心源性猝死是心血管疾病死亡的主要原因之一，而恶性室性心律失常是心脏性猝死的最常见诱因。目前临床常用的抗心律失常手段，如药物及器械治疗，虽能在一定程度上控制心律，但往往难以针对疾病发生的根本病理机制，且部分治疗本身存在致心律失常风险，因此，寻找既能有效抑制心律失常、又能改善心脏结构与代谢功能的新型干预策略与靶点具有重要意义。近年来，线粒体功能障碍在心律失常发生中的作用逐渐被重视，而P21激活激酶2（Pak2）作为一种与细胞应激反应密切相关的激酶，其在心脏保护中的潜在角色开始受到关注。

2025年3月，西南医科大学谭晓秋、雷鸣、张春祥教授团队联合牛津大学、剑桥大学等多个研究机构，在Advanced Science（IF=14.1）上发表了题为“P21-Activated Kinase 2 as a Novel Target for Ventricular Tachyarrhythmias Associated with Cardiac Adrenergic Stress and Hypertrophy”的研究论文。通过构建心肌细胞特异性 Pak2 敲除（Pak2???）、过表达（Pak2???）小鼠模型，结合急性异丙肾上腺素（ISO）应激和慢性主动脉缩窄（TAC）诱导的心脏肥厚模型，系统探究 Pak2 的抗心律失常作用及分子机制。并进一步开发出新型小分子Pak2激活剂JB2019A，为临床防治心力衰竭及相关室性心律失常提供了新的潜在干预靶点与治疗策略。其中蛋白质组学与磷酸化蛋白质组学技术为机制解析提供了数据支撑。

研究思路

1.建立Pak2敲除和过表达小鼠模型并评估其心律失常表型

构建心肌细胞特异性Pak2敲除(Pak2cko)及过表达(Pak2ctg)小鼠，分别在急性异丙肾上腺素（ISO）诱导的肾上腺能应激和慢性主动脉弓缩窄（TAC）所致压力负荷性肥厚模型中，通过体表心电图、程序性电刺激及离体心脏光学标测技术，系统评估心室心律失常的易感性、动作电位时程（APD）及钙瞬变（CaT）特征，明确Pak2缺失加重而Pak2过表达减轻应激诱导的心律失常。

2.探究Pak2调控细胞电生理与钙稳态的机制

采用高分辨率光学标测技术同步记录离体心脏膜电位与钙瞬变，结合单心肌细胞钙成像及膜片钳记录，发现Pak2缺失导致APD延长、钙瞬变交替（CaT alternans）增加、钙处理异常（如自发性钙释放增强、衰减延缓），并促进折返与转子形成，从而阐明Pak2通过维持电-钙耦联稳态发挥抗心律失常作用。

3.多组学与线粒体功能层面解析分子机制

通过定量蛋白质组学与磷酸化蛋白质组学分析，发现Pak2缺失尤其在TAC应激下引起线粒体相关蛋白及磷酸化谱显著改变，富集于氧化磷酸化通路。进一步实验证实Pak2cko/TAC心肌线粒体结构紊乱、复合体I–V表达下降、ATP合成减少、活性氧（ROS）生成增加，并伴有NADPH氧化酶4（NOX4）上调和钙/钙调素依赖性蛋白激酶II（CaMKII）活化，提示Pak2通过调控线粒体氧化应激及NOX4/ROS/CaMKII轴影响电重构。

4. 验证靶向Pak2的治疗潜力

设计并应用新型小分子Pak2激活JB2019A，证实其可剂量依赖性激活Pak2，并在ISO急性应激及TAC慢性肥厚模型中有效抑制心室心律失常发生、减轻心肌肥厚、改善心功能、降低ROS水平及线粒体损伤。此外，临床心房颤动患者心房组织中也观察到Pak2下调与NOX4上调，进一步支持Pak2作为抗心律失常治疗新靶点的转化价值。

