床前和临床疗效，少数化合物已进入临床实验阶段。
必要指出的是，虽然已获得这些希望，但AMPK冲动剂事实最合适医治哪一种疾病，和有哪些潜伏的副感化仍在钻研中。
3月13日，来自加拿大麦克马斯特大学和英国帝国理工学院的两位科学家在Nature Reviews Drug Discovery上颁发了一篇深度综述。文章具体评估了靶向AMPK在多种疾病范畴的医治潜力，包含代谢疾病、癌症、神经肌肉疾病、慢性肾病、痛苦悲伤和朽迈，并凸起了这种新药研发的关头挑战。
AMPK的布局
哺乳动物的AMPK是由3个亚基构成的异源三聚体复合物，详细包含：1）由PRKAA（protein kinase AMP-activated-α）编码的α催化亚基；2）由PRKAB编码的β调理亚基；3）由PRKAG编码的γ调理亚基。此中，α亚基和β亚基都具备两种亚型（α一、α2；β一、β2），而γ亚基具备3种亚型（γ一、γ二、γ3），这使得三种亚基可以搭配出12种可能的αβγ AMPK复合物。分歧亚型之间一个较着的区分是相对于的组织散布。别的，分歧物种（如人和小鼠）之间AMPK亚型的表达可能存在显著差别。在啮齿动物肝脏中，α1和α2表达程度类似，β1和γ1是重要表达的调理亚基亚型，也就是说，啮齿动物肝脏表达重要α1β1γ1和α2β1γ1复合物的夹杂物。但是，在人类肝脏中，α1是重要表达的催化亚型，α1β2γ1是重要表达的AMPK复合物。一样，γ2亚型在人类心脏中高表达，但在啮齿动物心脏中，γ1彷佛才是重要表达的γ亚基。领会这些差别对付AMPK冲动剂的研发具备首要意义。
AMPK的活性调理
AMPK的活性受多种激素和代谢旌旗灯号的严酷调控，触及很多分歧的机制（图1）。当活细胞内的直接能量来历——ATP降低时，细胞内的AMP和ADP程度会升高，从而致使AMPK被激活。科学家们对腺嘌呤核苷酸（AMP、ADP和ATP）调控AMPK已告竣共鸣。连系AMP可以使AMPK激活10倍，而AMP和ADP可增长Thr172（AMPK α亚基172位苏氨酸）的磷酸化（Thr172被磷酸化后，AMPK被激活）。不外，这类调理受AMP或ADP/ATP比值（AMP/ADP:ATP ratio）的影响。
构成AMPK的亚基亚型也影响着腺嘌呤核甘酸对AMPK的调理，特别是γ亚基的亚型。γ亚基分歧亚型同享着高度守旧的羧基结尾区域，该区域具备4个百家樂補牌,约60个氨基酸巨细的胱硫醚-β-合酶（cystathionine-β-synthase，CBS）。包括全长γ1亚基的AMPK调理焦点的晶体布局显示，4个CBS域中有3个可连系核甘酸。CBS2不与核苷酸连系；CBS4位点寄义一个在心理前提下永恒连系的AMP份子；CBS1和CBS3这两个位点以可互换的方法连系腺嘌呤核苷酸。
AMPK还可以或许被细胞内钙离子的增长激活，这是由钙/钙调卵白依靠性卵白激酶激酶2（CAMKK2）介导的。由钙介导的AMPK激活彷佛在调理某些组织中AMPK对激素的相应方面起偏重要感化。
AMPK的心理功效
AMPK的激活会致使分歧代谢路子中跨越100种卵白质的磷酸化（图2）。而此中大量关头代谢卵白的磷酸化影响了脂质、胆固醇、碳水化合物和氨基酸的代谢和线粒体功效、自噬和细胞发展。
调理脂质代谢
AMPK通过量种底物的磷酸化来低落脂质贮存，同时按捺脂肪酸和胆固醇合成。有钻研发明，AMPK可在体外和小鼠肝脏中经由过程Ser872的磷酸化按捺HMGR（HMG-CoA reductase，羟甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶）和胆固醇的合成，从而低落血清和肝脏胆固醇。
线粒体功效调理
AMPK还可经由过程调理线粒体功效间接节制脂肪酸氧化速度，而这与一种被称为A激酶锚定卵白1（A kinase anchor protein 1，AKAP1）的份子紧密亲密相干。
别的，不少钻研得到了1个一致的发明，即AMPK的激活增长了线粒体的含量。线粒体含量的这类变革多是因为线粒体的合成（生物产生）和/或降解产生了扭转，而AMPK彷佛在这两个方面都阐扬了调理感化。AMPK可通过量种互补路子促成线粒体生物产生，如上调转录共激活过氧物酶体PGC1α（proliferator-activated receptor-γ co-activator 1α）。
