GATA4的转录和转录后激活有助于肝脏再生

《Life Sciences》：Transcriptional and post-transcriptional activation of GATA4 contributes to liver regeneration

肝再生中GATA4的转录调控及Cul4a介导的蛋白降解机制研究。通过体外HGF刺激和体内PHx/APAP诱导的小鼠模型，发现GATA4在转录水平由c-Jun激活，蛋白水平受Cul4a泛素化降解调控，其稳定表达促进肝细胞增殖及再生。临床数据显示急性肝衰竭患者GATA4表达与肝细胞增殖正相关，与损伤程度负相关。

　　

缪秀莲|董文辉|周佳文|吴萌|龚珊文|徐艺文

中国聊城大学农业与生命科学学院生物医学研究所

摘要

目的

肝细胞在肝损伤后能够重新增殖以补充肝组织的损失，这一过程被称为肝脏再生。在本研究中，我们探讨了含有锌指结构的转录因子GATA4在这一过程中的作用。

方法与材料

我们通过用肝细胞生长因子（HGF）处理原代肝细胞来体外模拟肝脏再生过程；同时，也通过部分肝切除（PHx）或注射对乙酰氨基酚（APAP）来模拟小鼠的肝脏再生过程。

主要发现

我们发现，在肝脏再生过程中，GATA4在转录和翻译后水平上都得到了上调。c-Jun与GATA4的启动子结合并激活了GATA4的转录。此外，泛素E3连接酶Cullin 4a（Cul4a）与GATA4相互作用，促进了其降解；Cul4a的表达下调则使得GATA4得以稳定并积累。GATA4的敲低抑制了体外条件下HGF诱导的肝细胞增殖，并减弱了小鼠在部分肝切除或注射APAP后的肝脏再生能力。重要的是，在急性肝衰竭患者中，GATA4的表达与肝细胞增殖呈正相关，而与肝损伤程度呈负相关。

意义

我们的数据揭示了GATA4在肝脏再生中的新作用及其在急性肝衰竭中的潜在意义。

引言

成年肝脏中的成熟肝细胞通常处于静止状态。然而，在受到损伤时，这些已充分分化的细胞可以迅速重新进入细胞周期并开始增殖，以弥补肝组织和功能的损失[1]。从分子层面来看，肝脏再生可以被视为一个高度有序的层次化过程，该过程由配体、受体和转录因子共同调控，从而重新编程静止肝细胞的转录组[2]、[3]。在受到损伤刺激时，肝脏会产生多种促进再生的体液因子，其中最重要的是肝细胞生长因子（HGF）。Nakamura及其同事的开创性研究表明，HGF能够强烈刺激体外培养的原代肝细胞的增殖[4]。此外，在受损的肝脏中还可以检测到多种促炎介质，如IL-6、TNF-α和IL-17，这些介质也有助于肝脏再生[5]。例如，缺乏IL-6的小鼠在部分肝切除后表现出肝脏再生缺陷，更容易发生肝衰竭[6]。这些体液因子通过与各种细胞表面受体结合来触发肝细胞中的促再生信号通路。原癌蛋白c-MET是HGF的受体，它是肝脏再生的关键因素，因为c-MET的缺失会显著延缓肝脏再生[7]。另外，缺乏TNF-α受体（TNFR-I KO）或IL-17受体（IL-17RA^?/?）的小鼠在部分肝切除后也无法有效再生[8]、[9]。这些信号通路最终在细胞核中汇聚，促再生转录因子与染色质动态相互作用，从而重新编程转录过程，使肝细胞得以增殖[10]。尽管转录调控在肝脏再生中起主导作用，但翻译后调控的作用也不容忽视。

GATA结合蛋白属于一类进化上保守的转录因子家族，它们具有特征性的锌指DNA结合结构，在胚胎发育和发育后的病理生物学过程中发挥着多种作用。在脊椎动物中已鉴定出6种GATA家族成员（GATA1–6），它们具有不同的表达模式和调控功能[11]。GATA4与GATA5和GATA6一起，是主要参与肝脏发育的GATA蛋白[12]。转录组分析显示，在小鼠肝细胞中，约有4000个位点被GATA4占据，这些位点对应着约3000个基因，这些基因编码参与关键肝脏功能（如代谢和解毒）的蛋白质[13]。最近，Winkler等人的研究发现，肝窦内皮细胞（LSEC）特异性GATA4的缺失会导致小鼠肝脏再生受损[14]。在本研究中，我们探讨了肝细胞来源的GATA4在肝脏再生中的作用。我们的数据表明，GATA4在转录和翻译后水平的激活可能在肝脏再生中起着关键作用。

实验部分

动物实验

所有动物实验均经过聊城大学实验动物伦理委员会的审查和批准。肝脏衰竭是通过部分肝切除（PHx）或注射对乙酰氨基酚（APAP）诱导的，具体方法如前文所述[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。在PHx手术前两周，注射了携带针对GATA4的短发夹RNA（shRNA，序列为UUACGCGGUGAUUAUGUCCTT）的AAV8病毒，该RNA由甲状腺结合球蛋白（TBG）启动子驱动（表达量为1x10¹¹vg）。详细信息见...

GATA4的转录激活与肝脏再生同步

我们首先检测了暴露于HGF（一种典型的促再生生长因子）的肝细胞中的GATA4表达情况。QPCR数据显示，在添加HGF后12小时内GATA mRNA的表达没有显著变化；之后GATA4 mRNA的表达持续上调，在48小时时达到峰值，比基线水平增加了2倍以上（图1A）。值得注意的是，GATA4蛋白的水平在添加HGF后3小时就上调了，并且一直保持较高水平...

讨论

基于之前关于内皮细胞来源的GATA4在维持肝脏稳态中的新作用的研究[14]，我们发现肝细胞来源的GATA4在肝脏再生中起着关键作用。我们发现，在肝脏再生过程中，GATA4的表达在转录水平上得到上调，这一过程由转录因子c-JUN调控。我们的数据与先前关于c-JUN与...

作者贡献声明

缪秀莲：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施。董文辉：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施。周佳文：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施。吴萌：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施。龚珊文：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、实验实施。徐艺文：撰写

财务支持

本研究得到了国家自然科学基金（编号：82400731）和山东省自然科学基金（编号：ZR2023QH023）的支持。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。