該文以腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）及其下游靶點誘導細胞自噬、細胞凋亡、炎癥反應為切入點，闡述針刺治療缺血性腦卒中、脊髓損傷、帕金森病、阿爾茨海默病等常見中樞神經系統（central nervous system, CNS）疾病的作用機制。AMPK 及下游靶點構成多條信號通路參與 CNS 疾病的發生發展，在 CNS 損傷情況下可磷酸化激活 AMPK，進而調控其下游信號分子，發揮神經保護作用。針刺可以從多方面、多途徑修復損傷神經、改善 CNS 疾病，其部分機制與激活 AMPK 相關信號通路有關。然而，目前該研究領域依然存在許多未解決的問題。
引用本文： 趙婷婷, 姜桐桐, 張軒寧, 李秀瓊, 李宏玉, 唐強. 基于腺苷酸活化蛋白激酶信號通路的常見中樞神經系統疾病針刺治療作用機制. 華西醫學, 2025, 40(1): 119-124. doi: 10.7507/1002-0179.202406158 復制
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中樞神經系統（central nervous system, CNS）疾病是 CNS 發生病理改變的疾病總稱，包括腦和脊髓的病變，主要表現為感覺、運動、認知障礙等涉及全身范圍的癥狀，易引起感染、深靜脈血栓形成等并發癥。隨著社會發展與人口老齡化的加劇以及感染因素的大范圍擴散，CNS 疾病發病率居高不下，因此對這一類疾病的作用機制及防治措施的研究迫在眉睫。腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）是一種存在于多條信號傳導通路中的重要蛋白酶，其激活后可調控大量下游靶點，并與之構成信號通路，從而增加能量產生。AMPK 通過誘導細胞自噬、抑制細胞凋亡、抑制炎癥反應、調節氧化應激等多種途徑參與調節細胞內能量代謝，維持穩定細胞生命活動[1]，而靶向 AMPK 藥物可對外周和 CNS 的能量代謝狀態發揮保護作用[2]。CNS 損傷后出現低能量狀態，進而以補償的方式激活 AMPK 以刺激能量產生和葡萄糖代謝，而 AMPK 的過度激活及長期升高將會誘導神經元細胞凋亡[3]。針刺是一種通過將細針插入人體特定穴位以治療疾病和改善健康的傳統中醫療法，已被廣泛應用于各種疾病的治療中，且逐漸被現代醫學認可[4]。Guo 等[5]通過動物實驗研究發現，針刺可以抑制 CNS 疾病中有毒蛋白質的積累及神經元凋亡，調節能量供應，發揮神經保護作用。本文基于近幾年對 AMPK 及其下游靶點的臨床研究，整理了針刺治療多種常見 CNS 疾病的研究進展，以期為未來 CNS 疾病的研究及針刺治療提供參考。
1 AMPK 信號通路
AMPK 是一種作為能量穩態中樞調節因子的異源三聚體 αβγ 復合物，廣泛存在于各種細胞與組織中，由催化單元 α（α1 和 α2）、支架單元 β（β1 和 β2）、調節單元 γ（γ1、γ2、γ3）編碼，可形成多達 12 種不同的 αβγ 亞型[6]。AMPK 活性主要通過腺苷一磷酸（adenosine monophosphate, AMP）在 γ 亞基的直接變構激活來調節，從而導致 α 亞基磷酸化。AMP 與腺苷三磷酸（adenosine triphosphate, ATP）比率升高觸發能量應激后將引起 AMPK 復合物的磷酸化，激活 AMPK 的激酶活性，上調產生 ATP 的分解代謝途徑（如葡萄糖代謝），抑制消耗能量的合成代謝通路和細胞程序（如脂質和蛋白質合成）。AMPK 通過 AMP、腺苷二磷酸、ATP 這 3 個腺嘌呤核苷酸與 γ 亞基中的 3 個位點競爭性結合來感知細胞能量狀態，這 3 個位點則分別調節 AMPK γ 亞基中激酶結構域的活性。與 CNS 疾病相關的 AMPK 信號通路主要包括 AMPK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）信號通路、AMPK/沉默調節蛋白 1（sirtuin 1, SIRT1）信號通路、AMPK/核轉錄因子 E2 相關因子 2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2, Nrf2）信號通路、AMPK/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH）氧化酶（NADPH oxidase, NOX）4 信號通路。
1.1 AMPK/mTOR 相關信號通路
AMPK 和 mTOR 分別在細胞自噬調節中發揮正反饋調節與負反饋調節作用，通過感知細胞 ATP 和營養物質代謝水平，在平衡細胞能量穩態中發揮重要作用。CNS 損傷常伴隨能量耗竭，這將激活 AMPK，一旦 AMPK 被激活將直接或間接抑制 mTOR 復合物 1 活性發揮正向調節作用，磷酸化并激活自噬啟動蛋白 1（unc-51 like autophagy activating kinase 1, ULK1）以啟動細胞自噬[7]。除此之外，該通路的一些上游激酶，包括肝激酶 B1（liver kinase B1, LKB1），可通過磷酸化激活 AMPK，進而調節多個下游靶點功能。生長因子、營養物質不足條件會激活 LKB1-AMPK-mTOR 途徑，負性調節 mTOR 活性，從而增加細胞周期蛋白依賴酶抑制劑穩定性，誘導細胞自噬，促進細胞存活[8]。
