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第一部分β肾上腺素受体与P13K信号通路在成年小鼠心脏中的交互作用及其早期信号级联反应目的：β肾上腺素受体(β-adrenergic receptors, PAR)对心率、心肌收缩力等心脏功能有重要的调控作用。在成人以及成年的动物,持续激活βAR可引起心肌肥厚。另外,在左心室去负荷(left ventricular unloading)治疗过程中,βAR激动剂可防止左心室萎缩。目前,对活化的βAR促进心肌生长相关机制的理解基本是通过长期使用βAR激动剂的动物模型来获得的。然而,心脏βAR活化后早期的信号级联反应却仍然不清楚。本研究旨在阐明心脏βAR活化后早期的信号调控机制,并探讨早期信号活动与心肌肥厚及萎缩之间的联系。方法：以成年雄性野生型C57BL/6小鼠和β1/β2AR双重基因敲除(β1/β2 DKO)小鼠为研究对象。小鼠经腹腔注射生理盐水、异丙肾上腺素(isoproterenol, ISO)、福莫特罗(formoterol)或多巴酚丁胺(dobutamine),30分钟或4小时后取左心室、肺、肝脏、肾脏等组织,分析组织裂解物中P13K的活性、相关蛋白的磷酸化水平以及有关mRNA的表达水平。结果：在成年雄性C57BL/6小鼠,急性激活pAR可显著提高心心脏P13K的活性,并明显增加心脏中Akt和ERK1/2的磷酸化水平,但对肺和肝脏中的Akt和ERK1/2的磷酸化水平则没有明显的影响。在β1/β2 DKO小鼠,同样的处理却不能引起相应的改变。β2AR选择性激动剂福莫特罗(formoterol)可以活化野生型小鼠心脏的Akt(也称蛋白激酶B)和ERK1/2(细胞外信号调节激酶1和2),β1AR优势激动剂多巴酚丁胺(dobutamine)则不能,说明心脏PAR-PI3K信号通路交互作用具有β2AR特异性。β2AR的急性活化还能显著提高多个Akt下游信号分子的磷酸化水平,包括mTOR(哺乳动物雷帕霉素靶蛋白),p70S6K(核糖体蛋白S6激酶1),核糖体蛋白S6, GSK-3a/β(糖原合酶激酶-3α和β),和FoxO1/3a(叉头状转录因子家族蛋白1和3a)。βAR的活化也可时间依赖性地降低肌肉特异性泛素蛋白连接酶E3的组分蛋白atrogin-1和MuRF1(肌肉无名指蛋白1)的mRNA水平。结论：(1)小鼠心脏βAR和P13K信号通路之间有交互作用,这种交互作用是β2AR特异性的；(2)小鼠心脏β2AR活化早期可激活多个信号级联反应,包括ERK1/2, PI3K/Akt及其下游的mTOR/p70S6K/S6信号轴,GSK-3α/β和FoxO1/3a;(3)这些信号活动引起atrogin-1和MuRF1的mRNA水平的降低,可能与心肌肥厚及左心室去负荷条件下的抗心肌萎缩有关；(4)深入了解β2AR活化与这些信号活动之间错综复杂的相互作用有助于理解心肌生长的病理生理,可为探寻心肌肥厚及萎缩的早期治疗靶点提供重要线索。第二部分β肾上腺受体通过PI3K/Akt信号通路调控新生小鼠心肌细胞的增殖目的：在发育早期的心脏中,虽然可检测到β肾上腺素受体(βAR)及其配体,甚至配体合成所需的酶,但却没有兴奋-收缩偶联。在成年小鼠中,慢性βAR活化会引起心肌的肥大。我们之前的数据表明P13K的活性在心肌发育过程中受到高度调控,在胚胎和新生阶段该激酶活性较高,而在成年阶段活性则较低。我们还发现,改变β2AR可引起心肌特异性P13K信号通路的相应变化,说明在心脏中存在βAR和P13K间的交互作用。本研究的主要目的是澄清该作用的生理效应,尤其是对心肌增殖的调控,并探讨可能参与这种调控的信号途径。方法：新生C57BL/6小鼠先经腹腔注射非选择性βAR阻滞剂普萘洛尔(10mg/kg),一小时后再注射EdU(5乙炔-2’-脱氧尿苷,50mg/kg),4小时后取心脏组织制备石蜡切片,通过免疫荧光染色检测EdU和α-辅肌动蛋白-2以观察心肌细胞的增殖情况。为检测相关信号激酶,新生小鼠用普萘洛尔处理30分钟,随后裂解心脏组织,检测裂解液中的P13K活性及Akt、GSK-3α/β、FoxOs、mTOR、p70S6K、S6和ERK1/2等蛋白的磷酸化水平。结果：阻断βAR显著降低新生小鼠心脏中处于增殖状态的心肌细胞数(处理组19.0±3.1/视野vs对照组30.4±2.2/视野,p<0.05)和增殖指数(增殖心肌细胞数/总细胞核数,处理组6.2±1.0%vs对照组11.7±0.9%,p<0.05)。用普萘诺尔阻断新生小鼠的pAR引起心脏中P13K的活性显著下降,并导致P13K下游多个效应因子的磷酸化水平降低,包括Akt、GSK-3α/β、FoxO1/3a。但急性阻断βAR对于mTOR/p70S6K/S6信号通路的活性不引起功能性改变,对于ERK1/2的活化也没有影响。结论：本研究不但证实了在新生小鼠心脏中存在PAR-PI3K交互作用,还阐明了此通路在心肌细胞增殖中的重要作用。深入研究这一信号转导活动将有助于理解围生期心脏发育的机理,特别是心肌细胞由增殖向肥大转换的调控机制,并可能为治疗急性心梗和心衰提供新的治疗途径。