背景及概述[1-2]
肌激酶亦称腺苷酸激酶，可逆地催化两分子ADP产生一分子ATP及一分子AMP的酶。在哺乳动物中存在三种同工酶，即AK1、AK2和AK3。腺苷酸激酶(肌激酶)（AK）家族同工酶是细胞内核苷酸合成的机器。核苷酸既是核酸结构的组成部分，又在细胞代谢、许多生物合成途径以及细胞信号转导中作为化学能的来源或作为活化的中间体，又或作为辅酶的成分发挥作用。由于细胞膜上没有其相应的载体蛋白，并且带负电荷的磷酸基团会阻止其通过膜扩散，所以所有核苷酸需要在细胞内合成。在哺乳动物细胞中核苷酸的合成有两种途径，一种称为从头合成途径，另一种为补救途径，这两种途径都涉及到许多核苷和核苷酸激酶。核苷酸合成缺陷会引起一些疾病，但现缺乏有效的治疗方法。增加有关核苷酸的合成代谢途径知识，对于疾病的诊断和治疗非常重要。
腺苷酸激酶(肌激酶)同工酶[2-3]
腺苷酸激酶(肌激酶)是一种参与能量代谢并调节细胞内不同区室腺嘌呤核苷酸比例稳定的酶。它们可逆的催化ATP和AMP之间磷酸基团的转移，并释放2分子ADP。虽然有些AKs可使用其它磷酸盐为供体并磷酸化其它底物，但是所有AK的优底物是AMP，其主要供体是ATP。AKs的结构包含三个功能域：包含结合磷酸供体的CORE结构域，LID结构域和底物结合位点。在没有配体结合的情况下，AK处于“开放式”构象。一旦与磷酸供体（ATP或者其他）结合，伴随着LIDdomain的关闭，底物就会被结合。发生磷酸基团的转移，会产生两个结合的ADP，其中一个ADP会随着LIDdomain的打开随后被释放。LIDdomain的打开会对底物结合点发出信号使其打开并释放第二个ADP。哺乳动物组织中AK的几种亚型已被确立。人体组织中的九个不同的AK同工酶已被确定和表达，并根据它们被发现的顺序被命名为AK1-AK9。AKs的序列比对和进化树分析如图。
腺苷酸激酶(肌激酶)1[2]
AK1是主要的细胞质AK亚型，其基因位于9q32。它在人体大部分组织中都有表达，但在骨骼肌、脑和红细胞中表达量最高。AK1没有磷酸供体特异性，它可以使用所有的三磷酸核苷作为磷酸供体去磷酸化AMP和相对少的dAMP。红细胞中AK1的缺乏是一种与溶血性贫血相关的罕见疾病。虽然有一些病例在AK1低酶活性的基础上被记录和诊断，但是只有极少数病例被鉴定为遗传缺陷。在日本溶血性贫血患者中，发现单个碱基的替换导致AK1第128位精氨酸突变为色氨酸。这种替换导致了AK1的酶活降低为野生型的44%，并引起其轻微的热不稳定性和电泳迁移率的改变。患者的母亲和哥哥有同样的突变，但是却没有贫血的症状。因此，在某些情况下，红细胞可以规避由于AK1不足引起的严重后果。在意大利，一个孩子患有先天性溶血性贫血，其体AK1的第164位酪氨酸被半胱氨酸替代，引起AK1酶活性下降，酶活下降的原因可能是由于在额外的半胱氨酸残基上形成了二硫键导致。而且，在两例轻度慢性溶血性贫血的病例中，纯合的无义突变导致截短的AK1完全丧失活性。
腺苷酸激酶(肌激酶)2[2]
