一磷酸腺苷脱氨酶（AMPD）是由多基因编码的酶，目前在动物中的研究较多，在产油微生物中也有研究。AMPD有3个同功异构酶，分别是AMPD1、AMPD2和AMPD3，分别在骨骼肌、胚胎和血红细胞中高度表达。AMPD具有高度保守的核苷酸序列和氨基酸序列，导致其在家禽不同组织和不同时期的表达均表现出明显的特异性[1]。AMPD是真核生物能量代谢的中心酶，可以催化一磷酸腺苷（AMP）水解形成一磷酸肌苷（IMP）和铵离子（NH4+）[2-3]，在嘌呤核苷酸的相互转化和能量代谢中起重要作用[4]。一磷酸腺苷激活蛋白激酶（AMPK）属于蔗糖非发酵-1（SNF1）/AMPK蛋白家族，具有高度保守性，是动物营养代谢的主要调控枢纽，其活性受细胞中AMP/三磷酸腺苷（ATP）比值的精准调控，可以激活分解代谢通路，促进线粒体合成更多的ATP，抑制合成代谢通路，维持细胞能量稳态平衡[5-6]。AMPK对细胞的合成和分解代谢起调节作用[7]，是细胞能量电荷的传感器和代谢总开关[8]。AMPD和AMPK通过直接或间接相互调控影响脂质代谢。AMPD与AMPK相互制约并调节肝细胞脂质代谢[9]。AMPD过表达或经果糖激活AMPD活性时，AMPK活性受到抑制；通过沉默AMPK可以诱导AMPD活性。这两种情况都会导致肝细胞脂质积累。而沉默AMPD可以诱导AMPK活性，促进脂质氧化，减少脂质积累。在肌肉细胞中，降糖药二甲双胍通过抑制AMPD活性而激活AMPK活性，从而促进葡萄糖转运和脂肪酸氧化[10-11]。因此，AMPD和AMPK在哺乳动物体内存在相互制约的关系，它们相互协调共同完成细胞脂质代谢的调控，对畜禽产品的品质具有重要影响。揭示AMPD和AMPK在脂质代谢机制中的作用是改善肉品质、减缓动物运输应激和提高经济效益的关键[12-13]。文章研究AMPK和AMPD与脂质代谢的关系，旨在更好地理解脂质代谢机制，提高产油微生物产油效率，改善动物生产性能，并为治疗相关疾病提供新的思路。1AMPD和AMPK对脂质代谢途径的作用机制在哺乳动物中，激活态的AMPK抑制哺乳动物脂肪和固醇合成的关键转录因子——甾醇反应元件结合蛋白（SREBP）及下游相关蛋白的表达以减少脂质合成，AMPD可以通过特定下游代谢物——尿酸控制AMPK活化[14]。改变产油微生物脂质代谢途径，提高其细胞脂质含量，对可再生能源的研究以及功能性食品领域具有重要价值[15]。在营养平衡的培养基中，产油微生物生长一般不积累脂质，通常在某种营养元素（氮、磷等）受到限制后积累脂质[16]。氮源受限使细胞AMPD活性增强，高活性的AMPD降解AMP，使细胞内AMP/ATP比值降低，AMPK活性被抑制，处于非激活态，两种酶的相互影响也使得与脂肪酸合成途径相关的酶活性升高，从而促进产油微生物产脂期脂质的合成与积累[17-19]。油脂是较为经济的饲料能量来源，具有适口性好、热增耗低、可提供必需脂肪酸以及改善肉质品质等优点[20-21]。因此，了解AMPD和AMPK及其相互作用对脂质代谢相关机制的影响对改善动物生产、提高产油微生物脂质积累、研究动物饲料以及由脂质代谢异常引起的相关疾病十分必要。1.1脂肪酸代谢脂质代谢是细胞内重要而复杂的生化反应，对生命活动具有重要意义。脂肪酸的代谢是脂肪代谢的重要阶段，包括脂肪酸的合成和β-氧化。细胞中AMPD和AMPK与脂质代谢的关系见图1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2024.03.029.F001图1细胞中AMPD和AMPK与脂质代谢的关系注：TCA循环为三羧酸循环；CS为柠檬酸合酶；ACO为乌头酸酶。