《Children》：Whole Exome Sequencing Reveals Promising Genes Associated with Congenital Renal Parenchymal Anomalies in Greek Children
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背景：先天性肾尿路异常（congenital anomalies of the kidney and urinary tract, CAKUT）包含广泛的畸形谱系，构成儿童终末期肾病（end-stage kidney disease, ESKD）的首要病因。尽
背景：先天性肾尿路异常（congenital anomalies of the kidney and urinary tract, CAKUT）包含广泛的畸形谱系，构成儿童终末期肾病（end-stage kidney disease, ESKD）的首要病因。尽管已有广泛研究，仅约10%的病例可明确单基因病因，而可变的 penetrance 和外显率提示更为复杂的疾病机制。表观遗传及环境因素亦被牵涉其中，进一步增加了阐明这类异常病因的难度。方法：研究人员对47例孤立性、非综合征型先天性肾实质异常患儿进行了全外显子组测序（whole exome sequencing, WES）。结果：在四个基因（BBS1、PKHD1、XPNPEP3 和 KCTD1）中发现了变异，这些基因均在肾发生（nephrogenesis）中发挥已确立的作用，且在其综合征型疾病临床谱中可涉及 CAKUT。此外，还检测到 GREB1L 基因的一个变异，该基因先前已被报道与 CAKUT 相关。WES 分析在10.6%的患者中识别出候选变异，与可比较 CAKUT 研究中报告的诊断率一致。携带变异的基因参与关键生物学过程，包括信号通路、纤毛功能和线粒体生物学，支持其进一步研究的相关性。结论：研究人员的发现支持 WES 作为识别临床相关变异和拓展 CAKUT 遗传景观的有价值工具。
本文发表于《Children》，研究人员针对先天性肾尿路异常（CAKUT）的遗传学病因开展了一项全外显子组测序（whole exome sequencing, WES）研究。CAKUT 是儿童慢性肾病（chronic kidney disease, CKD）和终末期肾病（end-stage renal disease, ESRD）最为常见的病因之一，其发生率为每1000例活产3至6例，占产前超声检出先天性异常的20%至30%。CAKUT 谱系涵盖肾实质缺陷（如肾缺如、肾发育不全、肾发育不良及多囊性发育不良肾）和尿路异常（如肾盂输尿管连接部梗阻、膀胱输尿管反流、梗阻性或反流性巨输尿管，以及后尿道瓣膜等尿道异常）。尽管多数病例为散发病例，但高达20%存在家族聚集现象，提示显著的遗传贡献。目前，单基因病因约占12%至20%的 CAKUT 病例，其中以 PAX2 和 HNF1B 最为常见，二者合计可解释高达15%的病例；另有4%至11%与拷贝数变异（copy number variants, CNVs）相关。此外，表观遗传机制亦被牵涉其中。鉴于仅约10%的病例能明确单基因病因，且可变 penetrance 和外显率提示更为复杂的疾病机制，深入探索 CAKUT 的遗传学病因具有重要的临床和科学意义。
研究人员纳入了2019年4月至2023年3月期间就诊于希腊约阿尼纳大学医院的47例无关白种人儿童，均为孤立性先天性肾实质异常且非综合征型表现，均无已知综合征特征、染色体不平衡或肾外异常。纳入的肾实质异常类型包括：单侧肾缺如（unilateral renal agenesis, URA）20例、马蹄肾8例、多囊性发育不良肾（multicystic dysplastic kidney, MCDK）9例、肾低发育不良（renal hypodysplasia, RHD）5例及异位肾5例。所有影像学检查均在该院放射科完成，包括腹部超声、排尿性膀胱尿道造影、
99mTc-DMSA 扫描及利尿性肾图。研究人员利用 QIAsymphony DNeasy 试剂盒从外周血细胞提取基因组 DNA，采用 NEXTflex Rapid DNA-Seq kit 2.0 构建文库，xGen Exome Research Panel v2 进行外显子捕获，在 NovaSeq 6000 平台上进行150 bp paired-end 测序。数据分析采用 BWA-MEM2 将测序读段比对至 GRCh37 参考基因组及 rCRS 线粒体基因组，GATK v4.2.14 进行单核苷酸变异（single-nucleotide variants, SNVs）和插入缺失（insertions/deletions, INDELs）检测，3bCNV 进行 CNV 检测。变异注释和优先级排序采用内部设计的 EVIDENCE v4 生物信息学流程，结合 Ensembl Variant Effect Predictor（VEP），依据2015年 ACMG/AMP 指南进行自动化分类，并通过内部开发的 GEBRA 平台整合人类表型本体论（Human Phenotype Ontology, HPO）术语计算表型相似度以优先排序基因。所有自动分类均需经人工核查验证。
研究结果显示，在47例患儿中，5例（10.6%）检测到潜在相关变异，涉及 BBS1、PKHD1、XPNPEP3、GREB1L 和 KCTD1 五个基因，另有一例女性马蹄肾患儿经核型分析确诊为 Turner 综合征（mos 45,X[30]/46,XX[20]），因其通过细胞遗传学检测诊断而未纳入 WES 候选变异检测率。