磷脂酰肌醇 3 激酶（phosphoinositide 3-kinase, PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B, Akt）/mTOR 信號通路是廣泛存在于細胞中調節細胞自噬的重要通路。AMPK 對 PI3K/Akt 通路下游的靶點發揮重要調節作用，且兩者之間表現為相互協同作用，都對糖脂代謝有重要調節作用[9]。AMPK 可通過特定的方式調控及刺激 PI3K/Akt 信號通路活化，相反 Akt 也可調控 AMPK 的磷酸化過程。CNS 損傷會導致營養物質代謝障礙，激活其上游信號因子 PI3K 促進 Akt 磷酸化，活化后的 Akt 啟動其下游信號通路，直接磷酸化其下游底物 mTOR 分子并激活 mTOR，進而抑制細胞過度自噬。
除調節細胞自噬外，通過 PI3K/Akt/mTOR 信號通路還會發生一系列信號級聯反應，改善線粒體功能障礙、抑制細胞凋亡、抑制氧化應激、抑制炎癥小體的活性，最終抑制炎癥反應[10]。
1.2 AMPK/SIRT1 相關信號通路
SIRT1 是依賴激活因子煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide, NAD）的組蛋白脫乙酰化酶，在炎癥、基因沉默、能量代謝、氧化應激等方面發揮重要調控作用。核因子 κB（nuclear factor kappa-B, NF-κB）是介導炎癥反應的關鍵因子，AMPK 激活后可抑制 NF-κB 的轉錄活性，抑制炎癥反應。能量功能障礙條件下，AMPK 磷酸化被激活后促進 NAD+的生成，激活下游信號分子 SIRT1，而 SIRT1 可脫乙酰化改變 NF-κB 的修飾狀態，避免 NF-κB 高度乙酰化，防止促炎性細胞因子在體內高度表達，發揮抗炎作用[11]。除 AMPK 激活增強 SIRT1 活性之外，SIRT1 還可去乙酰化上游激酶 LKB1 進而激活 AMPK，以保證在能量營養物質不足條件下維持細胞存活[12]。
此外，AMPK 與 SIRT1 都可調控炎癥因子，共同發揮正反饋調節及相互協同作用，且兩者存在共同下游靶分子，包括過氧化物酶體增殖受體 γ 輔激活因子 α（peroxisome proliferators-activated receptor γ coactivator 1α, PGC-1α）、叉頭盒蛋白 O1 等來平衡細胞能量代謝。PGC-1α 的完全激活依賴于 AMPK 磷酸化和 SIRT1 乙酰化，AMPK 可通過激活 PGC-1α 來抑制氧化應激水平，同樣 SIRT1 可通過提高 PGC-1α 表達水平改善線粒體代謝功能，減少細胞凋亡[13]。綜上，AMPK/SIRT1/PGC-1α 信號通路對抑制線粒體介導氧化應激、細胞凋亡等有重要意義。SIRT1 被激活后還可通過抑制其下游分子叉頭盒蛋白 O1 磷酸化，減少自由基生成，降低氧化應激水平[14]。
1.3 AMPK/Nrf2 相關信號通路
Nrf2 是抗氧化防御系統的重要因子，主要負責增強抗氧化應激反應，保護細胞免受氧化應激的危害。AMPK 作為一種上游調控途徑，其磷酸化可通過抑制 Nrf2 核輸出和促進其核積累來激活 Nrf2 途徑，抑制巨噬細胞 M1 極化，促進 M2 極化，產生高水平的抗炎因子，發揮神經保護作用[15]。血紅素氧合酶-1 是由 Nrf2 激活調節的主要細胞保護蛋白，在維持機體抗氧化中發揮重要作用。Nrf2 被 AMPK 激活后，可啟動其下游的血紅素氧合酶-1、醌氧化還原酶 1、超氧化物歧化酶等抗氧化基因的表達，增強清除體內活性氧的能力，抑制氧化應激[16]。
在生理條件下，Nrf2 與負調控因子 kelch 樣環氧氯烷相關蛋白 1（kelch-like ECH-associated protein 1, keap1）相互作用抑制 Nrf2 蛋白活化；在氧化應激狀態下，Nrf2 與 keap1 解離易位至細胞核，被激活后與抗氧化反應元件結合，抗氧化反應元件驅動下游的抗氧化劑防御系統，最終抵抗氧化應激[17]。在這一過程中，AMPK 還介導了糖原合成酶激酶 3β 活性，從而促進 Nrf2 核積累，減輕氧化應激[18]。此外，通過激活 AMPK/PGC-1α/Nrf2 信號通路可抑制神經退行性疾病的脂質過氧化及鐵死亡、保護線粒體功能，促進腦缺損損傷的恢復[19]。
1.4 AMPK/NOX4 相關信號通路
AMPK 可調節 NADPH 穩態，在能量應激狀態下促進細胞存活。在 NOX 家族中，NOX4 高表達，AMPK 被激活后會阻斷其下游分子 NOX4 的活性，抑制活性氧的產生，最終抑制氧化應激水平[20]。此外，有實驗研究表明改善糖脂代謝、改善氧化應激的機制可能與 AMPK/NOX4/胰島素受體底物 1 信號通路的激活有關[21]。
