AICAR作為AMPK激動(dòng)劑的作用機(jī)理及在細(xì)胞代謝等科研中的應(yīng)用

AICAR 是一種AMP活化蛋白激酶（AMPK）的激動(dòng)劑。AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）在細(xì)胞代謝、炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)、以及疾病機(jī)制研究等多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。此外，AICAR 也是一種細(xì)胞自噬、線粒體自噬和YAP的抑制劑。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細(xì)胞因子、人源單抗、天然產(chǎn)物、熒光染料、多肽、靶點(diǎn)蛋白、化合物庫(kù)、抗生素等科研試劑，全球大量文獻(xiàn)專(zhuān)利引用。

一、AICAR（AICA Riboside）的作用機(jī)理

AMPK 是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵激酶，由 α、β、γ 三個(gè)亞基組成。當(dāng)細(xì)胞處于能量應(yīng)激狀態(tài)，如缺氧、低糖、缺血等，細(xì)胞內(nèi) AMP/ATP 或 ADP/ATP 比值升高，AMPK 被激活。AICAR雖不能直接改變細(xì)胞內(nèi) ATP、ADP 和 AMP 水平，但AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）被細(xì)胞攝取后經(jīng)一系列磷酸化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸（ZMP），ZMP結(jié)構(gòu)與AMP高度相似，能結(jié)合于 AMPK 的 γ 亞基，誘導(dǎo) AMPK 構(gòu)象改變，促進(jìn) α 亞基 Thr172 位點(diǎn)磷酸化，從而激活 AMPK。激活后的 AMPK 通過(guò)磷酸化下游眾多靶蛋白，如乙酰輔酶 A 羧化酶（ACC）、雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物 1（mTORC1）等，調(diào)控細(xì)胞代謝、生長(zhǎng)、自噬等過(guò)程。除激活 AMPK 經(jīng)典途徑外，研究發(fā)現(xiàn) AICAR還具有其它功能。例如發(fā)現(xiàn)AICAR（0.5 mM）處理營(yíng)養(yǎng)充足的成纖維細(xì)胞時(shí)可增加 LC3-II 積累，提示AICAR具有調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬的能力^[1]。AICAR還對(duì)YAP蛋白表現(xiàn)出抑制活性，AICAR 可以誘導(dǎo)YAP磷酸化并滯留于細(xì)胞質(zhì)^[2]。

二、AICAR（Acadesine）的科研應(yīng)用
1. AICAR（AICA Riboside）用于細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)

在細(xì)胞能量代謝研究中，AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）應(yīng)用廣泛。AICAR 可激活骨骼肌細(xì)胞中的AMPK，促進(jìn)非胰島素依賴的葡萄糖攝取與轉(zhuǎn)運(yùn)^[3][4]，增強(qiáng)葡萄糖氧化代謝和脂肪酸氧化，抑制脂肪酸合成，提高細(xì)胞能量供應(yīng)效率。AICAR（AICA Riboside）還能通過(guò)上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 4（GLUT4）的表達(dá)并促進(jìn)其向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位，增加細(xì)胞對(duì)葡萄糖攝取^[5]；同時(shí)激活肉堿/有機(jī)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)體 2（OCTN2），促進(jìn)脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線粒體進(jìn)行β-氧化^[6]。AICAR 可抑制肝細(xì)胞的糖異生關(guān)鍵酶，如磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）和果糖- 1,6 -二磷酸酶（FBP1）表達(dá)與活性，減少葡萄糖生成，維持血糖穩(wěn)態(tài)^[4]。AICAR還可激活脂肪細(xì)胞的 AMPK 并刺激脂聯(lián)素基因表達(dá)與分泌，脂聯(lián)素作為一種重要脂肪細(xì)胞因子，參與調(diào)節(jié)胰島素敏感性、能量代謝和炎癥反應(yīng)^[7]；此外，AICAR 可抑制脂肪細(xì)胞腫瘤壞死因子 -α（TNF-α）和白細(xì)胞介素 - 6（IL-6）等促炎細(xì)胞因子釋放，改善脂肪組織微環(huán)境，對(duì)胰島素抵抗和代謝綜合征的研究具有重要意義^[8]。

2. AICAR（AICA Riboside）用于細(xì)胞增殖、分化與凋亡的調(diào)節(jié)

AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）作為AMPK激活劑，可調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化與凋亡：AICAR（Acadesine）可通過(guò)激活A(yù)MPK/GSK3β通路抑制TPD52表達(dá)，從而抑制LNCaP和VCaP前列腺癌細(xì)胞的增殖和遷移^[9]。AICAR還可通過(guò)誘導(dǎo)G0/G1期阻滯抑制骨髓增生異常綜合征（MDS）細(xì)胞系SKM1和MDS-L的增殖^[10]。此外，AICAR能通過(guò)AMPK依賴的線粒體生物合成調(diào)控影響三陰性乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231細(xì)胞的活力^[11]。在急性T細(xì)胞白血病（ATL）模型中，AICAR表現(xiàn)出AMPK非依賴性的促凋亡作用^[12]。在其它腫瘤或非腫瘤細(xì)胞中，AICAR（AICA Riboside）也具有上述類(lèi)似的功能，例如AICAR能通過(guò)AMPK/mTOR通路抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖，或通過(guò)AMPK/ULK1通路促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞自噬性死亡^[13]，并在肝星狀細(xì)胞中通過(guò)AMPK依賴和非依賴的機(jī)制誘導(dǎo)S期阻滯^[14]。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國(guó)家心血管研究中心和美國(guó)哥倫比亞大學(xué)用于動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，相關(guān)科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。