研究机制示意图

关键发现

1.Pak2缺失显著加剧心律失常易感性，破坏钙稳态。

Pak2 缺陷（Pak2???）小鼠在急性异丙肾上腺素（ISO）应激或慢性主动脉缩窄（TAC）刺激下，室性心律失常易感性显著升高。基础状态下，Pak2???小鼠 QT间期延长，ISO应激后室性心动过速（VT）发生率达 57.58%，远高于对照组的 22.5%；TAC术后5周，Pak2???/TAC小鼠室性异位搏动增多，生存率显著降低。体外 Langendorff 灌流心脏光学标测显示，Pak2???/TAC 心脏动作电位时程（APD80）和钙瞬变衰减时间（CaTD50）延长，钙瞬变交替发生率升高，且出现折返转子形成等典型心律失常特征。单个心室肌细胞钙成像显示，Pak2???肌细胞在ISO或TAC应激后，自发性钙瞬变（SCT）和钙振荡（CO）发生率升高，钙瞬变衰减时间常数延长。

图1 Pak2 缺失增加ISO或慢性TAC 刺激下小鼠心律失常的易感性

（A）实验方案示意图。（B）Pak2f/f 和 Pak2cko小鼠在不同频率 burst 刺激下心脏电生理记录。（C）ISO刺激前后室性心律失常发生率。（D）不同频率刺激下，ISO处理后VT发生率。（E）假手术或TAC术后5周心脏电生理记录。（F）假手术或TAC手术后5周室性早搏的发生率。（G）四组小鼠术后的生存曲线

2.Pak2过表达可逆转异丙肾上腺素或TAC诱导的心律失常

心肌细胞特异性 Pak2 过表达（Pak2???）小鼠可显著抵抗 ISO 和 TAC 诱导的心律失常。基础状态下，Pak2???与对照（Pak2??）小鼠心脏功能均正常；ISO 应激后，Pak2???小鼠 VT 发生率和持续时间均降低；TAC 术后 7 周，Pak2??/TAC 小鼠室性异位搏动频率从 8.33±1.20 升至 173.00±14.11（P<0.001），而 Pak2???/TAC 组降至 39.23±2.07（P<0.001）。此外，Pak2 过表达可抑制 TAC 诱导的心脏肥厚，避免左心室质量增加、心腔扩大及短轴缩短率降低。光学标测显示，Pak2???/TAC 心脏未出现钙瞬变交替和电重构，而 Pak2??/TAC 心脏可见折返形成及钙处理异常。

图2 心肌细胞特异性 Pak2 过表达减轻ISO或TAC诱导的心律失常和钙交替的易感性

(A) 实验方案示意图；(B) ISO 处理前后 VT 诱导率；(C) VT 持续时间量化；(D) TAC 术后室性异位搏动统计；(E) 钙瞬变交替热图及轨迹图；(F) 钙瞬变交替比值量化；(G) Pak2??/TAC 心脏动作电位轨迹及折返形成示意图；(H) 钙瞬变与膜电位耦合异常热图

3.Pak2缺失加剧TAC诱导的心肌氧化应激，损害线粒体功能

通过蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析显示，Pak2???/TAC 小鼠心室组织有 1268 种差异表达蛋白，其中氧化磷酸化通路（KEGG: mmu00190）显著富集。与 Pak2?/?/TAC 组相比，Pak2???/TAC 组线粒体电子传递链（ETC）复合物 I-V（NDUFs、UQCRC1、ATP5A1 等）蛋白表达下调，复合物 I 活性降低，ATP 合成减少。透射电镜显示，Pak2???/TAC 心肌细胞线粒体形态异常（肿胀、嵴断裂），活性氧（ROS）水平显著升高。加权基因共表达网络分析（WGCNA）表明，蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学中的 “绿松石模块” 与疾病表型高度相关（r 分别为 0.94 和 0.89，P<0.01），富集通路包括心肌病、氧化磷酸化和三羧酸循环。

图3 Pak2缺失损伤线粒体功能加剧TAC诱导的心肌氧化应激

(A) 蛋白质组学差异表达热图；(B) 差异蛋白 KEGG 富集分析；(C) 蛋白质组学 GO 富集分析；(D) 磷酸化蛋白质组学差异表达热图；(E) 磷酸化蛋白 KEGG 富集分析；(F) 磷酸化蛋白 GO 富集分析；(G)假手术组、TAC术后5周Pak2?/?与Pak2?/?小鼠的心脏活性氧荧光成像。 （H）对G图的量化分析。（I）小鼠的心脏活性氧荧光成像透射电子显微成像。（J）小鼠心肌中的ATP含量