2 針刺調控 AMPK 信號通路對常見 CNS 疾病的影響
2.1 對缺血性腦卒中（ischemic stroke, IS）的影響
IS 是因腦的供血動脈突然狹窄或閉塞導致腦部血液循環出現障礙，造成局部組織壞死的疾病。在 IS 急性期，腦組織缺血缺氧出現能量供應障礙，細胞無法產生足夠的 ATP 供能，AMP 水平增加，AMPK 磷酸化被激活，同時抑制其關鍵下游靶點 mTOR 復合物 1 的活性，迅速激活其下游信號分子磷酸化，發揮神經保護作用[22]。此外，磷酸化-AMPK 及其下游蛋白作為一種強大的代謝調節因子，廣泛參與線粒體能量代謝，在受損神經元的恢復中起關鍵作用。
Guo 等[23]發現，針刺干預 IS 后，AMPK 磷酸化進一步增強，PGC-1α、線粒體解偶聯蛋白 2、線粒體轉錄因子 A 蛋白分泌顯著增加，促進大腦中線粒體生物發生和能量代謝，而 AMPK 拮抗劑的應用抵消了針灸緩解的神經損傷，AMPK 激動劑的應用促進了神經損傷的恢復，從而證明 AMPK 可能是針灸改善 IS 大鼠神經損傷的關鍵靶點。秦思茹等[24]從多方面討論了基于 AMPK 及其下游靶點改善 IS 的作用機制，說明其可能與激活下游靶點從而改善神經炎癥、氧化應激、谷氨酸興奮性毒性、凋亡，促進自噬和血管生成等有關。楊晶等[25]研究表明，針刺百會、水溝可調控 AMPK/mTOR/ULK1 通路介導的細胞自噬改善神經元損傷，且自噬抑制劑的干預手段與針刺的功用相近。另有研究發現巨刺曲池、足三里可上調大腦中動脈閉塞模型大鼠腦組織中 AMPK/PGC-1α/Nrf1 蛋白表達，改善線粒體超微結構及腦缺血性損傷[26]。綜上，針刺可通過多條 AMPK 相關信號通路來改善 IS，但其具體機制研究仍不廣泛、不完全，在未來還需對特異性 AMPK 激活劑進行進一步的深入研究。
2.2 對脊髓損傷的影響
脊髓損傷是由于脊髓結構和功能損害，導致運動、感覺、反射功能障礙的 CNS 疾病，是一種破壞性神經和病理狀態。當前針對脊髓損傷的神經保護及神經再生療法已取得實質性進展，但由于其損傷事件的復雜級聯，治療效果仍不甚理想[27]。
相關研究表明 AMPK/mTOR 通路對脊髓損傷存在影響，脊髓損傷后 AMPK 磷酸化顯著增強，抑制 mTOR 磷酸化，AMPK/mTOR 信號通路被激活，發揮神經保護作用[28]。此外，AMPK 能夠調節脊髓和神經元的葡萄糖代謝，促進葡萄糖的攝取和利用，從而為受損神經元提供能量支持，改善脊髓損傷后的功能恢復[29]。而 AMPK 在脊髓損傷后背根神經節感覺神經元的軸突再生中發揮抑制作用，AMPK 的條件性缺失激活中樞軸突損傷后的多個再生信號通路，并刺激脊髓損傷部位的軸突生長，表明抑制 AMPK 可以作為增強脊髓損傷后再生的治療策略[30]。目前中醫針刺療法已被證明可通過多條信號通路改善脊髓損傷，并取得良好療效[31]，而基于 AMPK 信號通路發揮修復作用的研究仍很薄弱。王鐫等[32]發現，夾脊電針處理可介導脊髓損傷大鼠脊髓組織 AMPKα-蛋白去乙酰化酶 5-缺氧誘導因子 1α 信號通路的活化，促進脊髓損傷血管新生，修復脊髓損傷神經。另有研究表明電針次髎、中脊俞、三陰交可激活 AMPK/mTOR 信號通路，調控細胞自噬，改善脊髓損傷引起的神經源性尿潴留[33]。基于此，針刺基于 AMPK 信號通路發揮神經保護作用是改善脊髓損傷的一種有效策略，但該方面仍需大樣本數據來證實，且目前對脊髓損傷治療療效、方法及相關信號通路在脊髓損傷中的作用機制研究尚存在諸多問題，這將為未來脊髓損傷相關研究提供新思路。
2.3 對帕金森病的影響
帕金森病是一種以靜止性震顫、肌強直、運動遲緩、姿勢平衡障礙為主要臨床表現的神經退行性疾病，伴隨感覺、自主神經等功能障礙，多發于 50 歲以后中老年人。由于該病的病因尚未明確，診斷及治療仍然是一個挑戰[34]。帕金森病的一個重要特征是線粒體功能障礙。AMPK 可以通過促進線粒體自噬來清除損傷的線粒體，從而改善線粒體功能，改善帕金森病小鼠的運動癥狀及抑制神經炎癥[35]。研究發現帕金森病的發生使 AMPK 蛋白表達水平降低，其介導的自噬途徑受到抑制，黑質神經元減少，因此活化 AMPK 相關信號通路激活自噬反應將會是改善帕金森病的有效策略[36]。Su 等[37]發現 AMPK/糖原合成酶激酶-3β/蛋白磷酸酶 2 信號通路可能介導帕金森病發病機制中的線粒體功能障礙和細胞凋亡，AMPK 激活劑 GSK621 治療通過增加多巴胺水平和挽救依賴于線粒體途徑的多巴胺能神經元的損失，顯著改善了帕金森病。
