目前應(yīng)用最廣泛的間歇性禁食、運(yùn)動(dòng)等延壽方式，目標(biāo)都是減少細(xì)胞內(nèi)的糖分等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過“餓著細(xì)胞”來激活AMPK。而AMPK延壽的關(guān)鍵是促進(jìn)“細(xì)胞發(fā)電廠”線粒體的合成，以保持機(jī)體年輕時(shí)的代謝水平。

但再仔細(xì)想想，AMPK是如何激活線粒體的？我們能不能不再在飲食、運(yùn)動(dòng)和血糖上繞圈子，而是繞開AMPK直接激活某種蛋白，直達(dá)抗衰終點(diǎn)？

經(jīng)過多年的探索，近期這個(gè)問題終于被美國(guó)加州索爾克研究所Reuben J. Shaw 教授團(tuán)隊(duì)破解。

這篇發(fā)表于頂級(jí)科學(xué)期刊Science的研究論文發(fā)現(xiàn)了連接AMPK與線粒體的核心蛋白，這也許將是未來的抗衰終極靶點(diǎn)。本篇論文于2023年4月在Science正刊發(fā)表[1]。

正如Shaw教授接受媒體采訪時(shí)所說，這一發(fā)現(xiàn)是連接全球各地實(shí)驗(yàn)室數(shù)十年研究的最后一塊拼圖。從2003年到2023年的20年間，他像偵探一樣將眾多看似不相關(guān)的復(fù)雜線索聯(lián)系起來，最終破解了這一困擾學(xué)界良久的謎題。

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首先，讓我們一起溫故知新——AMPK是什么？

AMPK是細(xì)胞能量傳感器，在細(xì)胞內(nèi)ATP水平下降、AMP/ATP比值上升時(shí)被激活。

隨著年齡增長(zhǎng)，AMPK調(diào)節(jié)通路對(duì)能量的感知越發(fā)不靈敏，攝入體內(nèi)的葡萄糖等營(yíng)養(yǎng)成分不能被恰當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)化為ATP，而是轉(zhuǎn)化為脂肪儲(chǔ)存于皮下、內(nèi)臟等處，導(dǎo)致肥胖、血糖穩(wěn)態(tài)失衡等衰老相關(guān)代謝紊亂。所以激活A(yù)MPK是有效的延緩衰老手段。

在這篇論文發(fā)表之前，學(xué)者們了解AMPK能夠調(diào)節(jié)糖脂代謝、提升線粒體功能，也知道通過熱量限制、運(yùn)動(dòng)以及二甲雙胍、辟谷精等藥物能夠激活A(yù)MPK，起到抗衰延壽的作用[2]。

在生化反應(yīng)層面，AMPK能夠刺激轉(zhuǎn)錄因子TFEB進(jìn)入細(xì)胞核，促進(jìn)線粒體和溶酶體基因轉(zhuǎn)錄，使溶酶體清除受損線粒體碎片，并促進(jìn)線粒體生物發(fā)生——細(xì)胞產(chǎn)生新線粒體的過程。

圖注：此研究發(fā)表之前，學(xué)界知道的信息：激活A(yù)MPK促進(jìn)TFEB入核、線粒體溶酶體基因轉(zhuǎn)錄。

既然對(duì)于AMPK的研究已經(jīng)如此詳盡，那么，有何過人之處使本篇論文脫穎而出呢？本篇論文揭曉了一個(gè)關(guān)鍵問題的答案：AMPK如何刺激TFEB進(jìn)入細(xì)胞核，激活線粒體與溶酶體。

本篇論文中，Shaw教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：AMPK激活后會(huì)磷酸化FNIP1蛋白的5個(gè)絲氨酸殘基，磷酸化GTP蛋白復(fù)合體FLCN-FNIP1，導(dǎo)致 GTP分子裝載到GTP酶RagC上，進(jìn)而導(dǎo)致TFEB 從溶酶體釋放并遠(yuǎn)離mTORC1，轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中，促進(jìn)溶酶體、線粒體生物發(fā)生相關(guān)基因的表達(dá)，激活細(xì)胞清除和替換受損線粒體。

他們通過CRISPR-Cas9將人胚腎293T（HEK293T）細(xì)胞中的AMPK敲除并將細(xì)胞放入線粒體電子傳遞鏈抑制劑中，與未經(jīng)處理的野生型對(duì)照，發(fā)現(xiàn)TFEB等線粒體相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的入核行為需要AMPK的存在才能發(fā)生。