3. AICAR（Acadesine）用于動(dòng)物模型的研究

AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）還是動(dòng)物模型中研究細(xì)胞代謝、腫瘤發(fā)展和炎癥反應(yīng)的重要工具，特別是AMPK參與的生理反應(yīng)。例如AICAR被用于肥胖小鼠的急性胰腺炎模型研究，AICAR作為直接AMPK激動(dòng)劑，通過(guò)激活p-AMPK穩(wěn)定pro-caspase-8，促進(jìn)RIPK3降解，從而抑制胰腺腺泡細(xì)胞壞死性凋亡。生化分析結(jié)果表明AICAR處理組顯著降低了血清胰腺酶水平、腹腔脂肪皂化面積，并降低小鼠的死亡率^[15]。AICAR還被用于急性肺損傷模型（C57BL/6小鼠）的研究：AICAR通過(guò)恢復(fù)肺組織中磷酸化AMPK/LKB1水平，增加血紅素加氧酶-1(HO-1)表達(dá)來(lái)減輕溴暴露引起的肺損傷。但在HO-1敲除小鼠中未觀察到保護(hù)作用，表明HO-1在該過(guò)程中起關(guān)鍵作用^[16]。AICAR還能用于骨髓增生異常綜合征(MDS)異種移植模型的研究，結(jié)果顯示AICAR通過(guò)上調(diào)p-AMPK(Thr172)表達(dá)，抑制SKM1和MDS-L細(xì)胞系增殖，誘導(dǎo)G0/G1期阻滯，并且AICAR還與Decitabine（5-Aza-2'-deoxycytidine）顯示出協(xié)同的效果。在TGF-β1誘導(dǎo)的肺纖維化動(dòng)物模型中，AICAR通過(guò)提高p-AMPK/AMPK比值，抑制PCNA和α-SMA表達(dá)，逆轉(zhuǎn)TGF-β1促纖維化作用。該機(jī)制涉及AMPK/mTOR信號(hào)通路的調(diào)控^[17]。

三、范例詳解
1. BMC Pulm Med. 2024 May 8;24(1):224

山東中醫(yī)藥大學(xué)、山東第一醫(yī)科大學(xué)的實(shí)驗(yàn)人員在上述論文中研究了Simvastatin（MK 733）對(duì)二氧化硅（silica）誘導(dǎo)的大鼠肺炎癥和纖維化的緩解作用及其機(jī)制。研究背景指出，矽肺是一種因不可逆肺纖維化導(dǎo)致的生理變化，其發(fā)生機(jī)制與持續(xù)炎癥、氧化應(yīng)激（OS）、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）等相關(guān)。上述研究通過(guò)氣管灌注法建立矽肺大鼠模型，分別用 Simvastatin（5 或 10 mg/kg）、AICAR（AMPK 激動(dòng)劑）、apocynin（NOX 抑制劑）處理 28 天，檢測(cè)肺組織的病理變化、炎癥因子水平、氧化應(yīng)激指標(biāo)、EMT 標(biāo)志物及 AMPK-NOX 通路相關(guān)蛋白表達(dá)。結(jié)果顯示：Simvastatin可顯著減輕 Silica 誘導(dǎo)的肺炎癥（降低 IL-1β、IL-6、TNF-α 等炎癥因子）和纖維化（減少羥脯氨酸、α-SMA、波形蛋白等纖維化標(biāo)志物，增加 E - 鈣粘蛋白）；Sim還能抑制氧化應(yīng)激（降低 ROS、MDA 水平，提高 SOD、GSH-Px 活性）和 EMT 過(guò)程；機(jī)制上，Sim 通過(guò)激活 AMPK（提高 p-AMPK/AMPK 比值），抑制 NOX 及其亞基（NOX4、p22phox、p40phox、p-p47phox 等）的表達(dá)，減少 NOX 來(lái)源的 ROS 生成，從而發(fā)揮保護(hù)作用。來(lái)自AbMole的AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）作為一種 AMPK 激動(dòng)劑，在本研究中作為重要工具，用于驗(yàn)證AMPK通路在上述Sim緩解大鼠矽肺模型中的關(guān)鍵作用。

圖 1. Effects of Sim treatment on the lung coefficients and inflammation in silica-induced rats^[18]

2. Front Oncol. 2022 Jul 28;12:968547.

中南大學(xué)湘雅醫(yī)院的研究團(tuán)隊(duì)在該文章中研究了谷胱甘肽S -轉(zhuǎn)移酶Mu（GSTM）家族在卵巢癌（OC）中的作用，通過(guò)多數(shù)據(jù)庫(kù)生物信息學(xué)分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，探究GSTM家族的表達(dá)、預(yù)后意義及潛在機(jī)制。結(jié)果顯示：GSTM1-5 在卵巢癌組織中的 mRNA 和蛋白水平均顯著低于正常卵巢組織，并且GSTM5 與卵巢癌細(xì)胞干性指數(shù)負(fù)相關(guān)，可能參與調(diào)控腫瘤干細(xì)胞特性；GSTM2/3/4 則通過(guò)調(diào)控免疫細(xì)胞浸潤(rùn)（如抑制 CD8⁺T 細(xì)胞、促進(jìn)巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)）促進(jìn)免疫逃逸，此外GSTM2/3/4 可能還與腫瘤對(duì)抑制劑的耐受性有關(guān)。來(lái)自AbMole的AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）作為一種抗腫瘤抑制劑在本文章中使用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)AICAR 處理卵巢癌細(xì)胞系 Hey-A8（2 mM，48 小時(shí)）后顯著提高 GSTM3和 GSTM4 的 mRNA 水平，表明 AICAR可能通過(guò)激活 AMPK 通路誘導(dǎo)這兩個(gè)基因的表達(dá)。

圖 2. The Drug Sensitivity of GSTMs in OC^[19]

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