針刺療法可通過調節氧化應激、抑制細胞凋亡、抑制炎癥反應、恢復多巴胺能神經元活性，減少病理產物沉積，從而改善帕金森病癥狀，延緩病情惡性發展[38]。蔡偉彬[39]研究發現電針處理帕金森病模型小鼠可上調自噬上游通路蛋白 AMPK 及自噬相關蛋白微管相關蛋白輕鏈 3-Ⅱ的表達，誘導發生自噬，改善帕金森病小鼠運動功能。還有研究表明電針可通過瞬時受體電位通道 1 和 SIRT1/AMPK 信號通路改善帕金森病小鼠損傷的神經元和線粒體功能障礙，減輕帕金森病過程[40]。由此可見，目前對針刺基于 AMPK 上下游信號通路改善帕金森病癥狀的研究相對較少，且多數集中在細胞自噬這一機制中，未來應多方面廣泛研究帕金森病的病因病理變化，為其診斷及治療提供堅實的理論依據。
2.4 對阿爾茨海默病（Alzheimer disease, AD）的影響
AD 是多發于 65 歲以上、以進行性認知功能下降為主要臨床表現的一種神經退行性疾病，研究者對其發病機制有多種猜想，包括 β-淀粉樣蛋白（amyloid-beta, Aβ）沉積、Tau 蛋白過度磷酸化、乙酰膽堿水平低、線粒體功能障礙等，但具體發病機制仍不明確，因此目前對該疾病的防治效果并不理想[41]。關于 AD 的新的生物標志物包括 Aβ 和 Tau 蛋白的血漿檢測及正電子發射計算機體層攝影已體現出巨大的應用前景，一些抗 Aβ、抗炎、抗氧化應激策略也在臨床試驗中，這對 AD 的早診斷、早干預、多靶向治療提供了有利幫助[42]。AD 發生與 AMPK 的活化有密切聯系。在 AD 的進展中，AMPK 的活化能通過促進 Aβ 的降解及其自噬過程來發揮作用，并可能通過促進 Tau 蛋白的磷酸化進一步加劇病情[43]。相關研究表明 AD 患者腦中 AMPK 活性降低，說明 AD 線粒體生物合成和功能降低，而 AMPK 的激活能夠改善 AD 腦能量代謝。此外，AMPK 可能通過調節膽固醇水平神經鞘磷脂和脂筏的應用程序，進而調節 Aβ 的生成[44]。
針刺可有效減緩 AD 發病進程已被廣泛證實[45]。目前階段針刺調控 AMPK 信號通路改善 AD 的研究和實驗數據較為稀缺。Dong 等[46]發現電針改善 AD 突觸功能的機制可能與 AMPK/真核延伸因子激酶 2 抗體/真核翻譯延伸因子 2 信號通路的抑制有關。Liu 等[47]發現電針百會可激活 AD 轉基因模型小鼠中 AMPK 和 Akt 激酶表達，并負調控 mTOR 誘導自噬消除 Aβ 沉積，有效延緩 AD 的認知衰退。Jia 等[48]發現電針通過激活 AMPK/PGC-1α 通路，特別是通過減少病理性 Aβ 沉積、使能量代謝正常化、保護線粒體融合蛋白水平和下調裂變蛋白表達，挽救了 AD 模型小鼠的學習和記憶缺陷。總之，針刺可有效改善 AD 的認知缺陷及學習記憶障礙，是當前治療 AD 的有效措施。未來多方面研究針刺對 AD 發揮改善作用的機制，尤其是圍繞 AMPK 介導的相關信號通路，將提高對 AD 的理解與認識。
2.5 對多發性硬化（multiple sclerosis, MS）的影響
MS 是一種 CNS 自身免疫介導的伴有軸突橫斷的炎性脫髓鞘神經退行性疾病，以運動障礙、感覺異常、視力障礙為主要臨床表現，且伴隨自主神經功能障礙等后遺癥。目前 MS 的病因及發病機制尚不明確，可能與自身免疫反應、病毒感染、遺傳和環境等多種因素有關，且國際上無治療 MS 的特效藥物，常在急性期使用大劑量糖皮質激素或在緩解期使用其他藥物對癥治療。大量使用糖皮質激素會引起新陳代謝混亂、誘發高血壓和動脈粥樣硬化等不良反應，不被患者廣泛接受。
髓鞘修復是緩解 MS 患者神經功能障礙的關鍵，二甲雙胍是 AMPK 復合物的有效激活劑，可通過改變少突膠質細胞的生物能并加速少突膠質祖細胞的分化，從而改善脫髓鞘的恢復[49]。此外，AMPK 的激活在調節免疫活動、保護神經元免受炎癥和氧化應激的損傷方面發揮關鍵作用，這對于延緩 MS 病情發展具有潛在作用[50]。近年，針刺治療 MS 研究逐漸加入經典信號通路、免疫蛋白等效應指標，但基于 AMPK 及其下游靶點信號通路的調控作用研究尚處于空白狀態。Song 等[51]發現 MS 的發生可下調 AMPK 的磷酸化水平，降低 SIRT1 表達，抑制自噬內流，經過利拉魯肽干預后可重啟自噬外流，從而有助于發揮神經保護性抗脫髓鞘和抗炎作用，延緩疾病惡化。綜上，針刺干預 MS 的現存研究存在較多不足，今后仍需進一步研究明確針刺治療 MS 小鼠作用靶點及信號傳導通路，為臨床研究特異性藥物提供數據、理論支撐。
3 總結與展望
隨著社會發展與人口老齡化的加劇，CNS 疾病的發病率逐年上升，由于該類疾病的發病機制復雜、藥物難以到達靶部位、動物模型依賴性差、臨床觀察研究困難、患者要求高等問題，針對 CNS 疾病的藥物研究較為困難。AMPK 位于多個能量調節途徑和信號通路的交匯點，其上下游信號分子構成的多條信號傳導通路與多種 CNS 疾病密切相關。本文圍繞 AMPK 及下游靶點進行闡述，發現針刺可通過調控 AMPK 相關信號通路改善 CNS 疾病。
