PAK3在心肌肥大中的作用和机制研究

Heart failing, which is contributed by cardiac remodeling, is the end stage of all the cardiac deseases. There is few drug for cardiac remodeling, resulted in poor prognosis of heart failure. We observed PAK3 activity was increased in hypertrophic myocytes as well as TAC model. Thus, we speculate that PAK3 is a key kinase in cardiac remodeling. Here we applicate this study to discover the detail role of PAK3 in cardiac remodeling. Negtive-domain PAK3(ND-PAK3) is used to interupt PAK3 and its downstream signaling in TAC model to explore its potential anti-remodeling effect.

心室重构是各种心脏损伤最终导致心力衰竭的主要原因，心肌细胞肥大，凋亡加速，组织纤维化增加是心室重构的重要病理改变。申请人所在团队在国内外首先发现小G蛋白Rac1的下游分子PAK3在心肌肥大的过程中显著激活。提示PAK3可能是促进心肌肥大、心脏重构的重要调节因子，是抗心室重构治疗的潜在靶点。为了证明上述假说，我们引进了PAK3基因敲除小鼠，拟在离体和在体两个方向，探讨其诱导心肌肥大的具体机制。同时利用无活性PAK3（ND-PAK3），采用基因转染的方式，特异性地干扰PAK3及其下游通路，观察该疗法抑制心室重构的作用。

PAK3作为Rho GTPase家族信号通路下游的重要效应分子，在细胞存活、细胞增殖、细胞骨架重塑等方面发挥着重要作用。PAK 家族中的三种蛋白PAK1、PAK2 和PAK3 在心肌细胞中均有表达，PAK1、PAK2已被证实在心肌肥厚中发挥作用，但PAK3 在心室重构中的作用及其信号通路尚无报道。本研究拟进一步探讨PAK3在心肌肥大中作用及机制。我们首先通过Western blot 与免疫组化均显示在心衰患者、主动脉缩窄术后的小鼠心肌组织及体外诱导的肥大心肌细胞中，PAK3 的磷酸化水平均明显增加，提示PAK3 的磷酸化可能与心肌肥厚病理过程相关。进一步动物实验发现，小鼠主动脉缩窄术后4 周内PAK3 敲除组小鼠存活率较野生型小鼠明显增加（85.0% Vs 70.0%）；术后四周PAK3 敲除组小鼠心室腔显著减小，左室舒张末期内径（LVEDd）及左室收缩末期内径（LVESd）与野生型相比均明显减少，心功能明显改善；敲除组小鼠心脏体重比（HW/BW）、心脏胫骨长度比（HW/TL）均显著低于野生型组，HE 染色发现，敲除组心肌细胞横截面积明显低于野生型小鼠；RT-PCR 示PAK3 敲除组的ANF、BNP 及β-MHC 均显著低于野生型小鼠；Mason 染色亦可见PAK3 敲除后心肌纤维化程度较野生型明显减少。与在体实验相符，加入血管紧张素II 后，shPAK3敲减组心肌细胞截面积明显小于对照组。进一步机制研究发现质粒转染过表达PAK3后，PAK3心肌细胞横截面积较对照组增大，同时伴随着Raf1-ERK1/2 信号通路的激活，心肌细胞过表达PAK3 的同时用特异性抑制剂或RNAi的方法抑制c-Raf 和ERK 的活化后，心肌细胞肥大的表型可被逆转。本研究证实PAK3可通过Raf1-ERK1/2 通路发挥促心肌肥大的作用，提示干预PAK3相关信号通路可作为临床上治疗心肌肥大的潜在靶标。