PAX6 基因变异致眼部疾病新机制：开启精准诊疗新方向

为探究 PAX6N124K和 PAX6R261X变异致病机制，研究人员对患者来源 hiPSC 衍生的 3D 类器官进行转录组和染色质可及性分析。结果发现 PAX6N124K导致 SOX2 和 Notch 信号通路异常，影响眼部表型。该研究揭示新机制，助力临床诊疗。

　　眼睛，是心灵的窗户，它的正常发育一直是生命科学领域备受关注的焦点。在眼睛发育的 “指挥中心” 里，PAX6 基因是一位极其重要的 “指挥官”，这个含有同源框的转录因子，对于眼睛、大脑、垂体和胰腺的发育都起着关键的调控作用。然而，就像和谐的乐章中偶尔会出现不和谐的音符一样，PAX6 基因的变异会引发一系列问题，尤其是在眼部，会导致各种各样的眼部疾病。

目前，已发现超过 500 种 PAX6 基因变异，其中致病性变异会带来不同的临床表型，眼部疾病就是最常见的表现，还可能伴有神经发育障碍、胰腺功能不全、肥胖和糖尿病等全身性特征。错义变异如果发生在 PAX6 基因的 DNA 结合配对结构域（PD），往往会导致更为严重的眼部疾病，比如双眼小眼畸形。但令人困惑的是，不同的 PAX6 基因变异为何会造成眼部表型的差异，背后的具体分子机制却一直模糊不清。这就好比我们知道了一把钥匙（PAX6 基因变异）能打开一扇门（引发眼部疾病），却不清楚这把钥匙是如何在锁芯（分子机制）里运作的。为了找到答案，来自国外研究机构的研究人员开展了一项深入的研究，其成果发表在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，从患者和健康野生型（WT）对照的皮肤成纤维细胞中获取人诱导多能干细胞（hiPSC） 。接着，使用已建立的方案将 hiPSC 诱导分化为 3D 视杯类器官。在此基础上，对这些类器官进行总 RNA 测序，分析基因表达变化；同时，通过 ATAC 测序足迹分析（ATACseq footprinting analysis）来研究转录因子与基因结合位点的差异。研究用到的样本来自携带 PAX6^N124K变异（表现为小眼畸形、无虹膜和视神经缺损）和 PAX6^R261X变异（表现为典型无虹膜）的患者。

PAX6^N124K小眼畸形患者视杯在分化第 35 天出现分子紊乱：研究人员将患者的 hiPSC 和 WT 对照的 hiPSC 诱导分化为 3D 类器官，培养到第 35 天时，此时的类器官处于早期视杯样发育阶段。研究发现，PAX6^N124K的 hiPSC 形成类器官的效率较低，在相同时间点，形成的类器官数量比 WT 对照组少。这一结果暗示 PAX6^N124K变异可能在早期就影响了视杯的发育进程。

转录组分析揭示 PAX6^N124K视杯的基因表达变化：通过总 RNA 测序分析，研究人员发现，与野生型和 PAX6^R261X单倍体不足的无虹膜对照组相比，PAX6^N124K视杯中的 SOX2 基因表达下调。不仅如此，Notch 信号通路的相关组件以及细胞增殖和分化的标志物也出现下调。这表明 PAX6^N124K变异可能通过影响这些关键基因和信号通路，阻碍了眼睛的正常发育。

ATACseq 足迹分析发现 PAX6^N124K视杯中转录因子结合差异：利用 ATACseq 足迹分析，研究人员进一步发现，Notch 相关基因的转录因子结合基序在 PAX6^N124K视杯中存在差异结合。这意味着 PAX6^N124K变异改变了转录因子与 Notch 相关基因的结合方式，从而干扰了 Notch 信号通路的正常功能。

综合研究结果和讨论部分，这项研究有着重要的意义。它首次揭示了 PAX6 在早期眼发育过程中对 SOX2 和 Notch 信号通路调控的新作用。此前，人们并不清楚 PAX6 基因变异是如何具体影响这些信号通路，进而导致眼部疾病的。现在，研究人员找到了关键的线索，为理解不同 PAX6 基因变异导致眼部表型差异的机制提供了重要依据，建立了基因型与表型之间的关联。这一成果不仅有助于临床医生更深入地了解 PAX6 相关眼病的发病机制，从而为精准诊断和个性化治疗提供理论支持；还为未来开发针对这些眼部疾病的潜在治疗靶点提供了宝贵的数据，为后续的转化研究指明了方向。就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为攻克 PAX6 相关眼病照亮了前行的道路。