脂肪酸合成所需的关键底物乙酰辅酶A（AcCoA）在线粒体内生成，AcCoA通过“柠檬酸穿梭”的方式从线粒体基质到达细胞质基质，才可用于合成脂肪酸（见图1）。细胞处于高能荷状态时，线粒体中AcCoA和ATP含量高，可抑制三羧酸循环中异柠檬酸脱氢酶（ICDH）的活性，使柠檬酸浓度升高，更多的柠檬酸被转运到细胞质裂解为AcCoA，AcCoA进一步羧化成丙二酰辅酶A（MaCoA）——脂肪酸合成的二碳单元，加速了脂肪酸的合成[22]。β-氧化是生物脂肪酸降解的主要途径[23]。脂肪酸先活化为脂酰辅酶A，经线粒体内膜两侧的肉碱棕榈酰转移酶（CPT-1）作用进入线粒体，这是β-氧化中的主要限速步骤。脂酰辅酶A进入线粒体后，通过脱氢、加水、再脱氢、硫解生成少两个碳原子的脂酰辅酶A和一分子AcCoA，最终生成的AcCoA进入柠檬酸循环彻底氧化分解[21]。1.2AMPD和AMPK通过影响酶的活性调控脂质代谢乙酰辅酶A羧化酶（ACC）、ATP-柠檬酸裂解酶（ACL）、乙酰辅酶A合成酶（ACS）、脂肪酸合成酶（FAS）等是脂质合成过程中的关键酶。AMPD和AMPK也会通过影响脂质代谢相关酶的活性进而调控脂质代谢（见图1）。ACC在哺乳动物中以两种亚型存在，分别为ACC1和ACC2。ACC能够催化AcCoA生成MaCoA，这是脂肪酸合成的关键步骤。由ACC1羧化而成的MaCoA可用于脂肪酸合成，而ACC2产生的MaCoA只参与脂肪酸氧化的调节[24]。AMPK通过ACC2的磷酸化开启脂肪酸氧化，同时关闭脂肪酸合成（通过ACC1的磷酸化）。O'NEILL等[25]研究表明，AMPK被激活时，小鼠骨骼肌ACC2活性降低，导致细胞内MaCoA水平较低，脂肪酸被氧化。而AMPK/SREBP也是调控FAS的重要途径[26-27]。对哺乳动物肝脏的研究表明，夏季肝脂肪积累，AMPD活性增强，与脂肪合成相关的酶活性相对增强，而脂肪氧化的限速酶活性降低[28]。产油微生物在氮限制情况下，AMPD反应的产物NH4+通过果糖磷酸激酶（PFK）和丙酮酸激酶（PK）提高糖酵解速率并使ACL活性增强，为脂肪酸形成提供更多前体物质，促进细胞脂质积累[29]（见图1）。NOSHEEN等[30]研究发现，在卷枝毛霉脂质积累阶段，AMPK活性的降低会增强ACC的活性，使得该菌株的脂质积累增加；AMPK的β亚基对ACC1的表达水平影响显著[31]。对酵母的研究发现，SNF1（AMPK在酵母中的同源物）被敲除后，酵母在生长期和产脂期分别积累了比野生菌株高160%和47%的脂质[32]，且ACL、ACS和FAS编码基因转录水平显著上调。因此，受AMPK敲除影响的与脂质代谢相关酶的变化，可能是引起产油酵母SNF1敲除菌株脂质积累的重要影响因素，表明AMPK可以影响脂质代谢过程。对于细胞本身，环境刺激导致AMPD激活时，可通过反应产物NH4+以及脂质代谢相关酶（如ACC、ACL等）活性的增强引起一系列反应（如产物抑制），进一步抑制AMPK活性，使更多的碳源流向脂质合成方向。WANG等[8]指出，ACC是脂肪酸合成和氧化途径的重要调控位点，可以催化脂肪酸合成过程中乙酰辅酶A羧化为丙二酰辅酶A或变构抑制β-氧化的关键酶CPT-1。AMPK通过磷酸化关键酶调节脂质合成、脂解和脂肪酸氧化。1.3AMPD和AMPK通过信号分子调节脂质代谢胰岛素抵抗是肥胖和2型糖尿病的标志性表现之一。