4.NOX4/ROS介导的CaMKII通路激活参与Pak2对TAC诱导的心脏电重构调控

Pak2 缺失通过激活 NOX4/ROS/CaMKII 通路加剧心脏电重构。免疫印迹结果显示，Pak2???/TAC 组 NOX4 蛋白表达显著升高，而 NOX2 表达无差异；氧化型 CaMKII（ox-CaMKII）和磷酸化 CaMKII（p-CaMKII）水平上调，且与 ROS 水平变化一致。急性 ISO 应激后，Pak2???心脏 ROS 生成、NOX4 表达及 p-CaMKII 水平均高于对照组。线粒体氧消耗率（OCR）检测显示，TAC 处理降低心肌线粒体最大呼吸和备用呼吸能力，而 Pak2 缺失进一步加剧该线粒体功能障碍。

图4 Pak2缺失激活NOX4/ROS/CaMKII通路

（A,B）NOX4, NOX2, ox-CaMKII, p-CaMKII和t-CaMKII蛋白的表达；K) 对应蛋白表达量化；L) ISO 处理后 ROS 荧光成像；M) ROS 水平量化；N-O) ISO 处理后 p-CaMKII 免疫印迹及量化；P-Q) 线粒体 OCR 检测

5.Pak2激活剂JB2019A减轻TAC诱导的心脏肥厚和室性心律失常易感性

小分子 Pak2 激活剂 JB2019A（80 mg?kg?¹?d?¹，腹腔注射）可显著改善 TAC 诱导的心脏病理改变。JB2019A 能结合 Pak2 自身抑制域（AID）并激活其磷酸化，降低 ISO 诱导的 Pak2?/?小鼠 VT 发生率，减少 TAC 术后室性异位搏动数量。形态学显示，JB2019A 抑制 TAC 诱导的心肌细胞横截面积增大和心脏重量 / 体重（HW/BW）比值升高；超声心动图证实其可逆转 TAC 导致的心脏功能障碍。机制上，JB2019A 降低 TAC 诱导的 ROS 生成和线粒体结构异常，抑制 ox-CaMKII 水平升高。此外，人心房颤动组织中 Pak2 表达降低、NOX4 表达升高，与小鼠模型结果一致。

图5 Pak2 激活剂JB2019A减轻TAC诱导的心肌氧化应激和线粒体结构异常

(A,B) 荧光成像ROS表达水平；(C) 线粒体透射电镜成像；(D,E)
ox-CaMKII和t-CaMKII蛋白的表达水平； (F,G)对照与心房颤动患者心肌中Pak2与NOX4蛋白

研究总结与意义

本研究首次揭示了 Pak2 在心脏应激性心律失常中的核心调控作用，并阐明了其通过调控线粒体功能和ROS生成与氧化应激来维持细胞内钙稳态，从而减少心律失常的发生率的全新机制，并开发了Pak2激动剂JB2019A，为未来抗心律失常药物的研发提供了新方向。

科学价值： 首次发现并证实Pak2 通过调控 NOX4/ROS/CaMKII 通路及线粒体氧化磷酸化，维持心肌细胞钙稳态，发挥抗心律失常作用；明确 Pak2 缺失会加剧急性肾上腺素应激和慢性压力超负荷诱导的心脏电重构与功能损伤。

临床意义：破解传统抗心律失常药物难以针对病理机制的局限，发现 Pak2 是心脏应激相关室性心律失常的新型治疗靶点，其小分子激活剂 JB2019A 可有效改善心脏肥厚与心律失常，为心血管疾病治疗提供新方向，并进行了临床转化验证。

平台价值：依托蛋白质组学与磷酸化蛋白质组学技术，整合动物模型构建、电生理检测、线粒体功能分析等多维度实验手段，实现了从分子通路到整体表型的完整机制解析。为心血管领域的靶点发现、机制验证及药物研发提供了高效可行的技术方案。