小分子AMPK直接激动剂的研究进展综述

　　2 型糖尿病以葡萄糖和脂类的异常代谢为特征，导致骨骼肌、肝脏以及脂肪组织等部位的胰岛素抵抗和胰岛 β 细胞胰岛素分泌功能障碍，致使机体能量代谢失衡[1].目前，临床上用于治疗2 型糖尿病的药物，如双胍类（ 二甲双胍） 、磺酰脲类（ 格列美脲） 、二肽基肽酶-4（ DPP-4） 抑制剂（ 维格列汀） 、过氧化物酶体增殖物活化受体 γ（ PPARγ）激动剂（ 吡格列酮） 、α 糖苷酶抑制剂（ 阿卡波糖） 、胰高血糖素样肽-1（ GLP-1） 类似物（ 利拉鲁肽） 等虽然具有较好的降糖疗效，但常伴随有诸如低血糖、体重增加、水肿、乳酸血症、胃胀气等不良反应[2].因此，寻找新的治疗糖尿病的作用靶点，开发更安全、更有效的降糖药物就显得尤为重要。腺苷酸活化蛋白激酶（ AMPK） 在细胞及机体能量代谢平衡方面起着至关重要的作用，且有研究表明，临床上用于治疗 2 型糖尿病的一线药物，如二甲双胍等，也可以通过激活肝细胞 AMPK,从而抑制乙酰辅酶 A 羧化酶（ acetyl-CoA carboxylase,ACC） 和诱导脂肪酸氧化达到降低血糖的目的[3].因此，AMPK 作为细胞的“代谢感受器”有望成为治疗 2型糖尿病的又一个新的药物作用靶点。本文对近几年小分子 AMPK 直接激动剂的研究进展进行综述。
　　
　　1 AMPK 的结构特点与活性调节

　　1. 1 AMPK 的结构特点

　　AMPK 是一种异源三聚体蛋白，由高度保守的α、β 和 γ 3 个亚单位组成； 其中，α 亚单位起催化作用，β 和 γ 亚单位主要起调节作用[4],每个亚单位都存在 2 ~ 3 种基因所编码的异构体（ α1,α2,β1,β2,γ1,γ2,γ3） .α1 在细胞中广泛存在，而 α2在心肌、肝脏和骨骼肌中表达较高； β1 主要高表达于肝脏，而 β2 则在骨骼肌中表达较高； γ1、γ2 广泛存在于各种组织，而 γ3 仅在骨骼肌中含量较高[5].α 亚单位含有 548 个氨基酸，结构由 1 个丝氨酸/苏氨酸激酶区域（ kinase domain,KD） 、1 个自抑制区域（ autoinhibitory domain,AID） 、α-钩域（ α-hook domain） 以及 1 个 β 亚单位结合域（ β-bindingdomain） 组 成； 其 激 酶 区 域 内 的 苏 氨 酸 172（ Thr172） 结合位点及其磷酸化对 AMPK 活性的调节起着至关重要的作用[6].β 亚单位主要由 1 个糖原结合域（ glycogen binding domain,GBD） 和 α、γ亚单位结合域（ α，γ-binding domain） 组成，主要起连接 α 亚单位和 γ 亚单位的支架作用。γ 亚单位则由 1 个 β 亚单位结合域和 4 个胱硫醚-β-合成酶（ cystathionine-β-synthase,CBS） 串联重复序列组成的两个“贝特曼域”（ bateman domain） 组成； 其中，CBS4 被 ATP 完全占据，CBS1、CBS3 可以结合 1 个AMP、ADP 或 ATP,CBS2 因缺少关键的天冬氨酸残基而空缺（ 图 1）。
　　
　　1. 2 AMPK 活性的调节

　　AMPK 作为一种重要的蛋白激酶参与多种代谢过程，其活性主要受 AMP/ATP 比值调控[8]; 任何引起机体 ATP 生成减少或者消耗增加的刺激，如组织缺血、缺氧、热休克、运动等，都可以激活AMPK.其激活机制一般认为有 3 种方式： ①直接作用于 AMPK,变构激活 AMPK; ②与 AMPK 结合之后使其成为上游 AMPK 激酶（ AMPKK） 的良好底物，促进 Thr172 的磷酸化而激活 AMPK; ③降低Thr172 的去磷酸化程度[9].此外，AMPK 也可以被上游的 AMPK 激酶，如丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶B1（ serine / threonine protein kinase B1,LKB1） 、转化生长因子 β（ TGF-β） 活化激酶-1（ TGF-β-activatedkinase 1,TAK1 ） 、钙调蛋白激酶激酶 （ calmodulin-dependent protein kinasekinases,CaMKK） 直接激活，它们都是通过直接磷酸化 AMPKα 亚单位上的Thr172 而激活 AMPK（ 图 2）[10].其中，LKB1 被普遍认为是一种抑癌基因，它可以直接磷酸 化AMPKα 亚单位上的 Thr172 而激 活 AMPK[11];TAK1 被广泛认为是一种 MAPKK-7（ 促分裂原活化蛋白激酶激酶） ,其在 AMPK 活化通路中具有中枢般的调节作用[12]; CaMKK 主要存在于神经系统，其对 Thr172 的磷酸化不依赖 AMP 浓度的升高，而是通过调节细胞内钙离子的浓度而启动。另外，在静息状态下，AMPK 也可以被瘦素、抵抗素、脂联素、二甲双胍等激活[13].本文总结的 AMPK 小分子直接激动剂主要是通过对 α 亚单位 Thr172 的直接磷酸化而发挥作用。

