肝脏通过糖原分解和糖异生产生葡萄糖，并能够将其转化为甘油三酯来进一步储存，从而在葡萄糖稳态中发挥核心作用。作为空腹期间葡萄糖的主要来源，肝葡萄糖生成(HGP)受到严格控制以维持正常血糖。HGP失调会导致高血糖，这是2型糖尿病的决定性诊断和主要病理因素。因此HGP受到全身营养状态和激素信号水平的综合调节。在肝细胞中，胰岛素与胰高血糖素的平衡通过糖酵解和氧化磷酸化调节酶通量，将碳驱动到氧化或合成途径。除了底物驱动通量，激素还在这些过程中调节编码限速酶的基因的转录。关键的限速酶包括葡萄糖激酶 (GCK)、丙酮酸脱氢酶激酶 4 (PDK4)、葡萄糖 6-磷酸酶 (G6PC) 和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PCK1)。与可以在体内使用同位素和光谱方法评估的底物通量不同，转录调控只能在体外评估（比如活检）。因此，我们对转录调控的了解主要来自动物模型。目前所知的HGP转录调控的关键因子已经通过遗传和细胞生物学方法得到了验证。

迄今为止，我们对激素依赖性 HGP 转录调节因子的了解主要来自转基因和基因敲除小鼠。肝脏中有大约 1,200 个转录因子，其中很大一部分受激素的功能调节。转录因子FoxO1 在糖原分解中起着主导但非排他性的作用。遗传上位性研究表明 FoxO1介导了胰岛素受体、IRS1/2和 AKT1/2 信号传导，然而，其基因敲除并未完全消除葡萄糖产生的激素调节。该核心通路对胰岛素调节HGP的所需程度仍然存在争议，这也说明有其他转录因子的参与。

为了填补这一知识空白，本文作者采用PCK1基因启动子在不同激素调节水平下在肝细胞和肝脏中进行DNA亲和纯化，联合使用蛋白质质谱分析对受到激素调控的转录因子进行系统分析。通过这种方法，作者发现排名最高的转录因子是TOX4。TOX蛋白已知在免疫系统和癌症中发挥作用。TOX4通过和PTW/PP1磷酸酶形成复合物参与调控染色质结构和细胞命运，但是它在代谢调控中的功能完全未知。本文作者通过叠加遗传、转录组和小鼠代谢表型的综合研究发现TOX4表达与肥胖、脂肪变性和高血糖都有相关性，说明TOX4可能参与代谢疾病的发生。

本文作者进而通过基因功能性缺失小鼠模型来探索TOX4在肝脏代谢中的功能，并深入研究其是否参与2型糖尿病中异常的肝葡萄糖生成。他们首先发现环腺苷酸（cAMP）跟地塞米松(Dexamethasone)可以在原代肝细胞中调控TOX4与PCK1跟G6PC启动子的结合来介导HGP。TOX4敲降或敲除可以减少原代肝细胞和肝脏中的葡萄糖产生并增加葡萄糖耐量以及提高胰岛素敏感性。肝脏中 TOX4 和 FoxO1 的联合基因敲除对提高葡萄糖耐量和降低糖异生具有累加作用，说明二者是并列关系。与FoxO1敲除不同，TOX4 敲除无法逆转胰岛素受体敲除带来的葡萄糖代谢紊乱，说明TOX4介导的对HGP的调控是不依赖于胰岛素受体的。

这些结果证明TOX4与FoxO1是通过平行的两条通路来的共同调控HGP。在分子水平上，作者发现TOX4和FoxO1通过结合PCK1启动子上不同的DNA位点来共同调控PCK1的表达。进一步研究发现TOX4的蛋白表达在非酒精型脂肪肝跟糖尿病患者的肝脏、饮食诱导的肥胖小鼠和基因型糖尿病小鼠（db/db）的肝脏中有显著增加。在后两种小鼠模型中，敲降肝脏TOX4可显著降低血糖并改善葡萄糖耐量。

图文摘要

综上所述，本文发现了TOX4是一个不依赖胰岛素受体的新的调控肝葡萄糖生成的转录因子，它参与调控糖尿病病理过程，因此可能做为2型糖尿病治疗新的药物靶点。

哥伦比亚大学汪丽恒博士为该研究的第一作者和共同通讯作者。哥伦比亚大学糖尿病研究中心主任Domenico Accili教授为本文的共同通讯作者。本项研究受到了NIH（NIDDK）职业发展奖K01的支持。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2021.11.013