Gstz1-KO 基因敲除小鼠

Gstz1，也称为谷胱甘肽转移酶Z1（Glutathione S-transferase Z1），是谷胱甘肽转移酶（GST）家族的一员。GST是一类在哺乳动物中发现的酶，主要分为细胞质、线粒体和微粒体GST三个亚家族，其中微粒体GST现在被称为MAPEG。Gstz1在细胞质中高度表达，并参与多种生物化学过程，包括解毒、激素合成和氨基酸代谢。

Gstz1在解毒过程中发挥着重要作用，能够与多种亲电性外源性物质，如化学致癌物、环境污染物和抗肿瘤药物结合，从而使其失活。此外，Gstz1还能够代谢内源性的α,β-不饱和醛、醌、环氧化物和过氧化物，这些物质在氧化应激过程中作为次级代谢物产生。Gstz1还能够催化白三烯、前列腺素、睾酮和孕酮的合成，以及酪氨酸的降解。Gstz1还可以与谷胱甘肽结合，从而拮抗由过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）和核因子-红细胞2 p45相关因子2（Nrf2）转录激活的基因的表达。通过代谢15d-PGJ2，Gstz1可能增强由核因子κB（NF-κB）驱动的基因表达。细胞质中的人Gstz1表现出遗传多态性，这种变异可以增加对致癌作用和炎症性疾病的易感性。在人类MAPEG中的多态性也与肺功能的变化、心肌梗死和中风风险的增加相关。小鼠基因的靶向破坏表明，细胞质中的Gstz1同工酶具有广泛的细胞保护作用，而MAPEG蛋白具有促炎活性。此外，小鼠Gstz1-1的敲除导致Alpha、Mu和Pi类转移酶的过度表达，这一观察结果表明它们是响应内源性化学信号，如4-羟基壬烯醛和酪氨酸降解产物的适应性机制的一部分。与这一假设一致，细胞质GST和MAPEG基因的启动子包含抗氧化反应元件，在接触Michael反应受体和氧化应激时，这些元件通过转录激活被激活[1]。

Gstz1/MAAI是一种双功能酶，在人类生理学、药物代谢和疾病中发挥着重要作用。MAAI在苯丙氨酸和酪氨酸的分解代谢中起着核心作用。遗传或药理抑制MAAI在动物中可能是有害的，然而到目前为止，尚未有临床疾病后果被明确归因于该酶的先天性缺陷。MAAI与Gstz1-1相同，后者能够将研究性药物二氯乙酸（DCA）转化为内源性化合物草酸。DCA是一种基于机制的Gstz1-1抑制剂，它显著降低其代谢速率并增加可能有害的酪氨酸中间体和血红素前体δ-氨基乙酰丙酸（δ-ALA）的积累。Gstz1在啮齿类动物和人类肝脏中最为丰富，其浓度在细胞质中比线粒体中高几倍。其活性和蛋白表达依赖于宿主的年龄和细胞内氯离子的水平。基因关联研究已将Gstz1或其蛋白产物与各种生理特征和病理学联系起来。Gstz1基因单倍型变异影响DCA的代谢速率，使得基因分型策略允许在临床试验中进行潜在的安全、基于基因的精确药物剂量[2]。

Gstz1基因单倍型变异影响Gstz1的表达。Gstz1-1是Gstz1家族的一个同工酶，能够生物转化研究性药物二氯乙酸（DCA）和某些其他卤代羧酸。Gstz1的单倍型变异性影响DCA的动力学和可能的毒性。DCA的代谢与Gstz1蛋白的表达相关，因此记录影响表达的因素很重要。在一项有限的前期研究的基础上，我们检验了编码单核苷酸多态性（SNP）的假设，即在Gstz1与启动子区域SNP相关的单倍型中，赖氨酸（K）氨基酸（E32>K）导致Gstz1在肝脏中的表达降低。通过分析78个来自7-84岁不同种族和民族背景个体的肝脏样本，确定了K携带者和非K携带者单倍型对Gstz1表达的影响。根据赖氨酸32的存在与否分析了Gstz1表达数据。K携带者和非K携带者单倍型之间Gstz1蛋白表达存在显著差异（P=0.001），但在非裔美国人中则没有（P=0.277）。我们将白种人中K携带者单倍型之间Gstz1表达的差异归因于G>A-1002 SNP（rs7160195）A等位基因中的K或A等位基因与G>A SNP（rs7975）之间的连锁不平衡。在非裔美国人中，这两个多态性之间没有连锁不平衡。我们得出结论，与具有非K携带者单倍型的人相比，具有K携带者单倍型的白种人Gstz1表达降低，导致酶活性降低和DCA代谢缓慢。这些结果进一步定义了基于基因的DCA慢性给药的安全剂量方案[3]。