　　2 AMPK 在葡萄糖和脂类代谢中的作用

　　2. 1 AMPK 在糖类代谢中的作用

　　葡萄糖体内稳态的平衡由肝葡萄糖的生成和周围组织对葡萄糖的摄取两方面来维持（ 图 3） .肝葡萄糖生成过量 （ hepatic glucose production,HGP） 是空腹高血糖的主要原因，且有研究表明，给予健康或胰岛素抵抗的 ob/ob 小鼠注射 AMPK激动剂 AICAR（ 1） 致使肝脏 AMPK 激活、血糖浓度降低正是通过抑制 HGP 而实现的[14].AMPK 促进周围组织对葡萄糖的摄取主要通过诱导葡萄糖转运蛋白（ GLUT） 向细胞膜转位以及磷酸化转录因子从而开启 GLUT 基因的表达来完成的[15].另外，磷酸果糖激酶（ phosphofructokinase,PFK） 是糖酵解的限速酶，AMPK 活性增加时，PFK2 活性和2,6-二磷酸的含量明显增加。体外纯化的 AMPK可磷酸化 PFK2 也进一步证明了 AMPK 在糖酵解方面的促进作用。在肝细胞实验中，活化的 AMPK不仅通过抑制6-磷酸果糖-2-激酶、L 型丙酮酸激酶等促进葡萄糖酵解，还能通过抑制果糖 1,6-二磷酸激酶抑制糖异生[16].总之，AMPK 通过调节肝葡萄糖的转化和增强周围组织对葡萄糖的摄取和利用，从而维持机体糖代谢的稳定。
　　
　　2. 2 AMPK 在脂类代谢中的作用

　　乙酰辅酶 A 羧化酶（ ACC） 和羟甲基戊二酸单酰辅酶 A 还原酶（ HMGR） 分别是脂肪酸和胆固醇合成的关键酶。ACC 是脂肪酸合成的限速酶，糖代谢生成的乙酰辅酶 A 可在 ACC 作用下合成丙二酰辅酶 A,后者又可以通过负反馈抑制肉毒碱棕榈酸转移酶-1（ CPT-1） 的活性，从而抑制线粒体的脂肪酸氧化以及酮体的生成； 而 HMGR 为胆固醇合成的限速酶，可催化羟甲基戊二酸单酰辅酶 A 生成甲羟戊酸。ACC 和 HMGR 均为 AMPK 的重要底物，活化的 AMPK 能够使两者磷酸化失活，从而分别抑制胆固醇和脂肪合成[17].此外，脂肪酸氧化是肌肉组织能量来源的重要方式，AMPK 的激活可以通过磷酸化作用抑制 ACC,减少丙二酰辅酶 A的合成，负反馈增强 CPT-1 的活性以及脂肪酸的氧化。因此，AMPK 的激活既降低了胆固醇和脂肪的合成，又增强了脂肪酸的氧化作用，表明其在脂类代谢调节方面具有重要的作用。

　　3 小分子 AMPK 直接激动剂

　　AMPK 在血糖调节方面的突出表现，使其成为寻找新型降血糖药的热门靶点。自 2005 年由Abbott 实验室通过计算机高通量筛选并进行结构优化 得 到 第 1 个 小 分 子 AMPK 直 接 激 动 剂A-769662（ 5 ） 以 来，各制药公司一直将小分子AMPK 直接激动剂作为调节血糖药物研究的重点；目前尚无小分子 AMPK 直接激动剂作为降血糖药物上市，但不断有新的药物进入临床试验（ Ⅰ/Ⅱ期临床 1 个； Ⅱ期临床 2 个） .现根据文献报道的小分子 AMPK 直接激动剂的结构类型进行综述。

　　3. 1 阿卡地新（ acadesine,AICAR）

　　化合物 AICAR（ 1） 是 1956 年从受磺胺类药物抑制的大肠杆菌中分离出来的结晶化合物[18].该化合物的 5-羟基在体内被腺苷激酶磷酸化后转化成化合物 ZMP（ 2）[19],后者于 1994 年经Sullivan 等证实具有较好的 AMPK 激动活性，且与AMPK 亲和力较之 AMP （ 3 ） 更强； 激活机制与AMP 相同，都是通过绑定 γ 亚单位上的 CBS1 或CBS3 结合位点而变构激活 AMPK[20],但不同之处在于 ZMP 激活 AMPK 过程并没有检测到明显的 AMP/ATP 比 值 的 变 化，这 使 其 成 为 研 究AMPK 的理想探针[21].啮齿动物实验研究表明，AICAR 可以激活不同组织的 AMPK,而且同时促进 GLUT 向细胞质膜的转运[22]; 临床前实验研究表明，AICAR 可以明显降低血糖浓度，提高口服糖耐量[23].截至 2015 年 1 月，该化合物正由Merck&Co. 公司进行Ⅰ / Ⅱ期临床研究。