當前針對針刺基于 AMPK 防治 CNS 疾病的研究仍存在不足。雖然我們已深入了解 AMPK 激活的機制，但由于 AMPK 分子機制復雜以及 AMPK 亞型組合作用的研究有限，且對于 ATP 直接抑制、通過配體和可能的磷酸化調節以及 AMP 誘導的有關復合物的相互作用的結構基礎研究仍然淺薄，因此這將是未來研究的一大挑戰；此外，考慮到多種 CNS 疾病的發病機制尚未完全明確，這一情況對其診治策略的制定構成了顯著挑戰。AMPK 的表達變異在其他 CNS 疾病中的生物學功能及其通過調節 AMPK 表達緩解疾病進程的可能性，需進一步詳細研究；此類研究應涵蓋癲癇、血管性癡呆等疾病的探索。同時，特異性抑制劑與誘導劑的開發、基因敲除與基因重組技術的應用在探討 AMPK 相關信號通路方面具有重要的科研價值。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。
中樞神經系統（central nervous system, CNS）疾病是 CNS 發生病理改變的疾病總稱，包括腦和脊髓的病變，主要表現為感覺、運動、認知障礙等涉及全身范圍的癥狀，易引起感染、深靜脈血栓形成等并發癥。隨著社會發展與人口老齡化的加劇以及感染因素的大范圍擴散，CNS 疾病發病率居高不下，因此對這一類疾病的作用機制及防治措施的研究迫在眉睫。腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）是一種存在于多條信號傳導通路中的重要蛋白酶，其激活后可調控大量下游靶點，并與之構成信號通路，從而增加能量產生。AMPK 通過誘導細胞自噬、抑制細胞凋亡、抑制炎癥反應、調節氧化應激等多種途徑參與調節細胞內能量代謝，維持穩定細胞生命活動[1]，而靶向 AMPK 藥物可對外周和 CNS 的能量代謝狀態發揮保護作用[2]。CNS 損傷后出現低能量狀態，進而以補償的方式激活 AMPK 以刺激能量產生和葡萄糖代謝，而 AMPK 的過度激活及長期升高將會誘導神經元細胞凋亡[3]。針刺是一種通過將細針插入人體特定穴位以治療疾病和改善健康的傳統中醫療法，已被廣泛應用于各種疾病的治療中，且逐漸被現代醫學認可[4]。Guo 等[5]通過動物實驗研究發現，針刺可以抑制 CNS 疾病中有毒蛋白質的積累及神經元凋亡，調節能量供應，發揮神經保護作用。本文基于近幾年對 AMPK 及其下游靶點的臨床研究，整理了針刺治療多種常見 CNS 疾病的研究進展，以期為未來 CNS 疾病的研究及針刺治療提供參考。
1 AMPK 信號通路
AMPK 是一種作為能量穩態中樞調節因子的異源三聚體 αβγ 復合物，廣泛存在于各種細胞與組織中，由催化單元 α（α1 和 α2）、支架單元 β（β1 和 β2）、調節單元 γ（γ1、γ2、γ3）編碼，可形成多達 12 種不同的 αβγ 亞型[6]。AMPK 活性主要通過腺苷一磷酸（adenosine monophosphate, AMP）在 γ 亞基的直接變構激活來調節，從而導致 α 亞基磷酸化。AMP 與腺苷三磷酸（adenosine triphosphate, ATP）比率升高觸發能量應激后將引起 AMPK 復合物的磷酸化，激活 AMPK 的激酶活性，上調產生 ATP 的分解代謝途徑（如葡萄糖代謝），抑制消耗能量的合成代謝通路和細胞程序（如脂質和蛋白質合成）。AMPK 通過 AMP、腺苷二磷酸、ATP 這 3 個腺嘌呤核苷酸與 γ 亞基中的 3 個位點競爭性結合來感知細胞能量狀態，這 3 個位點則分別調節 AMPK γ 亞基中激酶結構域的活性。與 CNS 疾病相關的 AMPK 信號通路主要包括 AMPK/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）信號通路、AMPK/沉默調節蛋白 1（sirtuin 1, SIRT1）信號通路、AMPK/核轉錄因子 E2 相關因子 2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2, Nrf2）信號通路、AMPK/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH）氧化酶（NADPH oxidase, NOX）4 信號通路。
1.1 AMPK/mTOR 相關信號通路
AMPK 和 mTOR 分別在細胞自噬調節中發揮正反饋調節與負反饋調節作用，通過感知細胞 ATP 和營養物質代謝水平，在平衡細胞能量穩態中發揮重要作用。CNS 損傷常伴隨能量耗竭，這將激活 AMPK，一旦 AMPK 被激活將直接或間接抑制 mTOR 復合物 1 活性發揮正向調節作用，磷酸化并激活自噬啟動蛋白 1（unc-51 like autophagy activating kinase 1, ULK1）以啟動細胞自噬[7]。除此之外，該通路的一些上游激酶，包括肝激酶 B1（liver kinase B1, LKB1），可通過磷酸化激活 AMPK，進而調節多個下游靶點功能。生長因子、營養物質不足條件會激活 LKB1-AMPK-mTOR 途徑，負性調節 mTOR 活性，從而增加細胞周期蛋白依賴酶抑制劑穩定性，誘導細胞自噬，促進細胞存活[8]。
