PAX2基因新发突变致儿童肾发育异常的结构与功能研究及其临床表型拓展

本研究首次系统报道中国儿童PAX2基因突变的临床与遗传特征，通过AlphaFold 3（AF3）结构预测和HK-2细胞功能实验，证实5个新发变异（RMSD 1.1-43.6 ?）通过抑制细胞增殖（PCNA/MCM2/KI67）导致肾发育异常（CKD5期占比50%），并发现肝功能障碍和精索鞘膜积液等新表型，为早期基因诊断和干预提供关键依据。

　　

研究背景

PAX2基因（OMIM#167409）作为关键转录因子，在肾脏和眼部发育中发挥核心作用。该基因位于10号染色体（10q24.3-10q25），包含12个外显子，其中外显子2-4编码DNA结合结构域（配对盒结构域），外显子5和7分别编码八肽基序和同源结构域，外显子8-9则编码转录激活域。研究表明，PAX2纯合突变小鼠会因完全缺失肾脏而致死，而杂合突变则导致输尿管芽分支减少和肾单位数量不足，最终引发肾脏发育异常和功能缺陷。PAX2相关疾病以常染色体显性方式遗传，主要累及肾脏和眼部，表现为肾发育不良、肾囊肿、膀胱输尿管反流（VUR）及视网膜异常等。

研究方法

本研究回顾性分析2015年1月至2024年10月期间于中山大学附属第一医院儿科肾脏风湿中心确诊的10例PAX2突变患儿的临床资料。通过全外显子测序（WES）鉴定突变，并采用Sanger测序验证家族遗传模式。利用AlphaFold 3（AF3）进行蛋白质结构预测，通过PyMOL（v3.1）计算野生型与突变型蛋白的Cα均方根偏差（RMSD），以评估结构扰动。功能实验采用人肾近端小管上皮细胞系HK-2，通过慢病毒转染构建突变型PAX2表达模型，通过Western blot检测Flag、PCNA和α-Tubulin蛋白表达，RT-qPCR分析PCNA、MCM2和MKI67 mRNA水平，并通过细胞计数绘制增殖曲线。

研究结果

临床特征

10例患儿（男6例，女4例）均为散发病例，中位发病年龄4.2岁（范围：胚胎期至11.9岁）。所有患儿均存在蛋白尿和/或镜下血尿，9例伴有肾发育不良（8例双侧，1例左侧），4例检出肾囊肿，5例进展至慢性肾脏病5期（CKD5），其中4例接受肾移植（平均移植年龄10.4±1.0岁）。眼部异常见于5例患者，表现为视野缺损、生理盲点扩大或视盘水肿。此外，本研究首次报道肝功能障碍（伴肝纤维化）和精索鞘膜积液作为潜在新表型。

遗传变异

共鉴定出9种PAX2 heterozygous突变，其中5种为新发变异：c.161T>C（p.Ile54Thr）、c.335G>A（p.Trp112）、c.1230_1238del（p.Thr411_Pro413del）、c.482del（p.Leu161Cysfs5）和c.424_c.427delAAAGinsTTTCAGCAGCC（p.Lys142delinsSerGlnPro）。ACMG分级显示c.424_c.427delAAAGinsTTTCAGCAGCC为致病性，c.161T>C、c.335G>A和c.482del为可能致病性，c.1230_1238del为意义未明。

结构预测

AF3模型显示突变导致显著构象改变：c.161T>C（RMSD=43.6 ?）引起全局结构破坏，c.482del（RMSD=9.2 ?）和c.1230_1238del（RMSD=7.0 ?）导致C端结构域剧烈变形，而c.335G>A（RMSD=1.1 ?）和c.424_c.427del（RMSD=1.2 ?）虽全局变化轻微，但局部DNA结合域发生关键残基扰动。

功能验证

Western blot显示c.335G>A和c.482del分别产生13 kDa和31 kDa的截短蛋白，且c.482del表达量显著降低。RT-qPCR和增殖实验表明，c.161T>C、c.335G>A和c.1230_1238del显著抑制PCNA、MCM2和MKI67表达（p<0.05），所有新发变异均削弱HK-2细胞增殖能力（72小时细胞计数下降>40%，p<0.01）。

讨论

本研究首次整合AF3结构预测与细胞功能实验，证实PAX2新发变异通过破坏蛋白质构象（RMSD 1.1-43.6 ?）和抑制细胞增殖通路，导致儿童肾发育异常和快速进展至ESKD。发现的肝纤维化和精索鞘膜积液表型拓展了PAX2相关疾病的临床表现谱。尽管存在回顾性研究和部分患者检查不全的局限性，结果仍凸显PAX2突变在儿童肾病中的关键作用，强调早期基因诊断和肾保护干预的重要性。

结论

PAX2基因突变是中国儿童肾发育异常的重要遗传病因，新发变异通过结构-功能双重机制致病。肝功能障碍和精索鞘膜积液可能为全新表型。建议对疑似患儿进行全面眼科、听力及影像学评估，并通过WES早期明确诊断以改善预后。