科学家阐明了ZHX2是开发急性损伤后改善肝脏恢复策略的潜在靶点

导读

线粒体功能障碍导致急性肝损伤，而线粒体调节因子，如PGC-1、α和MCJ，影响肝再生。因此，线粒体调节剂的发现可能为制定治疗策略铺平道路。在这里，ZHX2被认为是急性肝损伤过程中的线粒体调节因子。ZHX2在转录水平上抑制了多个线粒体电子传输链基因的表达，降低了pGC-1α的稳定性，导致线粒体质量和氧合酶活力下降。在肝部分切除或CCl_4诱导的肝损伤小鼠中，ZX2的缺失通过增加线粒体氧合酶来促进肝脏的恢复，而抑制pGC-1α或电子传递链可消除这些作用。值得注意的是，ZHX2在药物性肝损伤患者的肝组织中表达较高，并与线粒体质量标记物TOM20呈负相关。靶向zhx2的shRNA可有效保护CCl4诱导的小鼠肝损伤。总之，我们的数据阐明了ZHX2是线粒体OXPHOS的负调控因子，也是开发急性损伤后改善肝脏恢复策略的潜在靶点。

论文ID

题目：ZHX2 emerges as a negative regulator of mitochondrial oxidative phosphorylation during acute liver injury

译名：ZHX2在急性肝损伤中作为线粒体氧化磷酸化的负调节因子出现

期刊：Nature Communications                                       

IF：16.60

发表时间：2023.11.9

通讯作者单位: 山东大学齐鲁医学院

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43439-0

主要内容

以功能性肝细胞迅速丧失为特征的急性肝损伤严重威胁人类健康。如果不及时治疗，它很容易导致肝功能衰竭，这是一种致命的结果，目前缺乏有效的治疗，在几天或几周内。线粒体为肝细胞的快速增殖提供能量。因此，识别线粒体调节因子并深入了解它们对线粒体的调控可能为未来肝损伤治疗策略的发展铺平道路。在这里，我们发现肝细胞中ZX2的缺失通过PGC-1α依赖和独立的方式导致线粒体OXPHOS的增强，从而促进了急性肝损伤的修复。重要的是，DILI患者肝组织中ZHX2的表达与线粒体标志物TOM20和COX IV呈负相关。

以前的研究发现，ZHX2在达到一定的阈值后才能进行转录活动。因此，旨在操纵ZHX2的策略可能是促进受损肝脏修复的有用策略。后来的研究证明ZHX2在不同的生物学过程中发挥着重要作用，包括发育、代谢和癌症。有趣的是，ZHX2在肝癌和甲状腺癌中作为肿瘤抑制基因发挥作用，而在透明细胞肾细胞癌(CcRCC)中作为癌基因发挥作用，这强烈表明ZHX2以上下文依赖的方式发挥作用。在此，我们阐明了ZHX2在急性肝损伤中是一种线粒体负调控因子。使用体外、体外和体内模型，我们的数据表明，ZHX2的过表达降低了线粒体质量、膜电位和OXPHOS。相反，基因敲除或敲除ZHX2增加了线粒体的活性，如上面维持的参数所示。我们以前的工作一直表明，在NAFLD向肝细胞癌的转变过程中，zhx2的缺失促进了脂质积累，促进了NAFLD的进展，并增加了线粒体介导的脂质氧化，为肝细胞的快速增殖提供了ATP。最近，赵等人报道，ZZX2的缺失通过促进PTEN依赖的脂肪生成来增强NASH进展。由于线粒体改变在脂肪肝疾病中起重要作用，ZHX2介导的OXPHOS调控也可能参与NASH的进展。然而，线粒体的氧化能力在肥胖和NAFLD7的不同范围内差异很大，而且线粒体在NASH进展中的作用存在争议。例如，改善线粒体脂肪酸氧化可以防止非酒精性脂肪性肝炎的进展。相反，肝细胞特异性的AIF缺失表明线粒体OXPHOS的缺失对饮食诱导的脂肪变性和NASH进展具有保护作用。因此，线粒体功能障碍在人类中表现为多种疾病，其临床结果在很大程度上取决于损伤的程度和组织分布。因此，ZHX2介导的OXPHOS调控在代谢性肝病中的作用有待进一步研究。然而，ZHX2被认为是一种负性线粒体调节因子，其操作可能有利于急性肝损伤的治疗。    

阻断ZHX2基因可在体内外促进肝线粒体生物发生和OXPHOS的发生    

作为一种普遍存在的转录因子，ZHX2在转录水平上抑制许多基因的表达，如AFP、GPC3和H19。重要的是，ZHX2已被报道在转录水平上抑制肝再生过程中细胞周期调节因子Cyclin A和E24的表达。然而，ZHX2在其靶基因启动子上的结合元件仍不清楚。在这里，通过对RNAseq和CHIP-seq数据的综合分析，我们确定了一个可能与ZHX2相互作用的共识基序，该基序位于一些ETC基因的5‘-UTR区。荧光素酶活性和芯片定量聚合酶链式反应表明，ZHX2通过这个共同的基序作用于ETC基因启动子，导致转录抑制。值得注意的是，EMSA和下拉分析证实ZHX2与生物素标记的共识基序结合。以往的报道表明，ZHX2与NF-YA或relA/p65相互作用，抑制或促进基因表达。据我们所知，目前的工作是确定ZHX2的直接结合基序。值得注意的是，推测的ZHX2结合基序也位于先前报道的ZHX2靶基因中，如参与肝癌进展的Cyclin E和KDM2A。这些发现可能为研究ZHX2在基因交易调控中的功能提供参考。    

2/3 PHX和CCl4给药后，zhx2-KOhep小鼠的肝脏修复能力增强

ZHX2抑制OXPHOS的另一个机制是通过增强FbxW7的转录激活来降低pGC-1α蛋白水平，从而限制线粒体的生物发生。PGC-1α在基因和蛋白水平上被动态调节，以响应参与细胞生长、分化和能量代谢的各种信号通路。以前的报道表明，肝切除后，pGC-1α在转录水平上被迅速而显著地诱导。然而，其在肝切除后的转录后调控仍不清楚。在这里，我们利用蛋白质半衰期和泛素化分析，证明了ZHX2在蛋白质水平上调节pGC-1α。重要的是，pGC-1α的E3连接酶FBXW7在转录水平上被ZHX2上调。大量文献表明，FBXW7介导c-My的泛素化和降解，参与肝部分切除后肝细胞的“启动”。此外，ZHX2促进PTEN反激活抑制mTOR信号，抑制LPL阻断外源性脂质摄取，这也与线粒体活性有关。因此，ZHX2通过复杂的途径和信号参与急性肝损伤的修复。然而，根据我们的发现和以前的报道，在zhx2基因敲除或基因敲除小鼠中，依赖于PGC-1α的线粒体氧合酶是导致急性损伤后肝脏加速恢复的最显著的变化途径。    

ZHX2在人DILI中的表达增加及沉默ZHX2加速CCl4损伤小鼠的肝脏恢复

总结

综上所述，我们的工作确认ZHX2是线粒体功能的调节者，有助于损伤肝脏的修复。一方面，ZHX2通过与其启动子中的共同基序结合，在转录水平上抑制了ETC基因的表达。另一方面，ZHX2破坏了pGC-1α蛋白的稳定性，从而减少了线粒体的生物发生和OXPHOS。因此，本研究不仅提高了我们对ZHX2生物活性的认识，而且为治疗急性肝损伤(如DILI)和肝切除提供了潜在的策略。    

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41467-023-43439-0

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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