​肝脏在葡萄糖稳态中发挥着核心作用，它在禁食期间通过糖原分解和糖异生产生葡萄糖，并根据营养物质氧化葡萄糖或将其转化为糖原和甘油三酯。作为空腹血糖的主要来源，肝脏的葡萄糖生产被严格控制以维持正常血糖。2021年12月15日，来自纽约哥伦比亚大学医学院的团队在Cell Metabolism上发表了名为“TOX4, an insulin receptor-independent regulator of hepatic glucose production, is activated in diabetic liver”的文章，发现了一种激素应答转录因子—TOX4作用于肝脏Pck1，确定其在激素控制肝葡萄糖生成方面是IR-FoxO1的替代途径。

在肝细胞中，胰岛素与胰高血糖素/反调节激素的平衡通过糖酵解和氧化磷酸化调节酶通量，驱动碳进入氧化或合成途径。除了底物驱动的通量，激素还调节这些过程中编码限速酶基因的转录。FoxO1在糖原分解中发挥着主导但非排他的作用，其消融会损害但不会完全消除激素对葡萄糖生成的调节。遗传上位性研究表明FoxO1是胰岛素受体的主要中介，IRS1/2和AKT1/2信号转导。然而，胰岛素调节HGP需要该信号模块的程度仍存在争议，与额外的TFs的参与相一致。环AMP(cAMP)响应元件结合蛋白(CREB)及其共激活因子也在介导胰高血糖素和其他应激激素调节的糖异生中发挥重要作用。

研究人员采用了从激素反应的Pck1启动子中提取DNA亲和纯化，并在肝细胞和肝脏中进行质谱分析，以确定激素调节的转录因子。利用这一策略，发现了胸腺细胞选择相关的高迁移率组(HMG)盒因子4 (TOX4)，它是HMG盒超家族的成员。TOX蛋白在免疫系统和癌症中发挥重要作用，可能是调节染色质结构和细胞命运的PTW/PP1磷酸酶复合物的组成部分。在覆盖遗传、转录组和小鼠代谢表型的基础上，已经出现了TOX4表达与肥胖、脂肪变性和高血糖的相关性，进一步表明了TOX4的代谢作用。

为了确定这一分子功能是否在HGP中发挥作用，研究人员使用编码TOX4短发夹RNA (shRNA)的腺病毒进行了功能丧失研究。在原代肝细胞转导后，观察到与对照组shRNA相比，TOX4水平下降了90%。D/C诱导丙酮酸和乳酸产生葡萄糖降低了30%，而胰岛素的抑制作用在TOX4-sh转导的原代肝细胞中基本保持不变。基因表达分析显示，D/C诱导Pck1和G6pc的能力分别下降了20%和60%。研究人员使用小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA)来降低TOX4 mRNA，得到了相同的结果。这些数据表明，D/C完全诱导HGP需要TOX4。

研究人员对禁食16小时的动物肝脏进行了RNA测序(RNA-seq)，研究了TOX4的全基因组靶基因。差异基因表达分析显示，与对照组相比，450个mRNA水平升高，217个mRNA水平降低。基因本体论分析发现上调的基因与免疫应答和病毒感染相关，而下调的基因富集在羧酸和脂质代谢中。重要的是，糖代谢基因如Pck1、Ppargc1a、Igfbp3、Gcgr和Irs2在TOX4 KD肝脏中显著降低，符合糖异生的减少，而Gck、Hk1和Hk3升高，进一步证实了TOX4在糖酵解中的作用。由此研究人员证明了肝脏TOX4水平的降低与葡萄糖生产的减少和糖酵解的增加有关。

总之，在本研究中，研究人员采用“功能丧失”的方法，探讨了TOX4在糖尿病饮食和遗传模型中的肝脏代谢功能，并研究了其在人类糖尿病肝脏中的表达，得出了TOX4在调节肝细胞葡萄糖生产方面具有重要作用，与典型的FoxO1-胰岛素受体(IR)通路平行的结论，或为糖尿病病理机制的阐明和治疗手段的拓展提供了新视野。

参考文献：Wang L, Yu J, Zhou Q, et al. TOX4, an insulin receptor-independent regulator of hepatic glucose production, is activated in diabetic liver [published online ahead of print, 2021 Dec 9]. Cell Metab. 2021;S1550-4131(21)00541-6.

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撰文：孙廿一

编辑：刘振兴

审核：张贤钦