磷脂酰肌醇 3 激酶（phosphoinositide 3-kinase, PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B, Akt）/mTOR 信號通路是廣泛存在于細胞中調節細胞自噬的重要通路。AMPK 對 PI3K/Akt 通路下游的靶點發揮重要調節作用，且兩者之間表現為相互協同作用，都對糖脂代謝有重要調節作用[9]。AMPK 可通過特定的方式調控及刺激 PI3K/Akt 信號通路活化，相反 Akt 也可調控 AMPK 的磷酸化過程。CNS 損傷會導致營養物質代謝障礙，激活其上游信號因子 PI3K 促進 Akt 磷酸化，活化后的 Akt 啟動其下游信號通路，直接磷酸化其下游底物 mTOR 分子并激活 mTOR，進而抑制細胞過度自噬。
除調節細胞自噬外，通過 PI3K/Akt/mTOR 信號通路還會發生一系列信號級聯反應，改善線粒體功能障礙、抑制細胞凋亡、抑制氧化應激、抑制炎癥小體的活性，最終抑制炎癥反應[10]。
1.2 AMPK/SIRT1 相關信號通路
SIRT1 是依賴激活因子煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide, NAD）的組蛋白脫乙酰化酶，在炎癥、基因沉默、能量代謝、氧化應激等方面發揮重要調控作用。核因子 κB（nuclear factor kappa-B, NF-κB）是介導炎癥反應的關鍵因子，AMPK 激活后可抑制 NF-κB 的轉錄活性，抑制炎癥反應。能量功能障礙條件下，AMPK 磷酸化被激活后促進 NAD+的生成，激活下游信號分子 SIRT1，而 SIRT1 可脫乙酰化改變 NF-κB 的修飾狀態，避免 NF-κB 高度乙酰化，防止促炎性細胞因子在體內高度表達，發揮抗炎作用[11]。除 AMPK 激活增強 SIRT1 活性之外，SIRT1 還可去乙酰化上游激酶 LKB1 進而激活 AMPK，以保證在能量營養物質不足條件下維持細胞存活[12]。
此外，AMPK 與 SIRT1 都可調控炎癥因子，共同發揮正反饋調節及相互協同作用，且兩者存在共同下游靶分子，包括過氧化物酶體增殖受體 γ 輔激活因子 α（peroxisome proliferators-activated receptor γ coactivator 1α, PGC-1α）、叉頭盒蛋白 O1 等來平衡細胞能量代謝。PGC-1α 的完全激活依賴于 AMPK 磷酸化和 SIRT1 乙酰化，AMPK 可通過激活 PGC-1α 來抑制氧化應激水平，同樣 SIRT1 可通過提高 PGC-1α 表達水平改善線粒體代謝功能，減少細胞凋亡[13]。綜上，AMPK/SIRT1/PGC-1α 信號通路對抑制線粒體介導氧化應激、細胞凋亡等有重要意義。SIRT1 被激活后還可通過抑制其下游分子叉頭盒蛋白 O1 磷酸化，減少自由基生成，降低氧化應激水平[14]。
1.3 AMPK/Nrf2 相關信號通路
Nrf2 是抗氧化防御系統的重要因子，主要負責增強抗氧化應激反應，保護細胞免受氧化應激的危害。AMPK 作為一種上游調控途徑，其磷酸化可通過抑制 Nrf2 核輸出和促進其核積累來激活 Nrf2 途徑，抑制巨噬細胞 M1 極化，促進 M2 極化，產生高水平的抗炎因子，發揮神經保護作用[15]。血紅素氧合酶-1 是由 Nrf2 激活調節的主要細胞保護蛋白，在維持機體抗氧化中發揮重要作用。Nrf2 被 AMPK 激活后，可啟動其下游的血紅素氧合酶-1、醌氧化還原酶 1、超氧化物歧化酶等抗氧化基因的表達，增強清除體內活性氧的能力，抑制氧化應激[16]。
在生理條件下，Nrf2 與負調控因子 kelch 樣環氧氯烷相關蛋白 1（kelch-like ECH-associated protein 1, keap1）相互作用抑制 Nrf2 蛋白活化；在氧化應激狀態下，Nrf2 與 keap1 解離易位至細胞核，被激活后與抗氧化反應元件結合，抗氧化反應元件驅動下游的抗氧化劑防御系統，最終抵抗氧化應激[17]。在這一過程中，AMPK 還介導了糖原合成酶激酶 3β 活性，從而促進 Nrf2 核積累，減輕氧化應激[18]。此外，通過激活 AMPK/PGC-1α/Nrf2 信號通路可抑制神經退行性疾病的脂質過氧化及鐵死亡、保護線粒體功能，促進腦缺損損傷的恢復[19]。
1.4 AMPK/NOX4 相關信號通路
AMPK 可調節 NADPH 穩態，在能量應激狀態下促進細胞存活。在 NOX 家族中，NOX4 高表達，AMPK 被激活后會阻斷其下游分子 NOX4 的活性，抑制活性氧的產生，最終抑制氧化應激水平[20]。此外，有實驗研究表明改善糖脂代謝、改善氧化應激的機制可能與 AMPK/NOX4/胰島素受體底物 1 信號通路的激活有關[21]。
2 針刺調控 AMPK 信號通路對常見 CNS 疾病的影響
2.1 對缺血性腦卒中（ischemic stroke, IS）的影響
IS 是因腦的供血動脈突然狹窄或閉塞導致腦部血液循環出現障礙，造成局部組織壞死的疾病。在 IS 急性期，腦組織缺血缺氧出現能量供應障礙，細胞無法產生足夠的 ATP 供能，AMP 水平增加，AMPK 磷酸化被激活，同時抑制其關鍵下游靶點 mTOR 復合物 1 的活性，迅速激活其下游信號分子磷酸化，發揮神經保護作用[22]。此外，磷酸化-AMPK 及其下游蛋白作為一種強大的代謝調節因子，廣泛參與線粒體能量代謝，在受損神經元的恢復中起關鍵作用。