BBS1 基因变异：在一例 MCDK 女性患儿中检出杂合变异 c.1169T>G（p.Met390Arg）。BBS1 与 Bardet-Biedl 综合征（BBS）相关，该综合征为常染色体隐性遗传纤毛病，具有多系统受累特征，可变地表现为肾缺如、发育不良、囊肿、马蹄肾及膀胱输尿管反流等肾脏异常。该变异在 gnomAD 中频率极低（0.00157%），REVEL 评分0.66，3Cnet 评分0.98，ClinVar 中26次提交归类为致病/可能致病，ACMG/AMP 标准下被评为致病性。但由于仅为单一杂合变异，尚不足以确立常染色体隐性遗传病的分子诊断或证明其对 MCDK 表型的因果性。
PKHD1 基因变异：在一例 MCDK 患儿中发现杂合变异 c.5060T>C（p.Ile1687Thr）。PKHD1 与常染色体隐性多囊肾病（autosomal recessive polycystic kidney disease, ARPKD）相关，编码纤维囊素（fibrocystin），调控平面细胞极性和肾小管结构。该变异 SIFT、REVEL（0.95）及 CADD（24.7）均提示有害，gnomAD 等位基因频率仅0.001%，被评为可能致病。然而未检出第二致病等位基因，应视为单等位基因候选变异，其临床贡献不确定。
XPNPEP3 基因变异：在一例肾低发育不良男性患儿中检出移码变异 c.260_266del（p.Ala87GlyfsTer19）。XPNPEP3 编码线粒体氨肽酶，与肾痨（nephronophthisis, NPHP）相关。该变异引入提前终止密码子，位于催化性 AMP_N 和 prolidase 结构域上游，预测触发无义介导的 mRNA 降解（nonsense-mediated decay, NMD），导致完全功能丧失。该变异为首次报道，gnomAD 中缺失，虽在常染色体隐性 XPNPEP3 相关肾病背景下可能符合可能致病标准，但单一杂合状态使其对肾低发育不良的贡献仍为假设性。
GREB1L 基因变异：在一例单侧肾缺如患儿中检出未经报道的杂合错义变异 c.7A>C（p.Asn3His）。GREB1L 参与视黄酸信号通路，该通路对肾脏发育和输尿管芽形成至关重要，此前已被报道与 CAKUT 相关。该变异位于外显子1转录起始位点附近，gnomAD 及 ClinVar 均未收录，按 ACMG 标准归类为意义未明变异（variant of uncertain significance, VUS）。鉴于 GREB1L 在肾脏发育中的已知作用，该变异具有潜在相关性，但致病意义待确定。
KCTD1 基因变异：在一例 MCDK 女性患儿中检出杂合错义变异 c.1910A>G（p.Asn637Ser）。KCTD1 与常染色体显性 Scalp-Ear-Nipple（SEN）综合征相关，编码蛋白通过 BTB 结构域抑制多种转录因子活性，调控发育过程中的关键基因表达程序，并参与 WNT/β-catenin 信号通路。该变异影响 BTB 结构域内保守残基，gnomAD 频率仅0.001%，尽管 in silico 预测（REVEL 0.32；3Cnet 0.04）未提示有害效应，但按 ACMG 标准被评为可能致病。
讨论部分，研究人员首先指出10.6%的候选变异检出率与既往 WES 研究报道的4.8%至14%的诊断率相符，强调了肾道畸形复杂的遗传学架构。研究人员特别讨论了单等位基因变异在经典常染色体隐性遗传基因（BBS1、PKHD1、XPNPEP3）中的解读困境：在缺乏分离分析和功能验证的情况下，这些变异应谨慎解释为候选发现或假设生成性发现，而非确定性分子诊断，其可能反映遗传易感性、修饰效应或偶然的携带者状态。BBS1 变异方面，研究人员指出 BBS 基因在肾发生中的确立作用及 BBS 患者中常见的肾脏受累， supports 在 CAKUT 队列中进一步研究这些基因以阐明其对疾病易感性的潜在贡献；PKHD1 变异方面，研究人员提及 HNF1B 调控 PKHD1 转录、其破坏导致肾囊肿形成的 mouse model 证据，支持 PKHD1 在 CAKUT 发病机制中的潜在作用；XPNPEP3 变异方面，研究人员强调其线粒体角色及对肾纤毛功能的影响目前认识尚不完全，需更多功能和遗传学研究；GREB1L 变异方面，研究人员指出该基因已报道与肾缺如、低发育不良、肾积水等 CAKUT 表型相关，但基因型-表型相关性仍可变；KCTD1 变异方面，研究人员强调该基因与孤立性 CAKUT 的直接关联仍有限，其临床意义不确定。此外，研究人员还讨论了一例 Turner 综合征（45,XO）伴马蹄肾的病例，指出 Turners 综合征患者肾脏异常发生率高达70%，推荐所有确诊个体进行常规肾脏学筛查。研究人员亦承认研究局限性：WES 检测深层内含子变异、结构重排（包括 CNV）及表观遗传修饰的能力有限；缺乏父母分离分析限制了对 VUS 的解读；寡基因和多基因相互作用的可能贡献提示需要扩展分析框架，包括基因组测序、转录组学和表观基因组分析。
研究结论指出，WES 可作为研究儿童肾组织异常的有用探索性工具，10.6%的患者中发现候选变异，但结果应谨慎解读，因缺乏分离和功能研究。隐性遗传基因中的单拷贝变异可能作为促成因素或偶然发现而非直接致病原因。BBS1 和 PKHD1 中的单等位基因变异，以及 KCTD1 和 GREB1L 等候选调控基因中的变异，应谨慎解读，可能代表潜在的疾病修饰因子或促成因素而非确定性致病变异。总体而言，WES 凸显了 CAKUT 中既有的和新出现的遗传通路，支持儿科肾脏病学中改进诊断和个体化管理的应用。