碳水化合物代谢调理
除经由过程调理脂肪酸代谢间接影响碳水化合物的操纵，AMPK还通过量种机制直接调理节制碳水化合物代谢的通路。
钻研显示，在啮齿动物骨骼肌中，AMPK α2β2γ3异源三聚体的激活经由过程加强葡萄糖转运体4（GLUT4）的易位增长了葡萄糖摄入。而一旦葡萄糖进入细胞，就会敏捷转化为葡萄糖-6-磷酸(G6P)，然后按照能量需求，G6P会直接进入糖酵解或糖原合成。在一些细胞中，AMPK的激活经由过程磷酸化和激活6-磷酸果糖-2激酶(PFK2)刺激了糖酵解。
别的，操纵非特异性AMPK激活剂的初期钻研表白，AMPK可按捺关头的葡萄糖异生基因，如那些编码磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）的基因。这两种基因都已被证实在代谢混乱中致使了肝脏葡萄糖的发生异样。
AMP的药理学激活
很多间接（表1，见文末）或直接（表2，见文末）增长AMPK活性的药理学化合物已被开辟出来，且不少化合物的感化模式已被说明，少量化合物也已被核准利用或正在举行临床实验。
AMPK间接冲动剂
AMPK是相应AMP和ADP程度的升高而被激活的，这也支撑了间接激活AMPK的大量化合物的感化机制(图1)。本色上，任何致使AMP/ADP:ATP比值升高的处置城市致使AMPK的激活。是以，很多激活细胞内AMPK的化合物是经由过程按捺线粒体电子通报链或致使线粒体解偶联来激活AMPK的。这其实不奇异，由于这两种法子均可能低落线粒体ATP合成。
举例来讲，二甲双胍（表1）可按捺线粒体中的复合物I，致使线粒体呼吸和ATP发生降低，被证实激活了AMPK。为了促成肝脏外AMPK的活化，一些钻研小组已起头开辟雷同于二甲双胍的复合物I按捺剂，如R419（表1）。
一些来历于植物的自然产品也可经由过程按捺线粒体呼吸间接激活AMPK，如黄连素、槲皮素、多酚白藜芦醇（表1）。此中，白藜芦醇被钻研地最为遍及，它通过量种机制激活AMPK，包含按捺线粒体功效和磷酸二酯，和激活SIRT1。
AMPK间接冲动剂还包含PT-1（经由过程按捺线粒体呼吸链激活AMPK）、卡格列净（经由过程按捺复合物I激活AMPK）、dinitrophenol（经由过程增长AMP/ADP:ATP比值激活AMPK）。必要指出的是，因为这些化合物是间接激活AMPK，是以，它们的一些感化可能不是由AMPK介导的。
AMPK直接冲动剂
开辟AMPK直接冲动剂最初重要聚焦在寻觅可以或许摹拟核苷依靠激活的化合物，虽然那时AMPK上核苷酸连系位点的特征还不清晰。首个被发明的AMPK直接冲动剂为5-氨基咪唑-4-羧酰胺核糖核苷酸（也称为ZMP），该化合物是具备细胞浸透性的前体AICAR（AMPK activator 5-aminoimidazole-4-carboxamide Ribonucleoside）的单磷酸盐衍生物（表2）。
近来，经由过程对AMP摹拟物的挑选，有团队判定出了强变构AMPK冲动剂5-(5-hydroxyl-isoxazol-3-yl)-furan-2-phosphonicacid（简称C2）和2-(2-(4-(trifluoromethyl)phenylamino)thiazol-4-yl)acetic acid。别的，也有科学家开辟出了摹拟ADP感化的份子，如O304。
直接激活AMPK的大大都化合物（如A-76966二、PF24九、PF0640957七、PF73九、SC4，表2）连系在一个由α和β亚基互相感化构成的特别口袋上，这个口袋被称为变构药物和代谢物（allosteric drug and metabolite ,ADaM）位点。连系在ADaM位点上的配体可激活AMPK，避免其去磷酸化。迄今为止被判定出的所有ADaM位点冲动剂都与包括β1亚基的AMPK复合物连系的更慎密（比拟包括β2亚基的AMPK复合物）。
AMPK的两重激活
AMPK可以被与连系酶内分歧位点的配体激活这一究竟为用两重处置激活AMPK供给了理论根本。有钻研显示，当AMP结合salicylate（表2） 或A769662使历时，发生了协同激活AMPK的感化。一些其它钻研经由过程利用分歧的AMPK冲动剂证了然两重激活AMPK的可能性。
