**研究背景**：心源性猝死（SCD）在心血管疾病引起的死亡中占据显著比例，其中恶性室性心律失常是主要病因。这种失常通常源于心肌在结构或功能负担下发生的电生理和组织重塑。以往研究已表明，线粒体功能障碍与心律失常密切相关，ATP 合成的减少与活性氧（ROS）生成的增加会导致细胞和离子功能异常，进而引发心律失常。ROS通过氧化和激活钙钙调素依赖性激酶 II（CaMKII）来引发心律失常。相关研究显示，Pak1激活的信号通路能有效保护心肌细胞免受缺血和压力负荷的损害，因而其引起的肌膜和线粒体功能异常可能成为调整心律失常的重要治疗靶点。进一步研究发现，Pak2在心脏稳态的细胞调节中发挥关键作用，涉及离子通道活性、钙处理和心脏收缩。
心脏特异性缺失Pak2的小鼠在内质网应激或压力负荷状态下会出现内质网应激反应缺陷、心脏功能障碍及心肌细胞死亡，基因芯片分析显示这一现象与IRE1/XBP1信号通路有关。而诱导Pak2活化可改善内质网功能及心脏性能，减少细胞死亡并预防心力衰竭。这些结果暗示Pak2介导的内质网应激调节在心肌肥厚中可能具有保护作用。目前尚缺乏Pak2在心脏氧化应激与损伤中的直接保护证据。 为此，西南医科大学的谭晓秋、雷鸣及张春祥教授团队在《Advanced Science》杂志上发表了题为《P21-Activated Kinase2 as a Novel Target for Ventricular Tachyarrhythmias Associated with Cardiac Adrenergic Stress and Hypertrophy》的文章，揭示Pak2在心脏儿茶酚胺应激和肥厚相关的室性心律失常中的重要角色及干预价值，显示Pak2是研发新型有效抗心律失常药物的潜在靶点。
**研究方法**：本研究采用高分辨率荧光标测（optical mapping）技术，比较Langendorff灌注的Pak2缺失小鼠（Pak2cko）与对照小鼠（Pak2f/f）心脏及心肌细胞中的动作电位持续时间（APD）、钙瞬变（CaT）等电生理指标的变化。同时，对不同组小鼠的心脏电交替、异位搏动及折返活动进行监测。
**研究结果**：1. Pak2缺失破坏钙离子稳态并增强室性心律失常的易感性。在急性异丙肾上腺素诱导的心脏应激与慢性压力超负荷（TAC）引起的心室肥厚条件下，探讨Pak2信号通路对心室心律失常倾向的保护作用。对比Pak2缺失（Pak2cko）与对照小鼠在有无TAC应激的心脏电稳定性和钙离子处理的结果显示。在正常状态下，两组小鼠心电标志性指标相似，但Pak2缺失小鼠QT间期延长；在急性异丙肾上腺素应激条件下，Pak2缺失小鼠的室性心动过速发生率更高；在TAC处理五周后，Pak2表达下调，Pak2缺失和TAC处理的组合导致心脏肥厚和功能障碍更为严重，室性异位搏动和心动过速/心室颤动（VT/VF）频率增加。同时，Pak2缺失及TAC刺激的联合作用显著降降低总体生存率。
通过进一步的高分辨率荧光标测及膜片钳技术，比较了Pak2缺失与对照小鼠心肌细胞的电生理变化。基线状态下，两组心脏室性心律失常的发生率没有显著差异，但急性异丙肾上腺素刺激增加了Pak2缺失心脏的VT发生率，TAC处理后 Pak2缺失心脏的室性心律失常发生率也显著上升。
Pak2缺失的心脏及心肌细胞APD与CaT均呈上升趋势。TAC和Pak2缺失加重了钙交替频率及发生率，同时增强了异丙肾上腺素对钙交替的影响，进一步加剧了TAC诱导的膜电位与钙瞬变的延迟。Pak2缺失心脏在TAC处理后出现APD交替，诱发异位搏动、折返激动及折返路径的形成，影响了动作电位的传导方向，导致折返性心律失常路径的形成。
2. Pak2的过表达可缓解异丙肾上腺素或TAC诱导的心律失常。研究者建立了可诱导心脏特异性过表达 wild-type Pak2的小鼠（Pak2ctg模型），超声心动图显示模型小鼠与对照小鼠心脏功能正常。Pak2ctg小鼠在异丙肾上腺素刺激后，室性心律失常的发生率及持续时间明显降低；在TAC处理七周后，对照小鼠的室性异位搏动频率显著增加，而Pak2ctg/TAC组小鼠室性异位搏动频率则显著降低，并且Pak2的激活抑制了压力负荷诱导的心肌肥厚。
在电生理学和钙离子相关指标方面，Pak2ctg/TAC心脏未出现Pak2缺失心脏中相似的膜电位、钙离子光学标测重构及钙交替异常，而对照小鼠在TAC处理后显示出折返激动及异常钙离子处理的特征。
3. 单个Pak2缺失心脏肌细胞显示出异常的钙动态变化。研究者分析Pak2cko、Pak2cko/TAC、Pak2f/f及Pak2f/f/TAC心室肌细胞中的Ca2+瞬变。急性异丙肾上腺素与慢性5周TAC刺激下，Pak2cko肌细胞比相应对照组的自发Ca2+瞬变（SCT）和Ca2+振荡（CO）发生率更高，且Pak2cko/TAC心肌细胞的Ca2+瞬变衰减时间常数显著延长。
