2026年3月11日，北京家恩德运医院医学遗传中心研究团队在生殖遗传领域取得重要研究成果。以《Case Report: Biallelic PADI6 frameshift variants contribute to preimplantation embryonic lethality》为题，正式发表于国际知名期刊《Frontiers in Genetics》（JCR二区）。该研究由遗传中心检验师焦顺焘为第一作者，生殖中心谭姿辉医生、遗传中心魏天颖主任为共同第一作者，胡华莹主任、刘家恩教授为共同通讯作者。研究首次报道了PADI6基因一对"一截一延"复合杂合移码突变，并通过分子动力学模拟与多层次功能实验，系统阐明了其导致着床前胚胎致死的分子机制。

       研究背景：着床前胚胎致死的遗传之谜

       着床前胚胎致死（Preimplantation Embryonic Lethality，PREMBL）是女性不孕症的重要原因之一，其核心表现为受精卵在着床前即发生早期胚胎发育阻滞。患者往往经历反复取卵、反复受精，却始终无法获得可移植胚胎，给家庭带来沉重的身心负担。

       PADI6基因（肽酰精氨酸脱亚胺酶6型，位于1号染色体p36区）编码的蛋白在卵母细胞中高度表达，是维持卵母细胞细胞质晶格（cytoplasmic lattices）结构完整性的关键组分，对母源蛋白储存、母源-合子基因组转换（MZT）及早期胚胎发育均不可或缺。PADI6的纯合或复合杂合突变可导致PREMBL2型（OMIM #617234），是目前已知的重要单基因致病原因之一。然而，PADI6复合杂合突变的具体组合形式多样，其差异化的分子致病机制尚待深入阐明。

       核心发现：首报"一截一延"复合杂合移码突变组合

       本研究纳入一对因PREMBL就诊于我院的夫妇。女方（先证者，33岁）有5年不孕史，曾接受两次IVF治疗（GnRH拮抗剂方案）：第一周期取卵12枚，8枚受精；第二周期取卵15枚，9枚受精。然而，两次周期中所有卵裂期胚胎均在培养第3天（4～8细胞期）发生发育阻滞，无一进展至囊胚阶段，最终均未能移植。男方精液参数及激素水平均在正常范围内。

       图注：染色体核型分析、高分辨率染色体微阵列分析

       研究团队对先证者进行了系统性遗传学评估，包括染色体核型分析（550带G显带）、高分辨率染色体微阵列分析（CMA，Cytoscan 750k）及全外显子组测序（WES，Illumina NovaSeq 6000）。CMA结果显示基因组拷贝数正常，核型异常被判定为良性多态性。WES在PADI6基因（NM_207421.4）中检出两个双等位基因移码变异，经Sanger测序验证，分别来自父方和母方：

       1. c.707dupT（p.L237Afs*24）——来自父方的"截短型"突变：位于PADI6蛋白中间结构域，单碱基T的插入导致移码，引入提前终止密码子（PTC），产生仅含259个氨基酸的截短蛋白（较野生型694 aa缩短62.7%），C端结构域完全缺失。依据ACMG指南分类为"可能致病性"（PVS1+PM2+PP4）。

       2. c.2009_2010delAG（p.E670Gfs*48）——来自母方的"延长型"突变：位于PADI6蛋白C端结构域，2碱基AG的缺失导致移码，终止密码子延迟出现，产生含716个氨基酸的延长蛋白（较野生型多出22个氨基酸），C端局部结构发生显著改变。依据ACMG指南分类为"致病性"（PVS1+PM2+PP4）。

       值得特别关注的是，这两个变异的复合杂合组合在PREMBL2患者中属首次报道，且在gnomAD等人群数据库中均未见收录，进一步支持其致病性。

       图注：全外显子组测序检测出两种PADI6移码突变

       研究亮点：多维度解析差异化致病机制

       本研究的突破性发现体现在以下几个方面：

       1. 方向相反的双移码突变，揭示功能域差异化破坏：两个突变均为移码变异，但效应截然相反——c.707dupT导致蛋白截短（259 aa，缩短62.7%），c.2009_2010delAG导致蛋白延长（716 aa，延长3.2%）。这种"一截一延"的复合杂合模式在PADI6相关疾病中极为罕见，提示PADI6中间结构域与C端结构域在维持蛋白功能方面各有其不可替代的作用。