靶向AMPK的医治利用
AMPK在调理多种细胞进程中的感化揭露了AMPK激活疗法医治多种分歧疾病的潜力(图3)。
代谢疾病
肥胖和2型糖尿病的风行促令人们必要开辟新的医治法子，以低落它们的病发率和相干的并发症，包含非酒精性脂肪肝（NAFLD）、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)和血汗管疾病（CVD）。正如前文所说，大量钻研表白，AMPK的激活会促成脂肪酸氧化、线粒体功效、自噬和骨骼肌葡萄糖摄入，同时按捺炎症、脂肪酸和胆固醇合成，这为靶向AMPK医治代谢疾病供给了强有力的理论根据。
肥胖
低落热量摄取和增长能量损耗都受AMPK的调理。经由过程结合这两种路子来削减肥胖是有用医治心脏代谢疾病多个方面的手腕之一。有钻研表白，下丘脑AMPK相应饥饿素或低血糖被激活后，可刺激食欲；而相应瘦素和胰岛素活性低落后，按捺了食欲。
别的，除按捺食欲，下丘脑AMPK活性的低落也可能经由过程增长能量损耗来促成减肥。跟着近来愈来愈多特异性AMPK按捺剂被发明，如SBI-0206965，钻研将AMPK按捺剂递送到中枢神经体系是不是可能按捺食欲和促成减肥将是一件有趣的事变。别的，评估脂肪组织中AMPK的激活与食欲按捺疗法（如GLP1受体冲动剂）相连系是不是可以或许对减肥和医治肥胖发生协同感化也将颇有意思。
NAFLD、NASH
NAFLD被界说为肝脂肪聚积(占肝重量5%)。今朝能有用医治NAFLD和NASH的药物有限。
有钻研显示，在啮齿类动物模子中，操纵A-769662激活肝脏AMPK可削减NAFLD（因为消融度差、生物操纵度有限和效能一般，A-769662只能局限于临床前钻研）。以后也有多项钻研表白，经由过程基因工程手腕或药理学手腕激活AMPK可削减NAFLD、肝脏胰岛素抵当和炎症和肝纤维化的标记物。
不外，虽然大量AMPK冲动剂在NAFLD小鼠模子中表示出了踊跃的感化，但开辟医治人类NAFLD的AMPK直接冲动剂有一个关头的挑战：小鼠肝脏中重要表达的β亚基的亚型与人类肝脏分歧，前者是β1，后者是β2。
CVD
大大都心脏发病作和中风是由血栓和动脉粥样硬化斑块构成致使的，而这两个身分又与受AMPK调理的低密度脂卵白胆固醇(LDL-C)和慢性低度炎症的升高有关。钻研表白，削减动脉粥样硬化斑块内的脂质负荷和炎症性巨噬细胞多是削减血汗管事务的首要计谋。
除LDL-C和炎症升高外，CVD的一个首要伤害身分是高血压。大量钻研表白，AICAR可以低落啮齿类动物和人类的血压；一些钻研证实，PF-06409577和O304也能阐扬不异的感化。O304用于医治2型糖尿病患者的一项IIa期临床钻研显示，AMPK冲动剂具备抗高血压感化，这阐明，降血压多是AMPK激活削减血汗管事务的一个首要机制。
小结
正如上文所述，AMPK的药理激活对心脏代谢疾病的很多方面都有踊跃的感化，包含高血糖、高血脂、NAFLD、胰岛素抵当、高血压和慢性低度炎症。这些效应多是经由过程同时调制多个分歧组织中（包含脂肪组织、肝脏、巨噬细胞等免疫细胞、骨骼肌、心肌和肾脏）的多个份子靶点介导的。
癌症
癌症按捺因子和致癌基因（如PTEN、LKB一、mTOR、p5三、RAS 和 MYC）的突变凡是与AMPK活性低落有关。相反，AMPK表达和活性的增长与人类多种肿瘤类型的存活率提高有关，这表白AMPK在癌症中可能阐扬首要感化。钻研表白，缺少AMPK的肿瘤的一个显著特性是乙酰辅酶A羧化酶（ACC）磷酸化的削减和复活脂肪天生速率的增长。AMPK间接冲动剂（二甲双胍、苯乙双胍或卡格列净）和直接冲动剂（水杨酸、MT 63–7八、991，见表2）引诱的对复活脂肪天生的按捺与多种肿瘤类型的增殖降低紧密亲密相干。
AMPK还可能经由过程直接和间接调理很多其它对调理细胞发展和增殖相当首要的首要路子来阐扬抗肿瘤活性。举例来讲，有钻研表白，细胞发展可经由过程Hedgehog和Hippo通路的AMPK按捺而进一步遭到限定。
不外，靶向AMPK来抗癌其实不简略。在某些环境下，增长或连结细胞AMPK活性多是不成取的。好比，有钻研发明，台中借錢,在KRAS和p53肺肿瘤中，AMPK的缺少低落了肿瘤负荷。另有证据表白，用AMPK直接冲动剂（A769662）处置肿瘤细胞促成了细胞在低氧前提下增殖。是以，调控AMPK来医治癌症仍需被进一步钻研。