圖注：用DMSO或991預(yù)處理1小時(shí)后，野生型（WT）和AMPK KO HEK293T細(xì)胞中內(nèi)源性TFEB染色的免疫熒光顯微鏡圖像。細(xì)胞核用DAPI染色。

隨后，研究者基于歷史研究結(jié)果篩選出FNIP1蛋白作為AMPK可能的活化底物，并發(fā)現(xiàn)，當(dāng)敲除FNIP1，隨后即使再激活A(yù)MPK，TFEB也不能正常入核，開展正常的生化過程。

圖注：NUCLEAR: 核；CYTOPLASMIC: 細(xì)胞質(zhì)；SA5：FNIP1敲除細(xì)胞

并且，研究者生成一種磷酸化特異性抗體檢測(cè)FNIP1上特定絲氨酸位點(diǎn)的磷酸化情況。用二甲雙胍處理小鼠肝細(xì)胞后，他們觀察到野生型細(xì)胞FNIP1特定位點(diǎn)的絲氨酸被磷酸化，而AMPK敲除細(xì)胞中，該蛋白位點(diǎn)并未磷酸化。

而且轉(zhuǎn)錄因子TFEB也在野生型中維持著方便入核的去磷酸化狀態(tài)，在AMPK敲除小鼠中則是無法入核的磷酸化狀態(tài)，說明二甲雙胍的確通過激活A(yù)MPK調(diào)節(jié)TFEB的入核行為，且FNIP1蛋白特定位點(diǎn)的磷酸化是其中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。

圖注：pFNIP1代表FNIP1磷酸化水平

隨后，研究者用同樣的對(duì)照方法，分別驗(yàn)證AMPK激活對(duì)于GTP酶RagC、溶酶體、線粒體生物發(fā)生相關(guān)基因PGC1α、ERRα的調(diào)控作用，一步步地填補(bǔ)上了AMPK信號(hào)通路中缺失的關(guān)鍵一環(huán)。

圖注：細(xì)胞能量水平下降后，AMPK介導(dǎo)線粒體生物發(fā)生

本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果最終表明，當(dāng)能量水平下降后，細(xì)胞進(jìn)入代謝應(yīng)激狀態(tài)，AMPK激活，隨后FNIP1磷酸化抑制FLCN-FNIP1蛋白復(fù)合體的GTP活化（GAP）功能，導(dǎo)致TFEB激活，激活溶酶體和線粒體生物發(fā)生。

而FNIP1也就成為了多個(gè)AMPK相關(guān)生理過程的核心調(diào)節(jié)蛋白，也將成為調(diào)節(jié)代謝、干預(yù)一系列衰老相關(guān)疾病的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

另外，通過這一核心蛋白的發(fā)現(xiàn)，未來人們可能不用再通過痛苦地禁食或鍛煉來減肥、抗衰、延壽，或許可以開發(fā)精準(zhǔn)針對(duì)此蛋白的干預(yù)措施，繞過靠細(xì)胞能量水平調(diào)控生理過程這條路徑，直達(dá)終點(diǎn)。

除了延壽之外，AMPK在抗癌、調(diào)節(jié)血糖、干預(yù)阿爾茨海默、抗炎等方面也發(fā)揮著重要作用，這些作用可能也與FNIP蛋白密切相關(guān)：

惡性腫瘤

激活LKB1-AMPK 和 AMPK/p53 信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡[3]幾乎已成為學(xué)界共識(shí)，且已在醫(yī)學(xué)上有所實(shí)踐：

實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍激活A(yù)MPK/p53信號(hào)通路導(dǎo)致宮頸癌細(xì)胞凋亡[4]，并且此抗癌作用也可表現(xiàn)在前列腺癌、黑色素瘤、淋巴瘤和急性髓系白血病的治療中[5-8]。

糖尿病、肥胖

激活A(yù)MPK通路可降低血糖。研究發(fā)現(xiàn)，迷迭香提取物磷酸化AMPK后，激活葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（GLUT4），促進(jìn)肌肉細(xì)胞攝取葡萄糖，并提高胰島β細(xì)胞的功能，抑制胰島素抵抗[9]。

阿爾茨海默癥

阿爾茨海默?。ˋD）是最常見的遲發(fā)性癡呆類型，淀粉樣蛋白β（Aβ）和過磷酸化Tau蛋白積累導(dǎo)致的神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元凋亡是目前最顯著的老年癡呆病理特征。

研究發(fā)現(xiàn)，一種從荔枝籽中提取出的多酚類物質(zhì)LSP可以激活A(yù)MPK-自噬軸減弱神經(jīng)炎癥，改善AD大鼠的認(rèn)知障礙[10]。