AMPD1基因在骨骼肌中选择性高水平表达，而骨骼肌是发生胰岛素抵抗的主要器官之一。二甲双胍是逆转胰岛素抵抗的药物，体外细胞试验证明其可以抑制AMPD的活性。AMPD对胰岛素具有一定的调节作用，AMPK也被证明能够增强胰岛素敏感[33]。有研究给AMPD1缺陷纯合子小鼠和对照小鼠分别饲喂正常或高脂饲料，评估两种饲养条件下小鼠骨骼肌的代谢和基因表达情况，结果表明，喂食高脂肪食物的小鼠中，AMPD1基因的破坏导致胰岛素抵抗的严重程度降低，葡萄糖耐量得到改善，胰岛素清除率增强，且AMPK磷酸化水平更高，活性更强[34-35]。而AMPK磷酸化被抑制，其活性降低也被证明与胰岛素刺激有关[36]。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）可以整合AMPK介导的胰岛素信号，通过形成以Raptor为正调节因子的mTORC1和以Rictor为负调节因子的mTORC2，将信号转导到下游靶点，如p70S6激酶（p70核糖体S6激酶，S6K1），进而通过刺激SREBP影响脂肪的生成[37-38]。mTORC1的激活可以通过负反馈调节机制影响细胞胰岛素信号转导活性。由激酶mTOR和相关蛋白组成的蛋白复合物mTORC1和mTORC2将胰岛素和营养物质信号转导到多种下游靶标，并作为代谢的中枢调节因子[7]。在高脂肪饮食刺激后，AMPD1缺乏促进了小鼠骨骼肌中mTORC1的形成，与mTORC1水平升高一致，下游靶标p70S6激酶因AMPD1缺乏而激活。因此，mTORC1-p70S6激酶通路可能是高脂饲料喂养下小鼠骨骼肌AMPD1的新靶点。HARDIE[39]研究发现，AMPK途径通过磷酸化Raptor对mTOR产生抑制作用。刘效磊[40]也指出，骨骼肌细胞AMPK信号通路不仅能够通过促进脂肪酸β-氧化调节细胞能量代谢，还可以通过mTOR/S6K1信号通路抑制转录因子SREBP的激活，并调节其下游效应蛋白的表达，从而影响细胞脂肪酸的合成过程，促进机体外周组织，如白色脂肪组织（WAT）、肝脏以及骨骼肌等过度的脂质沉积致使肥胖。在哺乳动物中，AMPD和AMPK之间能够通过胰岛素信号分子调节脂质代谢[35]。1.4AMPD和AMPK作用下的能量平衡与脂肪酸积累能量平衡是影响细胞有氧呼吸和脂质代谢之间碳分布的因素之一[41]，贯穿整个生命进程。在哺乳动物中，通过敲除AMPD1基因或药物抑制AMPD1的活性增强了电刺激诱导的小鼠肌肉组织AMP水平，促进了AMPK的磷酸化[39,42]。冬眠地鼠脂肪代谢的变化与AMPD2活性、肝内尿酸（AMPD2的下游产物）、AMPK及肝内β-羟基丁酸（脂肪氧化的标志物）的变化相关。在夏季，AMPD2活性和肝内尿酸水平较高，而肝脏AMPK活性较低；AMPK和β-羟基丁酸的活性磷酸化形式在冬眠期间均增加。因此，在夏冬周期，AMPD2和AMPK活性的变化与脂肪合成和脂肪氧化的变化一致，而AMPD和AMPK均是AMP依赖的酶[28]。脂质代谢不平衡导致肝脏中脂质过度积累[43]，这或许表明AMPD2通过抑制AMP代谢激活AMPK，是作为控制肝脏脂肪代谢的开关。在产油微生物（如产油霉菌）中，随着细胞生长，产油霉菌会受培养基中C/N比升高的影响，使AMPD被激活，将细胞内AMP分解为IMP和NH4+[19]。AMP耗竭抑制ICDH并诱导脂质积累。AMPD与产油微生物腺苷酸能量电荷控制有关。产油酵母细胞AMPD在氮限制条件下的活性更高；培养基中的氮供应耗尽后，与非产油酵母相比，产油酵母细胞AMP浓度急剧降低[17]。