        图注：变异的保守性分析及蛋白结构分析

       2. 40 ns全原子分子动力学模拟，从原子层面阐明结构破坏机制：研究团队基于SWISS-MODEL同源建模，利用NAMD 2.9软件对野生型及两种突变体蛋白进行了40 ns全原子MD模拟。RMSD轨迹显示，L237A突变体整体构象极度不稳定；E670G突变体整体构象相对稳定，但C端在模拟后期出现明显局部漂移。RMSF分析进一步揭示：L237A突变体在第170位残基后α螺旋几乎完全消失、β折叠含量显著降低、无规卷曲大量增加；E670G突变体则在第660位残基后出现α螺旋去稳定化和β折叠减少。两种突变体在突变位点与邻近残基间的氢键数量均较野生型显著减少，从原子层面阐明了蛋白功能丧失的结构基础。

       图注： 40 ns全原子分子动力学模拟分析

       3. 多层次细胞实验验证蛋白功能完全丧失：免疫荧光（IF）实验证实两种突变体亚细胞定位（胞质分布）与野生型一致，排除定位异常；但荧光强度均显著低于野生型。Western blot检测到L237A突变体条带位于约30 kDa（预期31 kDa），E670G突变体约80 kDa（预期82 kDa），两者蛋白表达量均显著下调。qPCR同时检测到PADI6及其相互作用蛋白（CPEB1、CFL1、BTF3、ZAR1、ANLN、ECT2、YBX2）的mRNA水平均显著降低，提示SCMC复合体的级联失稳效应。

       4. 提出SCMC介导的分子致病模型，串联基因型与临床表型：基于上述多维度证据，研究团队提出了一个连贯的分子致病假说：PADI6功能丧失→皮质下母源复合体（SCMC）高级组装受阻→复合体弥散分布于胞质→无法整合入细胞质晶格→母源蛋白储存耗竭→母源-合子基因组转换（MZT）失败→胚胎在4～8细胞期发育阻滞。这一模型将基因变异、蛋白结构改变与临床表型有机串联，为PREMBL2的发病机制提供了系统性解释框架。

       图注： 免疫荧光、qPCR和Western blot功能实验验证

       临床意义：从"反复失败"到"精准诊断"

       此项研究成果对临床实践具有明确的指导意义：对于反复IVF失败、胚胎均在卵裂期阻滞、且常规检查未见异常的女性不孕患者，应积极开展全外显子组测序或全基因组测序，重点关注PADI6等SCMC相关基因的复合杂合突变。明确遗传病因不仅有助于终结患者的"诊断漂流"，更能为其提供精准的遗传咨询——包括再发风险评估（后代25%患病概率）、供卵辅助生殖的适应证判断，以及未来可能的基因治疗方向。

       研究团队同时指出，本研究作为单病例报告，其结论尚需在更大规模的PREMBL患者队列中加以验证，并通过人类卵母细胞或动物模型的功能实验进一步确认因果关系。未来研究应聚焦于：在更多患者中筛查该复合杂合组合、开展mRNA稳定性及SCMC组装的直接功能验证，以及探索PADI6变异与其他生殖表型（如复发性流产、葡萄胎）之间的潜在关联。

       团队实力：深耕生殖遗传，守护生育健康

       继2025年在《Human Genomics》《Clinica Chimica Acta》刊发先天性并指畸形、遗传性鱼鳞病相关研究后，本论文是北京家恩德运医院遗传中心在罕见分子遗传病领域取得的又一项重要学术成果。研究由我院医学遗传中心联合解放军总医院医学创新研究部及深圳大学第三附属医院生殖医学中心共同完成，体现了团队在综合运用细胞遗传学、分子遗传学与计算生物学手段解决复杂生殖遗传问题方面的综合实力。