慢性炎癥

降糖藥達(dá)格列凈磷酸化AMPK，抑制mTOR以誘導(dǎo)自噬，減輕炎癥性腸病[11]。

亞精胺激活A(yù)MPK信號(hào)刺激巨噬細(xì)胞的抗炎功能來預(yù)防炎癥[12]；一種乳桿菌發(fā)酵人參可通過AMPK抑制肝臟脂肪生成、減輕肝臟炎癥，另還可上調(diào)抗氧化酶的水平減少酒精引起的肝臟氧化損傷[13]；

辛伐他汀、橙皮素、紫檀芪、尿石素A等均可通過AMPK途徑發(fā)揮抗炎作用[9]。

時(shí)光派點(diǎn)評(píng)

關(guān)于靶向FNIP1模擬運(yùn)動(dòng)效果，有研究發(fā)現(xiàn)藤茶提取物二氫楊梅素能夠通過FLCN/FNIP1通路減弱肥胖引起的慢肌纖維減少和胰島素抵抗，劑量為100 mg/kg/d，約等于60kg體重的人每天喝一兩杯藤茶（5克沖泡一杯）所攝取的劑量[14]。

研究者認(rèn)為此物質(zhì)或許能為您提供“躺瘦”效果。當(dāng)然，一種物質(zhì)是不夠的，時(shí)光派長(zhǎng)期致力于開發(fā)更多簡(jiǎn)便易行、科學(xué)無憂的抗衰方案，歡迎您加入時(shí)光派抗衰科技俱樂部，持續(xù)關(guān)注我們~

除了抗衰相關(guān)的作用之外，F(xiàn)LCN/FNIP1的研究是從一種特殊的疾病——Birt-Hogg-Dubé (BHD) 綜合征開始的。這種病的特征包括自發(fā)性氣胸、頭頸部良性皮膚錯(cuò)構(gòu)瘤、肺囊腫，并且患有此病的人罹患腎癌的風(fēng)險(xiǎn)增加[15]。

科學(xué)研究從鮮少有人關(guān)注的現(xiàn)象開始，慢慢延伸至與每個(gè)人息息相關(guān)的領(lǐng)域。這也提示我們，關(guān)注罕見病的意義不止在于幫助一小部分人恢復(fù)健康，更在于其背后的科學(xué)原理對(duì)于生命科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)。

在這個(gè)時(shí)代，情懷不值一提，物欲橫流遍地，但那些保有情懷的純粹之人才是真正推動(dòng)時(shí)代發(fā)展與科學(xué)進(jìn)步的巨人。希望時(shí)光派也能在滾滾的歷史長(zhǎng)河中，留下一點(diǎn)微小的貢獻(xiàn)。

—— TIMEPIE ——

這里是只做最硬核續(xù)命學(xué)研究的時(shí)光派，專注“長(zhǎng)壽科技”科普。日以繼夜翻閱文獻(xiàn)撰稿只為給你帶來最新、最全前沿抗衰資訊，歡迎評(píng)論區(qū)留下你的觀點(diǎn)和疑惑；日更動(dòng)力源自你的關(guān)注與分享，抗衰路上與你并肩同行！

參考文獻(xiàn)

[1] Malik, N., Ferreira, B. I., Hollstein, P. E., Curtis, S. D., Trefts, E., Weiser Novak, S., Yu, J., Gilson, R., Hellberg, K., Fang, L., Sheridan, A., Hah, N., Shadel, G. S., Manor, U., & Shaw, R. J. (2023). Induction of lysosomal and mitochondrial biogenesis by AMPK phosphorylation of FNIP1. Science (New York, N.Y.), 380(6642), eabj5559. doi: 10.1126/science.abj5559

[2] Zhang, CS., Li, M., Wang, Y. et al. (2022). The aldolase inhibitor aldometanib mimics glucose starvation to activate lysosomal AMPK. Nature Metabolism. doi: 10.1038/s42255-022-00640-7

[3] Nieminen, A. I., Eskelinen, V. M., Haikala, H. M., Tervonen, T. A., Yan, Y., Partanen, J. I., & Klefstr?m, J. (2013). Myc-induced AMPK-phospho p53 pathway activates Bak to sensitize mitochondrial apoptosis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110(20), E1839–E1848. doi: 10.1073/pnas.1208530110

[4] Chen, Y., Yang, S., Yang, C., Tsai, H., Chen, T., Chou, M., & Hsiao, Y. (2020). Metformin induces apoptosis and inhibits migration by activating the AMPK/p53 axis and suppressing PI3K/AKT signaling in human cervical cancer cells. Molecular Medicine Reports, 23(1). doi: 10.3892/mmr.2020.11725