KOTCHONI等[44]发现，莱茵衣藻在寒冷环境的胁迫下，AMPD被抑制使得其生物量、耐寒性和含油量增加，且莱茵衣藻细胞内稳态ATP水平提高了2倍以上。寒冷环境下，细胞内AMPD活性被抑制，ATP含量增加，依赖ATP的TAG合成途径被驱动，促进脂质合成，以抵抗寒冷胁迫。这表明AMPD有助于能量电荷调节。而AMPK的γ亚基可以参与AMP或ATP的结合，AMPK通过调控分解代谢途径和合成代谢途径促进额外ATP的产生[41,45]。AMPD可以调节细胞内AMP水平，进而调节关键营养感应酶AMPK/SNF1的活性[46]。激活的AMPK通过启动线粒体脂肪酸β-氧化和抑制ACC的活性减少脂肪酸的积累[47]。活化的AMPD抑制了AMPK活性并诱导脂肪的形成。这些结果均表明，AMPD通过对抗AMPK的活性参与了能量平衡的调节，AMPD激活引起的能量稳态改变可能会重新编程代谢物通量，增强脂肪酸及其前体的积累[19]。2AMPD和AMPK在动物生产中的作用在动物生产中，AMPD和AMPK有助于调控动物体内的能量代谢、脂质合成以及影响畜禽产品风味等。AMPK的激活能够促进脂肪分解、抑制糖原合成和增加蛋白质合成等，从而提高动物的生长速度和饲料转化率。朱美琪[48]使用AMPK激活剂AICAR（acadesine，AI）和抑制剂多索吗啡（dorsomorphin，DO）处理细胞，结果显示，AMPK信号通路被抑制时，成脂标志基因FABP4和PPARγ的表达量显著高于对照组；与对照组相比，AI组的脂滴密度显著减少，DO组的脂滴密度显著增多。因此，在细胞分化过程中，AMPK信号通路可能对脂肪分化产生抑制作用，这对提高猪肉品质的研究具有重要意义。AMPK还参与调控动物的繁殖、免疫和应激反应等生理过程[49-50]。FROMENT等[51]通过敲除雄性小鼠的AMPKα1基因发现，对照组小鼠快速运动精子数量比试验小鼠提高了2.4倍，而静态精子数量高出1.7倍，同时精子的曲线速度（VCL）、直线速度（VSL）等运动指标也显著降低。这与ZANG等[52]在公猪精子培养液中添加AMPK抑制剂的结果一致。AMPK基因的缺失影响了精子运动能力，降低了卵细胞受精成功率。玉米赤霉烯酮（ZEA）是具有类雌激素作用的真菌毒素，能够激活子宫的AMPK/mTOR通路途径，促进细胞自噬，上调增殖基因PCNA和BCL2表达，下调凋亡基因BAX表达，促进子宫内膜增殖和子宫肥大，导致不孕、流产等生殖问题。AMPD是IMP沉积的潜在候选基因，而IMP是调节肉风味与滋味的主要物质之一，也是禽类经济价值的重要决定因素[1,53]。陈怡博[54]研究发现，IMP含量与AMPD基因表达量呈显著正相关，且胸肌AMPD基因的表达量极显著高于腿肌，这与马丽霞等[1]研究结果一致。秦川牛群体中存在AMPD1的5种基因型（AA、BC、AC、CC和CD），与生长和胴体指标有关联，BC基因型在多个指标上与其他基因型有显著差异，如体斜长、宰前活重、胴体重和屠宰率[55]。猪AMPD1基因也与腰肌高、平均背膘厚度等指标显著相关。杨兰[56]研究发现，地方种鸡与科宝肉鸡AMPD1基因调控mTOR信号通路的不同，这是导致不同鸡种胸肌风味差异的原因之一。因此，通过调控AMPD和AMPK的活性使相关代谢通路发生变化会影响动物的生产性能，提高生产效率。3展望脂质代谢对产脂微生物的脂质积累至关重要，与动物生产密切相关。未来，需要进一步研究AMPD和AMPK之间相互作用对脂质代谢的影响，为产油微生物脂质积累和动物生产研究相结合生产适口性饲料提供参考。