4. Pak2缺失小鼠的心脏显示出线粒体生物合成和氧化磷酸化的缺陷。通过对Pak2缺失和对照小鼠的心室组织进行蛋白组学及磷酸化蛋白组学分析，发现Pak2缺失组的多种应激相关蛋白显著上调，且KEGG与GO富集分析显示Pak2缺失引起氧化磷酸化相关代谢途径显著富集。
通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）法探讨与样本表型相关的蛋白质及磷酸化蛋白质模块，共构建出五个蛋白质模块。其中青绿色模块与表型严重程度显著相关，富集分析则表明与心肌病及氧化磷酸化过程相关。应用类似方法分析磷酸化蛋白质模块，也发现青绿色模块与表型严重度存在显著相关性，且富集分析显示与心肌病和三羧酸循环过程相关。
本研究还探讨了Pak2缺失对TAC诱导的心脏氧化应激、线粒体结构与功能的影响。結果显示TAC诱导的慢性心脏应激使Pak2f/f/TAC与Pak2cko/TAC组的ROS水平明显高于假手术组，且Pak2cko/TAC组的ROS水平高于Pak2f/f/TAC组。透射电镜观察显示Pak2cko/TAC心肌细胞的线粒体结构异常更加明显，同时该组的ATP合成显著降低，与线粒体形态变化一致。
通过差异蛋白组学分析发现，与应激相关的蛋白质在心脏线粒体中富集，Pak2缺失小鼠的线粒体内差异蛋白数量与其他组存在显著不同。进一步研究表明，Pak2缺失小鼠的线粒体电子传递链复合物 I-V 显著显少，且其复合物 I（NDUFs）的表达和活性明显下降，这说明单独缺乏Pak2并不足以引起显著损伤。
5. NOX4/ROS介导的CaMKII通路激活为Pak2在TAC诱导心脏电重构中的作用提供支持。研究中发现 Pak2缺失组心脏内NOX4显著增加，且Pak2cko/TAC小鼠的ox-CaMKII、p-CaMKII表达水平及ROS水平高于Pak2缺失小鼠，进一步证明Pak2基因敲除加剧异丙肾上腺素刺激对NOX4、CaMKII及ROS产生的影响。测量氧气消耗率（OCR）发现，TAC处理降低了氧气消耗率，且Pak2基因敲除加重了TAC诱导的线粒体功能障碍。
6. Pak2的过表达能修复异丙肾上腺素与TAC诱导下的线粒体功能损伤。通过对Pak2ctg、Pak2ctg/TAC、Pak2WT及Pak2WT/TAC的比较试验，结果显示Pak2过表达可有效减少ROS产生、改善TAC造成的线粒体损伤，并降低Pak2ck心肌细胞的线粒体异常数量。研究者重点探讨了NOX4/ROS/CaMKII通路在Pak2过表达中的心脏保护作用，结果发现Pak2ctg/TAC心肌细胞中NOX4及ox-和p/t-CaMKII的表达低于Pak2WT/TAC小鼠，而即便在异丙肾上腺素浓度加倍的情况下，Pak2ctg小鼠中ROS和p-CaMKII的增加均低于Pak2WT，证实Pak2过表达可以通过NOX4/ROS/CaMKII信号通路发挥心脏保护作用。
7. Pak2激活剂JB2019A在急性异丙肾上腺素刺激及慢性TAC诱导的心肌肥厚和心律失常方面表现良好。为了研究Pak2作为心肌肥厚和心律失常新靶点的可行性，研究者开发了小分子Pak2激活剂JB2019A，并证实其具有剂量依赖性的Pak2激活效应。研究发现，该分子可有效结合Pak2的自抑制结构域，诱导Pak2的构象变化，稳定其活性状态，Western blot验证其能增加磷酸化Pak2的表达。在急性应激和慢性TAC条件下，JB2019A能有效减轻心律失常与心脏重构。
在急性异丙肾上腺素刺激下，JB2019A显著降低了Pak2f/f小鼠的VT发生率，但对Pak2缺失小鼠的影响相对较小。整体而言，JB2019A能显著降低心脏异位搏动的发生率，并能改善TAC诱导的心肌肥厚，而在不影响心肌细胞横截面积及HW/BW比值的情况下显示出良好的心脏功能恢复。
研究还发现，JB2019A显著减少了氧化应激，降低了ROS水平及线粒体结构变化，并抑制了TAC诱导的ox-CaMKII增加，显示对CaMKII信号通路的抑制作用或提供了抗心律失常的潜在靶点。
最后，研究者检测了人类心脏组织中Pak2与NOX4的表达，发现与窦性心律的患者相比，接受体外循环的心房颤动患者心房附件组织中的Pak2表达下降而NOX4表达升高。
**结论**：总体而言，本研究首次揭示了Pak2在心脏应激及肥厚相关室性心律失常中的保护作用。Pak2通过调控线粒体功能和ROS生成，保持细胞内钙稳态，进而减少心律失常的发生。Pak2激动剂JB2019A的开发为未来抗心律失常药物的研制提供了新的方向，展示了**尊龙凯时**在生物医疗领域的创新潜力。