Guo 等[23]發現，針刺干預 IS 后，AMPK 磷酸化進一步增強，PGC-1α、線粒體解偶聯蛋白 2、線粒體轉錄因子 A 蛋白分泌顯著增加，促進大腦中線粒體生物發生和能量代謝，而 AMPK 拮抗劑的應用抵消了針灸緩解的神經損傷，AMPK 激動劑的應用促進了神經損傷的恢復，從而證明 AMPK 可能是針灸改善 IS 大鼠神經損傷的關鍵靶點。秦思茹等[24]從多方面討論了基于 AMPK 及其下游靶點改善 IS 的作用機制，說明其可能與激活下游靶點從而改善神經炎癥、氧化應激、谷氨酸興奮性毒性、凋亡，促進自噬和血管生成等有關。楊晶等[25]研究表明，針刺百會、水溝可調控 AMPK/mTOR/ULK1 通路介導的細胞自噬改善神經元損傷，且自噬抑制劑的干預手段與針刺的功用相近。另有研究發現巨刺曲池、足三里可上調大腦中動脈閉塞模型大鼠腦組織中 AMPK/PGC-1α/Nrf1 蛋白表達，改善線粒體超微結構及腦缺血性損傷[26]。綜上，針刺可通過多條 AMPK 相關信號通路來改善 IS，但其具體機制研究仍不廣泛、不完全，在未來還需對特異性 AMPK 激活劑進行進一步的深入研究。
2.2 對脊髓損傷的影響
脊髓損傷是由于脊髓結構和功能損害，導致運動、感覺、反射功能障礙的 CNS 疾病，是一種破壞性神經和病理狀態。當前針對脊髓損傷的神經保護及神經再生療法已取得實質性進展，但由于其損傷事件的復雜級聯，治療效果仍不甚理想[27]。
相關研究表明 AMPK/mTOR 通路對脊髓損傷存在影響，脊髓損傷后 AMPK 磷酸化顯著增強，抑制 mTOR 磷酸化，AMPK/mTOR 信號通路被激活，發揮神經保護作用[28]。此外，AMPK 能夠調節脊髓和神經元的葡萄糖代謝，促進葡萄糖的攝取和利用，從而為受損神經元提供能量支持，改善脊髓損傷后的功能恢復[29]。而 AMPK 在脊髓損傷后背根神經節感覺神經元的軸突再生中發揮抑制作用，AMPK 的條件性缺失激活中樞軸突損傷后的多個再生信號通路，并刺激脊髓損傷部位的軸突生長，表明抑制 AMPK 可以作為增強脊髓損傷后再生的治療策略[30]。目前中醫針刺療法已被證明可通過多條信號通路改善脊髓損傷，并取得良好療效[31]，而基于 AMPK 信號通路發揮修復作用的研究仍很薄弱。王鐫等[32]發現，夾脊電針處理可介導脊髓損傷大鼠脊髓組織 AMPKα-蛋白去乙酰化酶 5-缺氧誘導因子 1α 信號通路的活化，促進脊髓損傷血管新生，修復脊髓損傷神經。另有研究表明電針次髎、中脊俞、三陰交可激活 AMPK/mTOR 信號通路，調控細胞自噬，改善脊髓損傷引起的神經源性尿潴留[33]。基于此，針刺基于 AMPK 信號通路發揮神經保護作用是改善脊髓損傷的一種有效策略，但該方面仍需大樣本數據來證實，且目前對脊髓損傷治療療效、方法及相關信號通路在脊髓損傷中的作用機制研究尚存在諸多問題，這將為未來脊髓損傷相關研究提供新思路。
2.3 對帕金森病的影響
帕金森病是一種以靜止性震顫、肌強直、運動遲緩、姿勢平衡障礙為主要臨床表現的神經退行性疾病，伴隨感覺、自主神經等功能障礙，多發于 50 歲以后中老年人。由于該病的病因尚未明確，診斷及治療仍然是一個挑戰[34]。帕金森病的一個重要特征是線粒體功能障礙。AMPK 可以通過促進線粒體自噬來清除損傷的線粒體，從而改善線粒體功能，改善帕金森病小鼠的運動癥狀及抑制神經炎癥[35]。研究發現帕金森病的發生使 AMPK 蛋白表達水平降低，其介導的自噬途徑受到抑制，黑質神經元減少，因此活化 AMPK 相關信號通路激活自噬反應將會是改善帕金森病的有效策略[36]。Su 等[37]發現 AMPK/糖原合成酶激酶-3β/蛋白磷酸酶 2 信號通路可能介導帕金森病發病機制中的線粒體功能障礙和細胞凋亡，AMPK 激活劑 GSK621 治療通過增加多巴胺水平和挽救依賴于線粒體途徑的多巴胺能神經元的損失，顯著改善了帕金森病。
針刺療法可通過調節氧化應激、抑制細胞凋亡、抑制炎癥反應、恢復多巴胺能神經元活性，減少病理產物沉積，從而改善帕金森病癥狀，延緩病情惡性發展[38]。蔡偉彬[39]研究發現電針處理帕金森病模型小鼠可上調自噬上游通路蛋白 AMPK 及自噬相關蛋白微管相關蛋白輕鏈 3-Ⅱ的表達，誘導發生自噬，改善帕金森病小鼠運動功能。還有研究表明電針可通過瞬時受體電位通道 1 和 SIRT1/AMPK 信號通路改善帕金森病小鼠損傷的神經元和線粒體功能障礙，減輕帕金森病過程[40]。由此可見，目前對針刺基于 AMPK 上下游信號通路改善帕金森病癥狀的研究相對較少，且多數集中在細胞自噬這一機制中，未來應多方面廣泛研究帕金森病的病因病理變化，為其診斷及治療提供堅實的理論依據。
2.4 對阿爾茨海默病（Alzheimer disease, AD）的影響