新顺应症
神经肌肉疾病
AMPK对肌肉功效有多方面的影响，这对神经肌肉疾病的医治多是有利的。钻研表白，缺少AMPK的小鼠的肌肉会敏捷委靡，而AMPK的慢性激活促成了慢肌纤维的发育，这类纤维对改良杜氏肌养分不良小鼠模子的肌肉功效很首要。别的，用AMPK冲动剂医治小鼠和人类被证实增长了肌肉的血液灌注，这也可能有助于改良肌肉功效。将来，钻研肌肉特异性AMPK冲动剂在杜氏肌养分不良等肌病小鼠模子中的感化将具备首要意义。
肾脏疾病
慢性高血压、肥胖和2型糖尿病加快了慢性肾病的成长和常染色体显性遗传性多囊肾病向终末期肾发病展。钻研显示，二甲双胍引诱的AMPK激活可改良肾功效。别的，有证据表白，AMPK的激活可能可以或许经由过程按捺mTOR削减糖尿病肾病的成长。
慢性痛苦悲伤
很多钻研表白，AMPK的激活可能会按捺促成神经勾当的通路，而这些神经勾当与病理性痛苦悲伤旌旗灯号有关。有钻研发明，在临床前模子中，AMPK的激活能低落痛觉感觉器的愉快性。固然AMPK在痛觉中简直切感化今朝还不清晰，但它为医治慢性痛苦悲伤供给了一个潜伏的有吸引力的靶点。
朽迈
科学家们晓得AMPK活性会跟着人类和啮齿动物组织朽迈而削弱已有多年；但是，产生这类征象的机制尚不清晰。近来的钻研表白，DNA依靠卵白激酶（DNA-PK，该酶的活性会相应DNA双链断裂而增长；而DNA双链断裂会跟着朽迈增长）经由过程按捺Thr172磷酸化按捺了AMPK活性。很多激活AMPK的疗法，如耐力活动、热量限定、白藜芦醇和二甲双胍，也能延长命命。
钻研表白，靶向AMPK会对朽迈发生影响可能与调理了线粒体交融和自噬有关，由于朽迈凡是与庞大的、出缺陷的线粒体的堆集有关。别的，也有证据显示，激活AMPK可能有益于衰总是由于这类激活按捺了多种炎症通路，而这些通路可能介入了线粒体含量的节制。有团队发明，二甲双胍可以增长多种组织的AMPK和线粒体功效，而这类感化与小鼠氧化毁伤、慢性低度炎症低落和寿命（包含康健寿命）改良有关。AMPK冲动剂槲皮素与达沙替尼结合使历时，也被证实在啮齿动物中具备抗朽迈感化。不外，这些在动物模子中察看到的好处可否在人类中得以复制另有待肯定。
总结
激活AMPK对多种慢性疾病的预防和医治有利这一假说获得了大量证据的支撑。一些AMPK冲动剂也已进入临床开辟阶段。但是，靶向AMPK仍有一些首要的平安问题必要细心斟酌和查询拜访，好比激活AMPK可能会促成心肌肥厚或癌细胞在低氧前提下存活。为了防止这种问题，可以测验考试开辟针对特定组织（如肝脏、肌肉等）的AMPK冲动剂。另外一个必要重点斟酌的问题是，激活AMPK的小份子药物的最好药物动力学和药效学。
与开辟其它类型的药物不异，终极，肯定AMPK冲动剂持久平安性和有用性的独一法子将是举行更遍及的临床实验。直到这些实验完成，AMPK是不是多种疾病药物的有用靶点这一多年未解之谜的谜底才会真正浮出水面。
表1 AMPK间接冲动剂
表2 AMPK直接冲动剂
相干论文：
Michael R. MUNDAY et al. Identification by amino acid sequencing of three major regulatory phosphorylation sites on ratacetyl-CoA carboxylase. European Journal of Biochemistry(1988).
Gregory R. Steinberg et al.AMP-activated protein kinase: the current landscape for drug development.Nature Reviews Drug Discovery (2019).
参考资料：
1# The FEBS Journal
2# Cell Chem. Biol. | 组织特异性的AMPK小份子激活剂感化机制的发明
3# AMPK
肉丸机,
揭阳防水,
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