[5] Zhou, X., Kuang, Y., Liang, S., & Wang, L. (2019). Metformin inhibits cell proliferation in SKM-1 cells via AMPK-mediated cell cycle arrest. Journal Of Pharmacological Sciences, 141(4), 146-152. doi: 10.1016/j.jphs.2019.10.003

[6] Ben Sahra, I., Laurent, K., Giuliano, S., Larbret, F., Ponzio, G., & Gounon, P. et al. (2010). Targeting Cancer Cell Metabolism: The Combination of Metformin and 2-Deoxyglucose Induces p53-Dependent Apoptosis in Prostate Cancer Cells. Cancer Research, 70(6), 2465-2475. doi: 10.1158/0008-5472.can-09-2782

[7] Cerezo, M., Tichet, M., Abbe, P., Ohanna, M., Lehraiki, A., & Rouaud, F. et al. (2013). Metformin Blocks Melanoma Invasion and Metastasis Development in AMPK/p53-Dependent Manner. Molecular Cancer Therapeutics, 12(8), 1605-1615. doi: 10.1158/1535-7163.mct-12-1226-t

[8] Singh, A., Gu, J., Zhang, Q., Torka, P., Sundaram, S., Mavis, C., & Hernandez-Ilizaliturri, F. (2020). Metformin sensitizes therapeutic agents and improves outcome in pre-clinical and clinical diffuse large B-cell lymphoma. Cancer &Amp; Metabolism, 8(1). doi: 10.1186/s40170-020-00213-w

[9] Entezari, M., Hashemi, D., Taheriazam, A., Zabolian, A., Mohammadi, S., & Fakhri, F. et al. (2022). AMPK signaling in diabetes mellitus, insulin resistance and diabetic complications: A pre-clinical and clinical investigation. Biomedicine &Amp; Pharmacotherapy, 146, 112563. doi: 10.1016/j.biopha.2021.112563

[10] Qiu, W., Pan, R., Tang, Y., Zhou, X., Wu, J., & Yu, L. et al. (2020). Lychee seed polyphenol inhibits Aβ-induced activation of NLRP3 inflammasome via the LRP1/AMPK mediated autophagy induction. Biomedicine &Amp; Pharmacotherapy, 130, 110575. doi: 10.1016/j.biopha.2020.110575

[11] Arab, H., Al-Shorbagy, M., & Saad, M. (2021). Activation of autophagy and suppression of apoptosis by dapagliflozin attenuates experimental inflammatory bowel disease in rats: Targeting AMPK/mTOR, HMGB1/RAGE and Nrf2/HO-1 pathways. Chemico-Biological Interactions, 335, 109368. doi: 10.1016/j.cbi.2021.109368

[12] Liu, R., Li, X., Ma, H., Yang, Q., Shang, Q., Song, L., Zheng, Z., Zhang, S., Pan, Y., Huang, P., Fang, J., Li, Y., Liu, Z., Cao, L., Feng, C., Gong, Z., Chen, Y., Wang, Y., Melino, G., Shao, C., … Shi, Y. (2020). Spermidine endows macrophages anti-inflammatory properties by inducing mitochondrial superoxide-dependent AMPK activation, Hif-1α upregulation and autophagy. Free radical biology & medicine, 161, 339–350. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2020.10.029

[13] You, Y., Liu, Y., Ai, Z., Wang, Y., Liu, J., Piao, C., & Wang, Y. (2020). Lactobacillus fermentum KP-3-fermented ginseng ameliorates alcohol-induced liver disease in C57BL/6N mice through the AMPK and MAPK pathways. Food &Amp; Function, 11(11), 9801-9809. doi: 10.1039/d0fo02396e

[14]Zhou, Q., Gu, Y., Lang, H., Wang, X., Chen, K., & Gong, X. et al. (2017). Dihydromyricetin prevents obesity-induced slow-twitch-fiber reduction partially via FLCN/FNIP1/AMPK pathway. Biochimica Et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis Of Disease, 1863(6), 1282-1291. doi: 10.1016/j.bbadis.2017.03.019

[15] Menko, F. H., van Steensel, M. A., Giraud, S., Friis-Hansen, L., Richard, S., Ungari, S., Nordenskj?ld, M., Hansen, T. V., Solly, J., Maher, E. R., & European BHD Consortium (2009). Birt-Hogg-Dubé syndrome: diagnosis and management. The Lancet. Oncology, 10(12), 1199–1206. doi: 10.1016/S1470-2045(09)70188-3