小髌骨综合征(small patella syndrome;SPS),是一种罕见的常染色体显性遗传疾病,由TBX4突变导致。SPS其典型的特征是髌骨不发育或发育不良;患者往往伴随有骨盆和股骨出现异常。另外,TBX4突变亦可导致儿童期肺动脉高压(childhood onset pulmonary arterial hypertension;PAH),主要临床特征为肺部毛细血管发育不良,腺泡发育不良。但TBX4突变后导致罕见病的发生机制仍不清楚,本文通过建立细胞模型,初步探究了 TBX4突变后对其通路的影响作用。首先,我们从一例患有SPS症状的家系中,采集得到患者的全血样本,经高通量测序分析和Sanger测序验证,发现了该家系患者中均存在TBX4错义突变c.1241C>T(p.P414L),且该位点未报道,为新发突变。为了更加全面的研究TBX4错义突变的发病机理,我们选取了先前报道的c.256G>C(p.E86Q)和c.743G>T(p.G248V)突变位点进行共同研究。这两个突变位点均位于T-box DNA结合结构域,是从具有典型SPS临床表现的患者中报道的,因此我们推测这两个突变是致病的,但其致病性尚未在功能上进行表征。由于TBX4的突变可导致SPS与PAH的发生,该两种疾病分别与后肢骨骼发育和肺部血管组织相关,而且TBX4蛋白在肺和气管的间充质以及下肢中高表达,所以我们选取人脐带间充质干细胞(MSCs)与肺癌细胞(A549)作为细胞模型,建立并筛选出表达TBX4野生型(TBX4wt)与突变型(TBX4mt)的稳定细胞株,来进一步探究TBX4突变后导致疾病发生的分子机制。因为TBX4影响中胚层分化并在后肢形态发生中起重要作用,因此我们进行了间充质干细胞成骨分化实验,探究发现TBX4突变降低了 MSCs的成骨分化活性。为了进一步探索由TBX4突变引起的细胞表型变化,使用稳定表达TBX4wt/mt的MSCs和A549细胞株进行β-半乳糖苷酶染色以鉴定衰老细胞,结果表明在MSCs与A549细胞中,TBX4mt对细胞衰老的促进作用均强与TBX4wt,表明TBX4的致病变异可能导致更快的细胞衰老。TBX4作为转录因子,可与其下游靶基因FGF1O的启动子区域结合,调控FGF10的转录功能,相关文献研究发现TBX4-FGF10通路对于后肢的发育有重要的调节功能,所以本文对TBX4突变是否对该通路有影响进行了探究。我们通过实时荧光定量PCR发现,表达TBX4mt的MSCs细胞中FGF1O mRNA的表达量显着降低,表明TBX4涉及FGF1O表达的起始或维持,TBX4的突变会导致其转录活性的降低。为了进一步说明FGF1O转录受到抑制的原因,我们进行了染色质免疫共沉淀(ChIP)与双荧光素酶报告基因实验,结果发现TBX4突变体进入细胞核仍然可以结合其靶基因FGF10的启动子,但结合能力有所减弱。综上所述,我们的研究发现了一例新的TBX4突变位点,与已报道的两个位点共同研究发现TBX4突变会引起TBX4-FGF10通路功能异常,初步揭示了 SPS发生的分子机制,并为SPS的临床管理提供了重要信息。