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临床上已发现PRKAG2基因变异与PRKAG2心脏综合征发生相关,该病的典型病理特征表现为心室预激、心肌肥厚和糖原储积。在本研究中,我们对PRKAG2心脏综合征患者进行遗传分析,对鉴定出的PRKAG2新变异进行了详细功能分析,探索和阐述了PRKAG2基因新变异导致疾病发生的可能致病机制。主要研究内容和研究结果如下:1.对PRKAG2心脏综合征患者基因组DNA进行测序,在同一患者中鉴定出两个PRKAG2基因新遗传变异,分别是Q172L和K291R,将带有EGFP标签的野生型PRKAG2-WT质粒和变异型PRKAG2-Q172L、PRKAG2-K291R、PRKAG2-Double（双变异）质粒转染HEK293细胞,蛋白质免疫印迹（Western Blot,WB）检测PRKAG2蛋白表达以及AMP依赖的蛋白激酶（Adenosine 5‘-monophosphate-activated protein kinase,AMPK）活性的变化,发现对于Q172L变异,无论是PRKAG2蛋白表达量还是AMPK活性,与野生组相比没有明显差异;然而对于K291R和Double变异,PRKAG2蛋白表达量和AMPK活性均明显下降;免疫荧光技术显示Q172L、K291R和Double变异均不影响PRKAG2蛋白的定位。综合上述实验表明K291R变异具有明显病理效应。2.将带有EGFP标签的野生型PRKAG2-WT质粒和变异型PRKAG2-K291R质粒转染H9C2心肌细胞,Western Blot检测PRKAG2蛋白表达和AMPK活性,免疫荧光检测蛋白定位情况。与HEK293细胞结果一致,确认K291R不影响其细胞定位,但影响PRKAG2蛋白表达和AMPK活性。进一步研究蛋白降解途径,分别用蛋白酶体抑制剂（Proteasome inhibitor,MG132）和溶酶体抑制剂（Chloroquine,CHL）处理,Western Blot检测PRKAG2蛋白表达量,结果表明相对于CHL处理,MG132处理后的实验组（K291R）相对于对照组（WT）,蛋白表达量增加更为显著,表明K291R通过蛋白酶途径降解从而导致蛋白表达减少。3.将带EGFP标签的WT和K291R质粒转染H9C2细胞,Western Blot检测与心肌肥厚通路相关蛋白的表达。相比于WT,K291R不引起蛋白激酶B（Protein kinase B,PKB即AKT）/哺乳动物雷帕霉素靶点（Mammalian target of rapamycin,m TOR）、真核细胞延伸因子2激酶（e EF2 kinase）/真核细胞延伸因子2（Eukaryotic elongation factor 2,e EF2）、钙调磷酸酶A（Calcineurin A）/活化T细胞核因子3（Nuclear factor of activated T cells 3,NFATC3）、核因子（Nuclear factor kappa-B,NF-κB）以及信号传导与转录激活因子（Signal transducer and activator of transcription,STAT3）通路变化,却导致FOXO3（Forkhead box O3）通路失活;实时定量PCR和Western检测也证实FOXO靶蛋白肌肉细胞特异性泛素蛋白连接酶1（Muscle-specific ring finger protein 1,Mu RF1）表达减少。Western Blot检测与内质网应激（剪接X盒结合蛋白1（X-box-binding protein 1,s XBP1）、磷酸化α亚基的真核起始因子2（Phosphorylatedαsubunit of eukaryotic initiation factor 2,p-e IF-2a）、转录激活因子4（Recombinant Activating Transcription Factor 4,ATF4）和转录激活因子6（Recombinant Activating Transcription Factor 6,ATF6））、自噬（苄氯素1（Recombinant Beclin 1,Beclin 1）、P62、LC3-I和LC3-II）以及纤维化（SMAD2和SMAD3）相关蛋白的表达,结果显示K291R不引起内质网应激激活、自噬增加以及纤维化通路改变。4.我们借助斑马鱼模型,通过显微注射EGFP-PRKAG2-WT和EGFP-PRKAG2-K291R质粒进斑马鱼胚胎,72 hpf后检测斑马鱼心功能指标以及进行心脏HE染色和糖原染色。结果显示K291R影响斑马鱼正常心功能,导致斑马鱼心率（Heart Rate,HR）明显增加,缩短分数（Fractional Shortening,FS）明显降低;导致斑马鱼心室壁增厚和心脏糖原储积。主要结论:1.PRKAG2 K291R是与PRKAG2心脏综合征相关的遗传变异,K291R变异会降低PRKAG2蛋白表达,降低AMPK活性。2.PRKAG2 K291R变异影响心肌肥厚相关的FOXO通路,通过抑制FOXO-3a的转录活性,使FOXO失去对其下游靶基因MURF1的作用,抑制蛋白质水解,从而导致心肌肥厚。