选择性激活AMPKβ1可通过非典型的NRF2通路在人类红系细胞和镰状细胞小鼠中诱导胎儿血红蛋白的产生

《SCIENCE ADVANCES》：Selective AMPKβ1 activation induces fetal hemoglobin in human erythroid cells and sickle cell mice via the noncanonical NRF2 pathway

选择性激活AMPKβ1通过非经典NRF2通路诱导胎儿血红蛋白（HbF）表达，减少红细胞镰变，降低氧化应激和炎症，在体外和动物模型中均有效。

　　### 疾病背景与治疗挑战

镰状细胞病（SCD）是一种由β-珠蛋白基因突变引起的遗传性血液疾病，其特征是红细胞呈现镰刀形，导致器官损伤和死亡率上升。SCD影响全球约30万新生儿，给患者带来频繁的住院、生活质量下降以及较高的死亡风险。这种疾病源于β-珠蛋白基因中的一个点突变，将谷氨酸转化为缬氨酸，形成异常的β-S-珠蛋白，从而导致血红蛋白S（HbS）的形成。HbS在低氧条件下容易发生聚合，引发红细胞变形并改变血液流动的流变学特性。这种变形和随后的血管内溶血会触发血管炎症和疼痛性血管闭塞危象，进一步加重病情。此外，红细胞的破裂会释放游离血红素，促进炎症反应，增加单核细胞向激活的巨噬细胞分化。持续的缺血再灌注损伤会导致多器官衰竭，包括骨质疏松、骨坏死、中风、肾病、视网膜病变、肝病、急性胸部综合征和肺动脉高压。

### HbF在治疗中的重要性

增加胎儿血红蛋白（HbF）的表达是改善β-珠蛋白病（包括β-地中海贫血和SCD）预后的重要策略。HbF具有独特的结构，其第87位为谷氨酸（Gln87），这使得它能够在不依赖氧气的情况下防止HbS的聚合，从而具有抗镰刀形红细胞形成的作用。此外，HbF还能保护分化中的红细胞前体细胞免受凋亡影响，并延长红细胞的寿命。因此，提高HbF水平有助于缓解SCD的症状，改善红细胞的稳定性，并减少炎症反应。

### 当前治疗手段及其局限性

目前，治疗SCD的标准药物是羟基脲（hydroxyurea），它是一种能够诱导HbF表达的口服药物，同时被用于治疗慢性髓系白血病。羟基脲通过抑制红细胞生成来提高HbF水平，但其效果因年龄和个体差异而有所不同，且存在较高的非应答率。此外，羟基脲的使用可能伴随着骨髓毒性、骨髓储备减少和患者依从性差等问题。因此，患者和医疗工作者都迫切需要更安全、更有效的口服药物。

### 新的治疗策略：选择性AMPKβ1激活

近年来，研究者们开始关注AMPKβ1这一潜在的治疗靶点。AMPK是一种异三聚体丝氨酸/苏氨酸激酶，作为细胞的能量传感器和调节因子，它在细胞代谢调控中起着关键作用。AMPK由三个亚基组成：α、β和γ，其中β1亚基在红细胞系中高度表达。本研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析，发现AMPKβ1在人类和小鼠骨髓红细胞系中占据主导地位。这一发现为选择性激活AMPKβ1提供了依据，使其能够特异性地影响红细胞系而不干扰其他细胞类型。

### AMPKβ1激活的机制

研究进一步揭示了AMPKβ1激活如何通过非经典的NRF2通路诱导HbF表达。NRF2是一种重要的转录因子，能够响应氧化应激并促进γ-珠蛋白基因的表达。在经典的NRF2通路中，KEAP1通过与NRF2结合并将其泛素化，从而阻止其进入细胞核。然而，选择性AMPKβ1激活剂PF-06409577和Compd1、Compd2通过激活ULK1和SQSTM1/p62等非经典NRF2通路相关蛋白，促进NRF2的释放并进入细胞核，从而增加HbF的表达。这种非经典通路与KEAP1的直接抑制不同，具有更高的组织特异性，可能减少副作用。

### 实验结果与应用前景

在体外实验中，AMPKβ1激活剂显著提高了HbF阳性红细胞的比例，并通过HPLC分析确认了HbF的增加。此外，Western blot分析显示HbF的表达水平上升，而HbA的表达未受影响。在SCD供体的CD34+细胞中，AMPKβ1激活剂同样有效，减少了镰刀形红细胞的形成。进一步的实验表明，AMPKβ1激活剂能够通过激活非经典NRF2通路显著提高HbF表达，并降低反应性氧物种（ROS）水平，改善慢性炎症指标。这些结果在体外和体内均得到了验证，表明选择性AMPKβ1激活具有治疗SCD的潜力。

### AMPKβ1激活的多重作用

除了促进HbF表达，AMPKβ1激活还表现出对炎症的调控作用。在体外实验中，AMPKβ1激活剂能够减少促炎性M1巨噬细胞的极化，增加抗炎性M2巨噬细胞的比例。这一发现表明，AMPKβ1激活不仅有助于改善红细胞的稳定性，还可能通过调节巨噬细胞极化来缓解SCD的慢性炎症反应。此外，AMPKβ1激活剂在小鼠模型中能够降低肝脏、脾脏和肺部的促炎性细胞因子水平，如IL-1β、IL-6、CRP、TNF-α和CXCL1，并提高抗炎性细胞因子如IL-10和TGF-β的表达水平。

### 与现有疗法的比较

相比直接抑制KEAP1的NRF2激活剂，如CDDO-Me，选择性AMPKβ1激活剂具有更高的组织特异性，可能减少副作用。尽管CDDO-Me在临床试验中显示出一定的HbF诱导效果，但其在糖尿病和慢性肾病患者中引发了较高的心血管事件风险。而AMPKβ1激活剂则能够通过非经典NRF2通路实现HbF的增加，同时不影响其他细胞类型，具有更好的安全性和靶向性。

### 潜在的临床应用与挑战

选择性AMPKβ1激活剂如PF-06409577已在糖尿病肾病的临床试验中显示出良好的安全性和耐受性。尽管其在SCD中的应用仍处于早期阶段，但其在小鼠模型中的良好表现表明其可能成为治疗SCD的新策略。然而，由于物种差异和基因表达模式的不同，从动物模型向人类临床转化仍需进一步研究。此外，还需要评估这些激活剂是否会影响非红细胞系的分化，以及其在长期治疗中的安全性和有效性。

### 未来研究方向

未来的研究应进一步探讨AMPKβ1激活剂对不同组织和细胞类型的影响，以及其在人类患者中的潜在疗效。此外，开发更优化的AMPKβ1激活剂，如改良的oxindole衍生物和PXL770，可能有助于提高其在临床应用中的效果。同时，利用非人灵长类动物作为更接近人类的模型，将有助于更准确地评估这些药物的药代动力学和药效学特性，以及其对SCD病理生理特征的改善效果。

### 结论

本研究揭示了选择性AMPKβ1激活作为一种新的治疗策略，能够通过非经典NRF2通路有效诱导HbF表达，减少镰刀形红细胞的形成，并改善SCD的慢性炎症和氧化应激。这一发现为开发更安全、更有效的口服药物提供了新的思路，同时也为理解AMPK在红细胞生成和疾病调控中的作用提供了新的视角。未来的研究需要进一步验证这些激活剂在人体中的疗效和安全性，并探索其在其他β-珠蛋白病中的应用潜力。