AD 是多發于 65 歲以上、以進行性認知功能下降為主要臨床表現的一種神經退行性疾病，研究者對其發病機制有多種猜想，包括 β-淀粉樣蛋白（amyloid-beta, Aβ）沉積、Tau 蛋白過度磷酸化、乙酰膽堿水平低、線粒體功能障礙等，但具體發病機制仍不明確，因此目前對該疾病的防治效果并不理想[41]。關于 AD 的新的生物標志物包括 Aβ 和 Tau 蛋白的血漿檢測及正電子發射計算機體層攝影已體現出巨大的應用前景，一些抗 Aβ、抗炎、抗氧化應激策略也在臨床試驗中，這對 AD 的早診斷、早干預、多靶向治療提供了有利幫助[42]。AD 發生與 AMPK 的活化有密切聯系。在 AD 的進展中，AMPK 的活化能通過促進 Aβ 的降解及其自噬過程來發揮作用，并可能通過促進 Tau 蛋白的磷酸化進一步加劇病情[43]。相關研究表明 AD 患者腦中 AMPK 活性降低，說明 AD 線粒體生物合成和功能降低，而 AMPK 的激活能夠改善 AD 腦能量代謝。此外，AMPK 可能通過調節膽固醇水平神經鞘磷脂和脂筏的應用程序，進而調節 Aβ 的生成[44]。
針刺可有效減緩 AD 發病進程已被廣泛證實[45]。目前階段針刺調控 AMPK 信號通路改善 AD 的研究和實驗數據較為稀缺。Dong 等[46]發現電針改善 AD 突觸功能的機制可能與 AMPK/真核延伸因子激酶 2 抗體/真核翻譯延伸因子 2 信號通路的抑制有關。Liu 等[47]發現電針百會可激活 AD 轉基因模型小鼠中 AMPK 和 Akt 激酶表達，并負調控 mTOR 誘導自噬消除 Aβ 沉積，有效延緩 AD 的認知衰退。Jia 等[48]發現電針通過激活 AMPK/PGC-1α 通路，特別是通過減少病理性 Aβ 沉積、使能量代謝正常化、保護線粒體融合蛋白水平和下調裂變蛋白表達，挽救了 AD 模型小鼠的學習和記憶缺陷。總之，針刺可有效改善 AD 的認知缺陷及學習記憶障礙，是當前治療 AD 的有效措施。未來多方面研究針刺對 AD 發揮改善作用的機制，尤其是圍繞 AMPK 介導的相關信號通路，將提高對 AD 的理解與認識。
2.5 對多發性硬化（multiple sclerosis, MS）的影響
MS 是一種 CNS 自身免疫介導的伴有軸突橫斷的炎性脫髓鞘神經退行性疾病，以運動障礙、感覺異常、視力障礙為主要臨床表現，且伴隨自主神經功能障礙等后遺癥。目前 MS 的病因及發病機制尚不明確，可能與自身免疫反應、病毒感染、遺傳和環境等多種因素有關，且國際上無治療 MS 的特效藥物，常在急性期使用大劑量糖皮質激素或在緩解期使用其他藥物對癥治療。大量使用糖皮質激素會引起新陳代謝混亂、誘發高血壓和動脈粥樣硬化等不良反應，不被患者廣泛接受。
髓鞘修復是緩解 MS 患者神經功能障礙的關鍵，二甲雙胍是 AMPK 復合物的有效激活劑，可通過改變少突膠質細胞的生物能并加速少突膠質祖細胞的分化，從而改善脫髓鞘的恢復[49]。此外，AMPK 的激活在調節免疫活動、保護神經元免受炎癥和氧化應激的損傷方面發揮關鍵作用，這對于延緩 MS 病情發展具有潛在作用[50]。近年，針刺治療 MS 研究逐漸加入經典信號通路、免疫蛋白等效應指標，但基于 AMPK 及其下游靶點信號通路的調控作用研究尚處于空白狀態。Song 等[51]發現 MS 的發生可下調 AMPK 的磷酸化水平，降低 SIRT1 表達，抑制自噬內流，經過利拉魯肽干預后可重啟自噬外流，從而有助于發揮神經保護性抗脫髓鞘和抗炎作用，延緩疾病惡化。綜上，針刺干預 MS 的現存研究存在較多不足，今后仍需進一步研究明確針刺治療 MS 小鼠作用靶點及信號傳導通路，為臨床研究特異性藥物提供數據、理論支撐。
3 總結與展望
隨著社會發展與人口老齡化的加劇，CNS 疾病的發病率逐年上升，由于該類疾病的發病機制復雜、藥物難以到達靶部位、動物模型依賴性差、臨床觀察研究困難、患者要求高等問題，針對 CNS 疾病的藥物研究較為困難。AMPK 位于多個能量調節途徑和信號通路的交匯點，其上下游信號分子構成的多條信號傳導通路與多種 CNS 疾病密切相關。本文圍繞 AMPK 及下游靶點進行闡述，發現針刺可通過調控 AMPK 相關信號通路改善 CNS 疾病。
當前針對針刺基于 AMPK 防治 CNS 疾病的研究仍存在不足。雖然我們已深入了解 AMPK 激活的機制，但由于 AMPK 分子機制復雜以及 AMPK 亞型組合作用的研究有限，且對于 ATP 直接抑制、通過配體和可能的磷酸化調節以及 AMP 誘導的有關復合物的相互作用的結構基礎研究仍然淺薄，因此這將是未來研究的一大挑戰；此外，考慮到多種 CNS 疾病的發病機制尚未完全明確，這一情況對其診治策略的制定構成了顯著挑戰。AMPK 的表達變異在其他 CNS 疾病中的生物學功能及其通過調節 AMPK 表達緩解疾病進程的可能性，需進一步詳細研究；此類研究應涵蓋癲癇、血管性癡呆等疾病的探索。同時，特異性抑制劑與誘導劑的開發、基因敲除與基因重組技術的應用在探討 AMPK 相關信號通路方面具有重要的科研價值。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。