AMPK被誉为细胞内的“能量卫士”,在人体能量代谢中扮演“总开关”的角色。当能量不足时,AMPK会被激活,帮助细胞恢复能量平衡。研究显示,AMPK的活性调节涉及多种分子机制与生理调节,影响的不仅仅是肥胖与炎症,还涵盖衰老、糖尿病、癌症等多种疾病。因此,基于AMPK在生理与病理过程中的核心作用,它正逐渐成为生物医疗研究的重要靶点。
AMPK,全名为AMP-活化蛋白激酶,是在生物体内广泛存在的一种异源三聚体,在能量代谢的调节中发挥关键作用。AMPK由α、β、γ三个亚基构成。α-亚基的N末端有激酶结构域,后面接有自身抑制结构域(AID)和延伸的“链接肽”,将其连接到α-亚基的羧基末端结构域。β-亚基含有碳水化合物结合模块,可能与AMPK的靶点结合有关,β-亚基的C-末端结构域与α-CTD和γ-亚基相互作用,形成复合物的核心结构。γ-亚基则包含四个串联重复的CBS,提供多个潜在的配体结合位点。
AMPK主要通过上游激酶CAMKK2和LKB1进行激活。CAMKK2是一种钙依赖性蛋白激酶,可以被细胞内的钙激活,而LKB1是涉及基本细胞活动的关键肿瘤抑制因子。氧气应激、葡萄糖饥饿、运动以及线粒体毒物等都能引发AMPK的激活。当AMPK被激活后,会重新调节代谢,减少合成代谢,增加分解代谢,以恢复更有利的能量平衡。
AMPK的激活会通过结合AMP和ADP重新定义代谢进程,调节蛋白质代谢、脂质代谢、葡萄糖代谢等。具体而言,AMPK激活促进肝脏的脂肪酸氧化和酮体生成,刺激骨骼肌的脂肪酸氧化和葡萄糖摄取,同时抑制胆固醇合成和脂肪生成。此外,AMPK还在调节胰腺β细胞胰岛素分泌方面发挥重要作用。研究表明,AMPK不仅调节代谢,还影响细胞自噬、线粒体和溶酶体稳态,以及DNA修复和免疫反应。
AMPK通过不同的磷酸化途径来维持细胞稳态。其直接靶点种类繁多,涉及脂质和碳水化合物代谢、线粒体功能、自噬与细胞增殖等领域。然而,由于AMPK异源三聚体在进化过程中出现的基因组复制多样性,其亚基组合在哺乳动物中多达12种。不同的亚型可能具有不同的定位与下游靶点,这对靶向AMPK新药的开发带来了挑战。
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