AK2是位于线粒体内膜中的主要腺苷酸激酶(肌激酶)亚型，其基因位于1p34.Northernblot分析表明，AK2的mRNA在肝脏，心脏，骨骼肌和胰腺中含量较高，在肾脏，胎盘和大脑中略少。然而，AK2的蛋白在肝，肾和心脏中呈高表达，在肺和骨骼肌中呈低表达[22]。线粒体中AK2的缺陷与人类疾病相关。已有文献表明，编码AK2的基因突变与网状组织发育不全有关，这是先天性人类联合免疫缺陷病最严重的形式。该疾病的症状主要是粒细胞和淋巴细胞较少甚至没有，胸腺和次级淋巴器官发育不全，先天性、适应性体液免疫和细胞免疫缺陷。该酶在线粒体中的定位暗示其在造血前体细胞增殖和凋亡的能量需求中起着关键作用。最近的研究表明，网状组织发育不全除了能引起出生几天后的致命性败血症，还能引起感觉神经性耳聋。有关AK2在细胞凋亡中的作用中，有研究表明AK2能与FADD和Caspase-10结合形成复合物从而激活一种新的细胞凋亡通路。
腺苷酸激酶(肌激酶)3[2]
AK3位于线粒体基质中，它在肝，脑，心脏，骨骼肌和肾脏中高表达。人类AK3基因的染色体定位于9号染色体的短臂（9p24）。AK3对底物和磷酸供体的要求具有特异性，因为它仅可以使用GTP和ITP来磷酸化AMP。
腺苷酸激酶(肌激酶)4[2]
1992年，人类AK4基因被确定，因为其序列与牛AK3的非常相似，所以它最初被命名为AK3[27]。然而，当小鼠和大鼠的AK4被鉴定后，人类AK3被重命名为人类AK4，因为它与鼠的AK4的序列有较高相似性。AK4存在于线粒体基质，其基因位于1p31。该酶主要在富含线粒体的组织中表达，如脑，心脏，肾脏和肝脏。AK4既可以以ATP或GTP作为磷酸供体催化dAMP，CMP和dCMP的磷酸化，又可以以UTP作为磷酸供体磷酸化AMP。将AK4的基因序列导入线粒体后，发现位于其N端第11位的氨基酸残基，与磷酸供体结合区域非常接近。导入分析表明，线粒体中导入的序列不被切割，因此在进入线粒体以后该酶仍然保持其活性。ADP/ATP移位酶（ANT）是一种线粒体内膜蛋白，其可以与线粒体外模上的电压依赖性阴离子通道（VDAC）形成复合物（VDACANT）。VDAC-ANT复合物的最重要的功能是使ADP穿梭进入线粒体并将ATP泵出线粒体，从而维持细胞的能量平衡。有研究报道ANT为AK4的相互作用蛋白质，发现其与AK4能够发生相互作用。因此AK4可以调节腺苷酸平衡，从而影响细胞的存活和增殖。此外，由于ANT和VDAC能形成可以调节线粒体膜通透性，因此，我们假设AK4可能是通过与ANT的相互作用间接调节线粒体膜通透性的。AK4基因在低氧环境下（1%O2，5%CO2，94%N2）培养的人肝癌细胞系（HepG2）和人胚胎肾细胞（HEK293）中的表达呈相反的趋势，在HepG2细胞中AK4的表达明显下调，然而，在HEK293细胞中其表达明显上升，并且HepG2细胞的增殖速度明显减弱，凋亡细胞明显增多；但是，HEK293细胞具有正常的增值速度与凋亡率。暗示，AK4基因的表达对于低氧应激细胞具有保护作用。
腺苷酸激酶(肌激酶)5[2]
AK5存在两个主要的变体，它们的区别在于N末端的不同，其中一个变体N末端具有额外的26个氨基酸。AK5定位于细胞质或细胞质和细胞核，这主要决于其具体亚型，与大多数其它AK的多组织表达相比，该酶的几乎只在脑中表达。AK5有两个独立的功能域，分别命名为AK5p1和AK5p2。当以ATP或GTP作为磷酸供体磷酸化AMP，dAMP，CMP和dCMP时，AK5的全酶和它的两个结构域具有相似的活性[31]。人体AK5基因染色体定位于1p31。在两例非病毒免疫介导的边缘脑炎患者中检测到针对AK5的自身抗体。尽管给以皮质类固醇，免疫球蛋白静脉注射（IVIG）和血浆置换等治疗，但是该患者预后不良，并且迅速发展成老年痴呆症。
腺苷酸激酶(肌激酶)6[2]
