环磷酸腺苷cAMP的生理功能

楼秀余

【摘要】环磷酸腺苷是一种环状核苷酸，（yclicAdenosinemonophosphate）简写为cAMP，亦称“腺苷-3'，5'-环化一磷酸”，“环化腺核苷一磷酸”，“环腺一磷”。cAMP是由三磷酸腺苷（ATP）脱掉两个磷酸分子后环化反应而成。细胞膜受体在神经递质分子或激素分子作用下，可促进细胞合成cAMP，进而调节细胞的生理活动和物质代谢。

激素类被称为细胞的“第一信使”，而cAMP则称其为“第二信使”。含氮类激素一般与细胞膜受体结合诱导生成第二信使，将信号转导入细胞内。固醇类甾体激素一般直接通过膜进入细胞与细胞质内的受体结合，然后进入细胞核发挥其作用。

【关键词】环磷酸腺苷cAMP信使含氮类激素甾体激素

【中图分类号】R284.2【文献标识码】B【文章编号】1005-0019（2015）01-0272-01

一、cAMP的分子作用机制

激素是一类微量的化学信息分子，由机体内一部分细胞产生，通过扩散、体液运送至另外一部分细胞，并起到代谢调节控制的作用。因此，被称为“第一信使”。而环腺苷酸（cAMP）是在细胞受到胞外化学信息分子刺激，如激素分子或神经递质分子并与细胞膜上的受体结合形成复合体，然后激活细胞膜上G蛋白，被激活的Gs-蛋白再激活细胞内膜上的腺苷酸环化酶（AC），催化ATP脱去两个磷酸分子，再经过环化反应生成cAMP。当细胞质中cAMP合成增多时，又激活细胞质内的其他蛋白酶而发挥作用。因此，cAMP被称为“第二信使”。

cAMP广泛而微量地分布于生物体细胞中，属于信号传导的第二信使。cAMP作为第二信使，通过激活激酶A（PKA——proteinkinaseA）（cAMP依赖性蛋白激酶），使靶细胞质内的蛋白酶磷酸化而被激活，从而调节控制细胞生物化学反应速率。cAMP最终又被磷酸二酯酶（PDE）水解成5-AMP而失活。cAMP在细胞内合成和分解过程都依赖Mg2+的存在。AC和PDE以两个不同的方向调节细胞内cAMP浓度，从而影响细胞、组织、器官的功能。当腺苷酸环化酶AC的活性升高时，cAMP浓度升高；当磷酸二酯酶PDE浓度增高时，cAMP浓度降低。PDE对cAMP的调控，不仅取决于PDE的活化、抑制因素，还取决于细胞内PDE的组成以及在亚细胞结构中分布。cAMP不光在神经细胞起作用，体内很多细胞的信号传导都以此作为调控机制。

二、cAMP对基因表达的调节作用

cAMP是一种基因表达调控的重要物质。在原核生物中cAMP被认为是直接活化RNA聚合酶以促进转录，即通过该酶的6因子的磷酸化来实现促进InRNA转录。近年来的研究表明，真核细胞中cAMP的作用与转录因子调节有关。Montndny等发现许多cAMP诱导转录的真核基因的启动子周围多含有一致或近乎一致的8个碱基对的回文序列5-TGACGTCA-3，并命名为cAMP反应序列（cAM-responsi、ele。nt，CRE），是这些基因识别cAMP信号的重要部位。同时，他们还发现cAMP诱导的靶基因表达还需要PKA的激活。cAMP水平增高激活PKA，PKA又可能通过使某些特异的转录因子进行磷酸化，介导cAMP引起的基因表达。许多试验表明，PKA可使组蛋白磷酸化，磷酸化的组蛋白由于带电状态及构象的改变，与DNA结合松弛而分离，从而解除了组蛋白对这段基因的抑制，使转录得以进行。另有试验发现，在体外PKA可使非组蛋白磷酸化，磷酸化的蛋白质酸性增强，带有较多的负电荷，与带正电荷的组蛋白有较强的亲和力而相互结合，使组蛋白与DNA分离，解除组蛋白对基因DNA的抑制而进行转录。

