中国儿童PAX2基因新型变异的结构与功能研究揭示基因型-表型关联及肾脏发育新机制

本研究首次在中国儿童队列中系统分析了PAX2基因突变（含5个新型变异）的临床与分子特征。通过AlphaFold 3（AF3）蛋白结构预测（RMSD 1.1-43.6 ?）和HK-2细胞功能实验，证实变异通过破坏蛋白构象和细胞增殖能力导致肾脏发育异常（如肾发育不良（kidney dysplasia）和慢性肾脏病（CKD）），并报道肝功能障碍和精索鞘膜积液等新表型，强调早期遗传诊断和肾脏保护干预的重要性。

　　

背景

PAX2基因（OMIM#167409）作为关键转录因子，在肾脏、眼睛等多器官发育中发挥核心作用。该基因位于染色体10q24.3-10q25.1，包含12个外显子，其中外显子2-4编码配对盒结构域（paired-box domain），外显子5和7分别编码八肽模体和同源结构域，外显子8-9则编码反式激活域——这些结构域共同调控DNA识别、结合及转录活性。研究表明，PAX2纯合突变小鼠会出现肾脏完全缺失并致死，而杂合突变则导致输尿管芽分支减少和肾单位数量不足，进而引发肾脏发育异常和功能缺陷。其分子机制主要与抗凋亡活性和促进细胞增殖能力相关。

PAX2相关疾病属常染色体显性遗传病，主要累及肾脏和眼部，常见表现包括肾发育不良、肾囊肿、膀胱输尿管反流（VUR）和视网膜异常。由于该病罕见且具有高度临床和遗传异质性，中国儿童中的相关报道仍较为有限。

材料与方法

研究回顾性纳入了2015年1月至2024年10月期间于中山大学附属第一医院小儿风湿肾病中心确诊的10例PAX2突变患儿。所有患者均经全外显子组测序（WES）确诊，其中9例通过家系Sanger测序验证遗传来源。收集的临床数据包括人口学特征、首发症状与年龄、肾脏及肾外表现、基因检测结果、肾脏病理特征以及慢性肾脏病（CKD）分期。

新型变异致病性依据ACMG指南评估，并通过AlphaFold 3（AF3）进行蛋白质三维结构预测，使用PyMOL（v3.1）进行结构比对，以Cα均方根偏差（RMSD）量化构象变化。功能实验选用人肾近曲小管上皮细胞系HK-2，通过慢病毒转染构建野生型与突变型PAX2表达细胞系，采用Western blot、RT-qPCR及细胞增殖实验评估变异对细胞增殖相关标志物（如PCNA、MCM2、MKI67）的影响。

结果

患者临床特征

10例患儿中男性6例、女性4例，中位发病年龄4.2岁。所有患者均存在蛋白尿和/或镜下血尿，其中9例检出肾发育不良（8例双侧，1例左侧），4例伴有肾囊肿，2例确诊VUR。5例患者进展至CKD 5期，其中4例接受肾移植，移植时平均年龄为10.4±1.0岁。肾活检结果显示2例为局灶节段性肾小球硬化（FSGS），1例呈节段性系膜及内皮细胞增生。

肾外表现

5例患者出现PAX2相关眼部异常，包括视野缺损、弱视、生理盲点扩大、视盘边界模糊及视盘水肿等。此外，研究还记录到此前未报道的表型：1例男性患儿检出右侧精索鞘膜积液，1例出现肝功能障碍（ALT 115 U/L，AST 165 U/L），肝活检提示轻度肝纤维化，另1例表现左耳听力障碍。

基因突变谱

共鉴定出9种不同的PAX2 heterozygous突变，其中5个为新型变异：c.161T>C（p.Ile54Thr）、c.335G>A（p.Trp112）、c.1230_1238del（p.Thr411_Pro413del）、c.482del（p.Leu161Cysfs6）和c.424_c.427delAAAGinsTTTCAGCAGCC（p.Lys142Leufs*41）。ACMG分类显示最后一例为致病性变异，前三者为可能致病性，c.1230_1238del为意义未明。家系验证提示6例为新生突变（de novo），3例遗传自无症状父母。

结构预测与功能分析

AF3结构建模显示，新型变异可引起不同程度蛋白构象扰动，RMSD值介于1.1–43.6 ?。其中c.161T>C（RMSD=43.6 ?）和c.482del（RMSD=9.2 ?）导致严重全局结构破坏；c.1230_1238del（RMSD=7.0 ?）引起C末端反式激活域显著变化；而c.335G>A和c.424_c.427del变异虽全局RMSD变化较小（1.1–1.2 ?），仍造成DNA结合关键区域的局部构象失真。

功能实验表明，除已知致病性变异c.424_c.427del外，其余4个新型变异均显著抑制HK-2细胞增殖：Western blot显示c.335G>A与c.482del变异导致PAX2蛋白截短，分子量分别降至13 kDa和31 kDa；RT-qPCR进一步证实这些变异下调PCNA、MCM2、MKI67等增殖标志物表达；细胞计数与生长曲线明确显示其增殖能力受损。

讨论

本研究在国际上首次系统报道中国儿童PAX2基因新型变异谱，结合AF3结构预测与细胞功能验证，从构象变化到增殖表型层面为变异致病性提供机制证据。发现肝纤维化与精索鞘膜积液可能为PAX2相关疾病新表型，拓展了其临床表型谱。结果强调PAX2突变与儿童早发性肾病及肾外多系统异常的相关性，尤其指出患儿易早期进展至终末期肾病（ESKD），凸显遗传诊断与早期肾脏保护干预的重要性。

研究局限性包括回顾性设计、部分患者肾外评估不全以及机制探索仅限于细胞增殖表型，未深入动物模型或凋亡等通路。未来需开展多中心合作及功能深入研究以全面揭示PAX2突变致病机制。

结论

本研究鉴定出5个PAX2新型致病性变异，证实其通过破坏蛋白结构与细胞增殖功能导致儿童肾脏发育性疾病，报道肝功能障碍与精索鞘膜积液等新表型。重申PAX2突变在中国儿童肾病中的重要地位，强调基因检测与长期肾功能监测对改善预后的关键价值。