肝脏是哺乳动物再生能力最强的内脏器官,超强的再生能力不仅是肝脏行使生理功能的重要保障,而且对于肝部分切除手术（Partial hepatectomy,PHx）、肝移植等肝病治疗手段具有重要意义。多种肝脏疾病,如肝纤维化、肝炎、脂肪肝和肝衰竭,常常导致肝脏再生能力严重下降,严重影响患者预后。因此,揭示肝脏再生的分子机制对肝病治疗具有重要的临床意义。肝再生是在一系列转录因子和化学因子调控下进行的复杂过程。肝损伤后被肝细胞感知,触发一系列细胞内事件,导致关键转录因子激活,调控相关基因有序表达,影响肝脏再生。同时,肝再生还是一个高度依赖能量的过程,肝脏损伤修复过程伴随剧烈的代谢变化,肝细胞通过代谢重编程为快速增殖提供必要的原料和能量。鉴定控制肝再生的关键转录因子一直是领域中的研究热点,并已经取得了显著进展。然而,现有研究多集中于发现调控肝细胞增殖或肝细胞命运重编程的关键转录因子和通路,通过代谢重编程影响肝再生的转录调控机制尚有待深入研究。锌指同源框2（Zinc-finger and homeoboxes 2,ZHX2）是2003年被克隆的转录因子,不仅调控与肝脏发育及肝细胞快速增殖相关的多种基因表达,并且在肝脏脂质稳态中发挥重要作用。然而,ZHX2是否影响肝再生,迄今尚无报道。本文旨在研究ZHX2在肝再生中的关键作用,解析ZHX2影响肝再生的具体机制,为肝脏相关疾病干预提供新靶点。主要方法与结果如下:第一部分肝细胞特异性敲除Zhx2显著增强肝脏再生能力为明确ZHX2在肝再生中的作用,我们利用8-10周龄肝细胞特异性敲除Zhx2小鼠（Zhx2-KOhep）及同笼对照小鼠（Zhx2-WT）构建2/3肝切除模型以及四氯化碳（CC14）诱导的急性肝损伤模型。不同时间点取材,计算肝重体重比,通过RT-qPCR、Western Blot和免疫组织化学检测肝组织中增殖相关基因的表达。发现,小鼠肝部分切除后,Zhx2-KOhep小鼠肝脏体积恢复更快,肝细胞内Cyclin D1等细胞周期相关基因及增殖相关蛋白Ki-67、PCNA在不同时间点的表达水平均高于Zhx2-WT小鼠。同样,CC14处理后Zhx2-KOhep组小鼠肝脏损伤程度更低,肝细胞增殖速度更快。综上,肝细胞特异性敲除Zhx2小鼠的肝脏修复与再生能力显著增强。第二部分敲除Zhx2肝细胞线粒体氧化磷酸化能力明显增强为明确敲除Zhx2促进肝脏再生的具体机制,我们对肝切除48小时的肝组织进行RNA-seq 和蛋白 iTRAQ（Isobaric tag for relative absolute quantitation）定量分析,结果显示差异表达基因在线粒体氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation,OXPHOS）相关的通路明显富集。进一步检测肝再生过程中肝细胞线粒体膜电势、氧耗速率、ATP等代谢指标。结果发现,肝再生过程中,Zhx2-KOhep小鼠肝组织较Zhx2-WT小鼠ATP水平更高、氧消耗更多、线粒体膜电势更高,线粒体氧化磷酸化功能更强。RT-qPCR、透射电镜等实验证明Zhx2-KOhep小鼠肝细胞中,线粒体电子传递链（Electron transfer chain,ETC）基因高表达,线粒体数目及mtDNA拷贝数更多。此外,在肝癌细胞系Huh7及成人肝细胞来源的类器官中过表达或者干扰ZHX2得到了同样的结果,即ZHX2抑制线粒体生物合成及功能。进一步使用线粒体电子传递链抑制剂二甲双胍（Metformin）干预2/3肝切除模型,发现二甲双胍预处理有效抑制肝切除后ATP水平,并明显消除Zhx2-KOhep和Zhx2-WT小鼠肝重体重比及肝细胞增殖差异。综上,肝细胞特异性敲除Zhx2促进肝细胞OXPHOS从而增强肝脏再生。第三部分ZHX2调控线粒体氧化磷酸化的分子机制为研究ZHX2调控线粒体氧化磷酸化的分子机制,对ZHX2过表达的Huh7细胞进行染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）。将ChIP-seq与上述肝再生RNA-seq进行联合分析,发现两个测序数据在线粒体氧化磷酸化通路中共有6个重叠基因。进一步通过ChIP-PCR、双荧光素酶报告基因实验证明,ZHX2明显富集在线粒体电子传递链基因（NDUFB9、SDHA、COX7C、UQCRC1）启动子区,并调控其转录。ChIP-seq结合凝胶迁移实验（EMSA）、DNA pull-down实验,确定ZHX2与上述线粒体ETC基因启动子的 Motif（AGGCAGAG）结合。线粒体的生成和功能受一系列线粒体转录因子调控,包括线粒体转录因子A（Mitochondrial transcription factor A,TFAM）、核呼吸因子 1（Nuclear respiratory factor 1,NRF1）和过氧化物酶体增殖物激活受体 1α（Peroxisome proliferator-activated receptor-γcoactlvator-1α,PGC-1α）等。为明确ZHX2是否影响线粒体相关转录因子,通过RT-qPCR及Western Blot检测过表达ZHX2的Huh7细胞、Zhx2-KOhep小鼠肝组织及干扰ZHX2的肝类器官细胞中的PGC-1α表达。结果显示,ZHX2显著抑制PGC-1α蛋白表达,但不影响其转录水平。机制研究发现,ZHX2通过促进E3泛素连接酶底物受体FBXW7（F-Box and WD repeat domain containing 7）介导的PGC-1α泛素化影响其蛋白稳定性。使用PGC-1α抑制剂（SR18292）预处理小鼠随后进行肝切除实验,发现Zhx2-WT和Zhx2-KOhep小鼠的肝重体重比、细胞增殖、ATP水平差异消失。综上,ZHX2通过促进FBXW7介导的PGC-1α泛素化抑制线粒体氧化磷酸化和肝脏再生。结论及意义:本研究首次报道ZHX2抑制肝脏再生的新作用。机制研究显示,一方面ZHX2转录抑制线粒体电子传递链部分基因表达,另一方面ZHX2降低PGC-1α蛋白稳定性,抑制线粒体生物合成和氧化磷酸化,抑制肝脏再生。我们的研究结果为调控肝损伤后的组织再生与修复、治疗肝脏相关疾病提供了新靶点和新策略。