腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）对人角质细胞分化的影响

Normal epidermal differentiation requires precise coordination between keratinocyte proliferation and differentiation. Overgrowth of keratinocytes leads to altered epidermal differentiation that contributes to the pathogenesis of psoriasis. Adenosine monophosphate activated protein kinase (AMPK) acts as a master sensor of cellular energy balance in mammalian cells. .It exhibits negative regulator effects on cell growth and proliferation by inhibiting mTOR and/or Erk signal cascade, as well as by activating cell cycle regulator p53. In this study we are going to examine if AMPK is involved in controlling keratinocyte differentiation. By using both calcium induced keratinocyte differentiation and artificial skin models, we plan to first examine if there is a correlation between the status of keratinocyte differentiation and the expression level of the major members of AMPK signaling system. Next we are going to determine whether AMPK actually control the process of epidermal differentiation by knocking down the key members of AMPK signal pathway by transducing specific shRNAs into keratinocytes. Finally we plan to test if upregulated AMPK, by enforced expression of a constitutive AMPKa2 subunit, can attenuate IL-22 induced abnormality in keratinocyte differentiation. We expect that these studies would provide us with novel findings to uncover the molecular mechanisms controlling terminal differentiation of keratinocytes, as well as to confirm if AMPK signaling could become a new therapeutic target of psoriasis.

正常表皮形成需要角质细胞的增生与分化过程维持精确平衡。角质细胞过度增生会导致表皮分化障碍，这是银屑病的病理特征之一。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK) 是细胞内的主要能量感受器。它通过拮抗mTOR和/或Erk等促生长信号 抑制细胞增殖，此外AMPK还可以通过激活p53功能调节细胞周期状态。本研究的目的是探讨AMPK是否对角质细胞的分化具有调节作用。我们将用钙离子处理单层角质细胞和人工皮肤模型研究角质细胞的分化能力。首先检测AMPK信号系统主要成员在细胞分化中的表达状况，以确定二者之间是否有关联。然后我们将用shRNA技术沉默AMPK及其相关蛋白的表达，观察角质细胞分化是否发生改变。本课题还将研究激活AMPK能否阻止或减弱炎症细胞因子IL-22诱导的表皮分化障碍。我们期望这项研究能为进一步阐明间质细胞分化机理提供新资料，同时也为寻找治疗银屑病的新靶点提供实验证据。

表皮组织结构的完整和稳定是维持皮肤屏障功能的基础。表皮组织中位于基底层的角质形成细胞具有增殖分裂能力，它们一旦脱离基底膜便停止增殖，进入分化过程。目前表皮细胞分化调节的机理尚未完全阐明，关键问题之一是角质细胞的增殖与分化过程是如何协调的。 . 腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是细胞内最主要的能量感受器，参与调节细胞能量产生，蛋白质，脂质合成以及细胞周期调控。由于AMPK活化通常抑制细胞增殖，它的上游活化激酶之一，钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶β（CaMKKβ），能被高浓度钙离子激活，因此有理由推测AMPK是调控表皮细胞分化的重要信号。 目前关于AMPK在人表皮分化中的作用尚无研究报道。 本项目的主要目标是明确AMPK的表达和活化与角质形成细胞分化过程是否具有相关性。.本研究首先分析了在人角质形成细胞分化过程中AMPK相关蛋白的表达与活化状态，继而观察了抑制AMPK活化对表皮细胞分化的影响， 最后检测了白细胞介素22（IL-22）诱导的表皮分化障碍是否与AMPK活性有关。主要结果是：（1）用钙离子诱导人角质形成细胞分化和人工构建表皮组织模型证明，角质形成细胞的分化程度越高，AMPK的活化程度也越强。 表现为磷酸化的AMPKα和它的磷酸化底物（乙酰辅酶A脱羧酶）水平明显增加。 除此之外，AMPKα总蛋白和AMPKα1 mRNA表达也随角质细胞的分化程度增加而升高；（2）在人工表皮分化过程中，AMPK两个上游激酶（CaMKKβ和LKB1）的mRNA水平，呈现逐渐升高，但在晚期回落的动态趋势；（3）AMPK抑制剂（Compound C）和CaMKKβ抑制剂（STO 609）能显著抑制AMPK活化，同时也导致表皮角质形成细胞分化障碍；（4）IL-22导致的表皮细胞分化异常与AMPK活化关系不明显。. 本研究项目证明了 AMPK信号系统相关蛋白的表达与活化与人角质形成细胞分化状态密切相关，抑制AMPK活化能导致表皮角质细胞分化障碍。这提示AMPK活化可能是促使角质形成细胞完成终末分化的驱动因素之一。 本项目是目前对AMPK与表皮细胞分化关系的首次证明和系统观察，为解释人表皮细胞分化调控机理提供了新资料和新见解，具有较重要的理论和应用价值。