AICAR作為AMPK激動劑的作用機理及在細胞代謝等科研中的應用

AICAR 是一種AMP活化蛋白激酶（AMPK）的激動劑。AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）在細胞代謝、炎癥反應調(diào)節(jié)、以及疾病機制研究等多領域中有著廣泛的應用。此外，AICAR 也是一種細胞自噬、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、細胞因子、人源單抗、天然產(chǎn)物、熒光染料、多肽、靶點蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻專利引用。

一、AICAR（AICA Riboside）的作用機理

AMPK 是調(diào)節(jié)細胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)的關鍵激酶，由 α、β、γ 三個亞基組成。當細胞處于能量應激狀態(tài)，如缺氧、低糖、缺血等，細胞內(nèi) AMP/ATP 或 ADP/ATP 比值升高，AMPK 被激活。AICAR雖不能直接改變細胞內(nèi) ATP、ADP 和 AMP 水平，但AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）被細胞攝取后經(jīng)一系列磷酸化反應轉(zhuǎn)化為5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸（ZMP），ZMP結構與AMP高度相似，能結合于 AMPK 的 γ 亞基，誘導 AMPK 構象改變，促進 α 亞基 Thr172 位點磷酸化，從而激活 AMPK。激活后的 AMPK 通過磷酸化下游眾多靶蛋白，如乙酰輔酶 A 羧化酶（ACC）、雷帕霉素靶蛋白復合物 1（mTORC1）等，調(diào)控細胞代謝、生長、自噬等過程。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）處理營養(yǎng)充足的成纖維細胞時可增加 LC3-II 積累，提示AICAR具有調(diào)節(jié)細胞自噬的能力^[1]。AICAR還對YAP蛋白表現(xiàn)出抑制活性，AICAR 可以誘導YAP磷酸化并滯留于細胞質(zhì)^[2]。

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

在細胞能量代謝研究中，AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）應用廣泛。AICAR 可激活骨骼肌細胞中的AMPK，促進非胰島素依賴的葡萄糖攝取與轉(zhuǎn)運^[3][4]，增強葡萄糖氧化代謝和脂肪酸氧化，抑制脂肪酸合成，提高細胞能量供應效率。AICAR（AICA Riboside）還能通過上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白 4（GLUT4）的表達并促進其向細胞膜轉(zhuǎn)位，增加細胞對葡萄糖攝取^[5]；同時激活肉堿/有機陽離子轉(zhuǎn)運體 2（OCTN2），促進脂肪酸轉(zhuǎn)運進入線粒體進行β-氧化^[6]。AICAR 可抑制肝細胞的糖異生關鍵酶，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還可激活脂肪細胞的 AMPK 并刺激脂聯(lián)素基因表達與分泌，脂聯(lián)素作為一種重要脂肪細胞因子，參與調(diào)節(jié)胰島素敏感性、能量代謝和炎癥反應^[7]；此外，AICAR 可抑制脂肪細胞腫瘤壞死因子 -α（TNF-α）和白細胞介素 - 6（IL-6）等促炎細胞因子釋放，改善脂肪組織微環(huán)境，對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)控細胞的增殖、分化與凋亡：AICAR（Acadesine）可通過激活AMPK/GSK3β通路抑制TPD52表達，從而抑制LNCaP和VCaP前列腺癌細胞的增殖和遷移^[9]。AICAR還可通過誘導G0/G1期阻滯抑制骨髓增生異常綜合征（MDS）細胞系SKM1和MDS-L的增殖^[10]。此外，AICAR能通過AMPK依賴的線粒體生物合成調(diào)控影響三陰性乳腺癌細胞MDA-MB-231細胞的活力^[11]。在急性T細胞白血�。ˋTL）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胞中，AICAR（AICA Riboside）也具有上述類似的功能，例如AICAR能通過AMPK/mTOR通路抑制結腸癌細胞增殖，或通過AMPK/ULK1通路促進前列腺癌細胞自噬性死亡^[13]，并在肝星狀細胞中通過AMPK依賴和非依賴的機制誘導S期阻滯^[14]。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學用于動物體內(nèi)實驗，相關科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。

3. AICAR（Acadesine）用于動物模型的研究

AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）還是動物模型中研究細胞代謝、腫瘤發(fā)展和炎癥反應的重要工具，特別是AMPK參與的生理反應。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激動劑，通過激活p-AMPK穩(wěn)定pro-caspase-8，促進RIPK3降解，從而抑制胰腺腺泡細胞壞死性凋亡。生化分析結果表明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通過恢復肺組織中磷酸化AMPK/LKB1水平，增加血紅素加氧酶-1(HO-1)表達來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作用，表明HO-1在該過程中起關鍵作用^[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，結果顯示AICAR通過上調(diào)p-AMPK(Thr172)表達，抑制SKM1和MDS-L細胞系增殖，誘導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誘導的肺纖維化動物模型中，AICAR通過提高p-AMPK/AMPK比值，抑制PCNA和α-SMA表達，逆轉(zhuǎn)TGF-β1促纖維化作用。該機制涉及AMPK/mTOR信號通路的調(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、山東第一醫(yī)科大學的實驗人員在上述論文中研究了Simvastatin（MK 733）對二氧化硅（silica）誘導的大鼠肺炎癥和纖維化的緩解作用及其機制。研究背景指出，矽肺是一種因不可逆肺纖維化導致的生理變化，其發(fā)生機制與持續(xù)炎癥、氧化應激（OS）、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）等相關。上述研究通過氣管灌注法建立矽肺大鼠模型，分別用 Simvastatin（5 或 10 mg/kg）、AICAR（AMPK 激動劑）、apocynin（NOX 抑制劑）處理 28 天，檢測肺組織的病理變化、炎癥因子水平、氧化應激指標、EMT 標志物及 AMPK-NOX 通路相關蛋白表達。結果顯示：Simvastatin可顯著減輕 Silica 誘導的肺炎癥（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志物，增加 E - 鈣粘蛋白）；Sim還能抑制氧化應激（降低 ROS、MDA 水平，提高 SOD、GSH-Px 活性）和 EMT 過程；機制上，Sim 通過激活 AMPK（提高 p-AMPK/AMPK 比值），抑制 NOX 及其亞基（NOX4、p22phox、p40phox、p-p47phox 等）的表達，減少 NOX 來源的 ROS 生成，從而發(fā)揮保護作用。來自AbMole的AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）作為一種 AMPK 激動劑，在本研究中作為重要工具，用于驗證AMPK通路在上述Sim緩解大鼠矽肺模型中的關鍵作用。

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.

中南大學湘雅醫(yī)院的研究團隊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，通過多數(shù)據(jù)庫生物信息學分析及實驗驗證，探究GSTM家族的表達、預后意義及潛在機制。結果顯示：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 與卵巢癌細胞干性指數(shù)負相關，可能參與調(diào)控腫瘤干細胞特性；GSTM2/3/4 則通過調(diào)控免疫細胞浸潤（如抑制 CD8⁺T 細胞、促進巨噬細胞浸潤）促進免疫逃逸，此外GSTM2/3/4 可能還與腫瘤對抑制劑的耐受性有關。來自AbMole的AICAR（Acadesine，AbMole，M4897）作為一種抗腫瘤抑制劑在本文章中使用，實驗結果發(fā)現(xiàn)AICAR 處理卵巢癌細胞系 Hey-A8（2 mM，48 小時）后顯著提高 GSTM3和 GSTM4 的 mRNA 水平，表明 AICAR可能通過激活 AMPK 通路誘導這兩個基因的表達。

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

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參考文獻及鳴謝
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