三、cAMP对激素分泌、神经递质合成和膜蛋白活性的影响

环磷酸腺苷cAMP对激素分泌的影响。大量试验表明，一些二级促激素，促进次级激素合成过程是通过cAMP途径调节的。促肾上腺皮质激素结合到肾上腺皮质细胞后，激活AC，增加cAMP浓度，激活PKA，PKA磷酸化又激活皮质酮、醛甾酮的合成酶。在卵巢细胞中，也有类似的情况，促滤泡激素通过cAMP途径增加雌二醇、孕酮的合成。cAMP还能诱导GH的释放，从而促进肝脏内蛋白质、DNA和RNA的合成，并能加强脂肪分解，刺激机体蛋白质的合成。

McAfee首先证明cAMP参与神经节突触传递的调节。当某些神经细胞兴奋时，突触前神经末梢释放神经递质分子，作用于突触膜上相应的受体并激活AC，在突触内膜合成cAMP，进而激活PKA，通过膜蛋白的磷酸化改变膜对离子的通透性，从而影响神经细胞的兴奋性。神经组织内含有高水平的cAMP及其代谢调节酶。在脑、脊髓、脑脊液和外周神经中都有大量cAMP存在。在脊椎动物脑中，cAMP含量最高，是非神经组织约高10倍，腺苷酸环化酶AC和磷酸二酯酶PDE含量也比其他组织高10～20倍。以上说明在神经组织中cAMP的合成和分解速度远远高于其他组织，cAMP在神经组织中起重要调节作用。

cAMP可促使非神经细胞膜上某些蛋白的磷酸化，使其构型发生改变，从而调节膜对一些物质的通透性。例如在红细胞中，cAMP激活细胞膜上的蛋白激酶，使膜上的Spectin蛋白磷酸化后，对红细胞膜的理化性质及红细胞的形态产生极为重要的调节作用。在血小板中，cAMP可通過PKA有效地刺激膜上的一种分子量为22000的蛋白磷酸化，并通过对钙摄入的影响，调节血小板聚集、收缩等功能。在心肌细胞中，cAMP可使心肌细胞钙通道发生磷酸化，使膜对Ca2﹢的通透性增强，导致Ca2﹢内流增加而使心肌收缩力增加，心率加快。在肾脏的试验中证明，加压素等通过cAMP使细胞膜物理性质改变，增加对水的吸收。

四、cAMP对细胞代谢和免疫功能的调节

cAMP调节细胞的众多代谢过程是通过调节酶的活性来实现的。在有ATP存在的条件下，PKA可以激活细胞内许多代谢关键酶活性（如脂肪酶）或抑制某些酶的活性（如有活性的糖原合成酶I），最终导致某些代谢反应的加速或抑制。1962年Krebs等人研究了cAMP对糖原合成和糖原分解酶系的调节。肾上腺素及胰高血糖素等激素可使，cAMP水平升高，激活PKA，PKA进而激活糖原磷酸化激酶，使糖原磷酸化酶磷酸化，从而使糖原磷酸化酶从无活性的β构型转变为有活性的α构型，后者催化糖原分解为1-磷酸-葡萄糖。cAMP水平降低，可通过PKA使糖原合成酶去磷酸化，导致具有活性的糖原合成酶α构型转变为无活性的糖原合成酶β构型，从而抑制糖原的合成。cAMP还能激活糖酵解中的一个关键酶——磷酸果糖激酶，催化6-磷酸果糖生成1，6，-二磷酸果糖。另外，cAMP还能阻止ATP对磷酸果糖的抑制。此外，，cAMP还可通过PKA激活脂肪蛋白激酶，使脂肪水解关键酶——脂肪酸磷酸化而激活，从而促进脂肪水解为甘油和游离脂肪酸。脂肪酸被转移到血液中，结合在血清白蛋白里，然后被转运到其他组织中，特别是心脏、肌肉、肾等组织，进入脂肪酸β-氧化和三羧酸循环中，产生能量ATP，为细胞生化功能提供直接的能源。cAMP还可激活碳酸酐蛋白激酶，后者可使碳酸酐酶磷酸化而激活，催化CO？形成碳酸，碳酸再电离出H+，对调节细胞的酸碱平衡有重要调节作用，而且，此过程可使胃酸增多，有利于消化。