AK6为定位于细胞核的AK亚型，AMP和dAMP是AK6的首选底物，CMP和dCMP次之。所有的NTPs和dNTPs均可作为其磷酸供体，但CTP和UTP是其首选磷酸供体。AK6的核定位以及磷酸供体的广泛性，表明它可能在调节细胞核中ATP/ADP和GTP/GDP的比率中发挥作用。尽管AK6的组织分布尚未确定，但根据数据库分析，它几乎在所有的正常组织中表达。AK6的基因位于5号染色体长臂（5q13）。
腺苷酸激酶(肌激酶)7[2]
AK7是定位于细胞质的AK亚型，其长度比其它已确定单功能域的AKs要长一些，其他单功能域AKs的长度大约在172到239个氨基酸之间，AK7的全长cDNA表达显示，其能够产生一个含有656个氨基酸的蛋白质，而根据数据库信息，AK7的基因产物预期为723个氨基酸。这是由于在该基因的末端存在终止密码子，所以AK7基因有可能存不只一个转录变构体。该酶不仅可以以ATP作为磷酸供体磷酸化AMP，dAMP，CMP和dCMP，还可以以GTP作为磷酸供体磷酸化AMP，CMP和dCMP。AK7基因的染色体定位于14号染色体的长臂（14q32）。AK7的表达似乎具有组织局限性，主要表达于纤毛上皮细胞丰富的组织中，如肺脏，乳腺，气管，睾丸和骨骼肌中，其活性与纤毛功能有关。近期研究表明，AK7的表达与人类疾病有关，主要是由于其表达仅限于富含纤毛的上皮细胞组织。运动型纤毛需要动力蛋白臂以及ATP水解产生的丰富能量。纤毛功能障碍会导致一种称为原发性纤毛运动障碍的疾病，这种疾病会导致反复性的呼吸道感染，通常发展成支气管扩张症，在成年期可引起肺衰竭。原发性纤毛运动障碍的患者会伴有一些先天性病症，如脑积水，视网膜变性，听力损伤和智力缺陷。分析吸烟者或曾经有吸烟史人的支气管上皮样细胞的基因表达谱，发现了一些新的支气管富集基因，包括与先天免疫和纤毛形成相关的基因和AK7。AK7基因缺陷小鼠模型表现出原发性纤毛运动障碍的典型病理特征，如微管缺陷，纤毛摆动频率降低，脑积水，精子畸形，粘液积聚和对过敏原的严重呼吸道反应。
腺苷酸激酶(肌激酶)8[2]
AK8是另一种定位于细胞质的AK亚型，其基因位于第9号染色体的长臂（9q34）。虽然AK8也像AK5一样有两个结构域，但是与AK5的不同之处在于AK8只存在一个转录变构体。当AK8的两个结构域单独表达时，他们都表现出相似的AK活性。由于该酶有非常高的磷酸化活性，因此AK8蛋白的一条多肽链中可能含有两个功能性结构域。全长AK8和它的两个结构域以ATP作为磷酸供体磷酸化AMP，dAMP，CMP和dCMP，以GTP作为磷酸供体磷酸化AMP，CMP和dCMP。数据库信息显示，AK8主要表达于肝脏，胰腺，肺脏，气管和睾丸中，AK8是在上皮细胞迁移过程中起负调节作用的基因之一。
腺苷酸激酶(肌激酶)9[2]
最新发现的AK9基因定位于6q21。AK9的表达谱表明其在脑下垂体，气管，胸腺，睾丸，乳腺中呈高表达，在脑，咽，子宫，脾脏和淋巴结中表达量稍低。用GFP融合蛋白进行亚细胞定位研究表明，该蛋白质缺少亚细胞靶向信号，AK9是一种可以在细胞质和细胞核之间自由扩散的蛋白质。该酶以ATP作为磷酸供体磷酸化AMP，dAMP，CMP和dCMP，而当GTP作为磷酸供体时，主要是CMP被磷酸化。
主要参考资料
1.营养科学词典
2.人类腺苷酸激酶(肌激酶)家族中几个新亚型及其功能特点
3.腺苷酸激酶(肌激酶)与细胞凋亡