Gstz1-1缺乏通过积累致癌代谢物琥珀酰丙酮激活NRF2/IGF1R轴。胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）信号传导在癌症的恶性进展中起着重要作用。然而，HCC中IGF1R的过表达尚未得到充分评估。我们发现，参与苯丙氨酸/酪氨酸分解代谢的酶Gstz1-1在HCC中下调，其表达与IGF1R呈负相关。机制上，Gstz1-1缺乏导致琥珀酰丙酮积累、KEAP1的烷基化修饰和NRF2激活，从而通过招募SP1到其启动子来促进IGF1R的转录。此外，抑制IGF1R或NRF2显著抑制了Gstz1敲除在体内的促瘤作用。这些发现确立了琥珀酰丙酮作为一种致癌代谢物，Gstz1-1作为通过抑制NRF2/IGF1R轴在HCC中发挥重要作用的肿瘤抑制因子。靶向NRF2或IGF1R可能是一种有希望的治疗策略[4]。

Gstz1-1下调Wnt/β-catenin信号传导。谷胱甘肽S转移酶Zeta 1-1（GSTZ1-1），一种参与苯丙氨酸分解代谢和外源性物质解毒的酶，在肝细胞癌（HCC）中起着肿瘤抑制因子的作用，但其潜在的机制尚不清楚。在这里，我们通过RNA测序的转录组分析进一步探索了GSTZ1-1在HCC中的作用。分析表明，在过表达GSTZ1-1的Huh7细胞中，223个基因上调，290个基因下调。基因本体分析表明，这些差异表达基因（DEGs）高度富集于蛋白质磷酸化、细胞周期阻滞和代谢过程。通路分析表明，代谢途径是上调基因中最丰富的富集途径，而TGF-β和Wnt/β-catenin信号传导通路在下调基因簇中突出。通路相互作用网络也显示Wnt/β-catenin通路位于簇的中心。通过qRT-PCR验证了选定DEGs的表达水平，并通过荧光素酶分析、蛋白质印迹和免疫组织化学分析在体外和体内验证了Wnt/β-catenin的参与。这些结果提供了GSTZ1-1过表达Huh7细胞中转录组的全面概述，并表明GSTZ1-1可能通过失活Wnt/β-catenin信号传导通路发挥肿瘤抑制因子作用[5]。

Gstz1缺乏通过激活KEAP1/NRF2途径促进肝细胞癌增殖。谷胱甘肽S转移酶zeta 1（Gstz1）是苯丙氨酸/酪氨酸分解代谢中的最终酶。Gstz1在癌症中失调；然而，它在HCC的发生和进展中的作用尚不清楚。我们的目标是评估Gstz1在HCC中的作用并揭示其潜在的机制，这可能有助于找到针对HCC的潜在治疗策略。首先，我们分析了配对的人类HCC和相邻正常组织标本中Gstz1的表达水平以及Gstz1对HCC患者预后的影响。之后，我们基于氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）评估了Gstz1在HCC细胞中参与有氧糖酵解的作用。此外，我们还通过在体外获得和失去Gstz1功能来评估Gstz1对HCC增殖、谷胱甘肽（GSH）浓度、活性氧（ROS）水平以及核因子红系2相关因子2（NRF2）信号传导的影响。此外，我们还研究了Gstz1对二乙基亚硝胺（DEN）和四氯化碳（CCl4）诱导的HCC小鼠模型中肝癌发生的影响。Gstz1在HCC中下调，这表明预后不良。Gstz1缺乏显著促进HCC细胞的增殖和有氧糖酵解。此外，Gstz1功能的丧失导致GSH耗尽、ROS水平升高和脂质过氧化增加，从而激活NRF2介导的抗氧化途径。此外，Gstz1敲除小鼠通过激活NRF2信号传导途径促进DEN/CCl4诱导的肝癌发生。抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸和NRF2抑制剂溴素醇有效地抑制了Gstz1敲除的HepG2细胞的生长和Gstz1-/-小鼠中HCC的进展。Gstz1在HCC中起着肿瘤抑制因子的作用。Gstz1缺乏引起的GSH耗尽导致氧化应激升高，从而持续激活NRF2抗氧化反应途径并加速HCC进展。靶向NRF2信号传导途径可能是一种有希望的治疗策略[6]。

Gstz1-1的发现、多态性变异、催化、失活和Gstz1-/-小鼠的性质。谷胱甘肽转移酶zeta（Gstz1）是催化谷胱甘肽与内源性和外源性物质反应的GST超家族蛋白成员。Gstz1-1是通过生物信息学策略发现的，该策略使用与植物GST匹配的序列搜索人类表达序列标签数据库。发现的序列被表达并称为Gstz1-1。与其他GSTs一样，Gstz1-1表现出一些过氧化物酶活性，但缺乏与大多数已知GST底物的活性。Gstz1-1还发现与顺丁烯二酸乙酰乙酸异构酶相同，它催化酪氨酸降解途径中的最终步骤。进一步的研究表明，二氯乙酸（DCA）和各种α-卤代烷基酸和α,α-二卤代烷基酸是底物。随后对人类表达序列标签数据库的搜索表明存在四种多态性等位基因：1a、1b、1c和1d；Gstz1c最常见，被指定为野生型基因。DCA被证明是人和鼠鼠Gstz1-1的k(cat)抑制剂；人Gstz1-1比鼠或鼠Gstz1-1更耐失活。蛋白质组分析显示，当Cys-16被谷胱甘肽和DCA的碳骨架修饰时，hGstz1-1失活。hGstz1-1的多态性变体在它们的失活易感性方面有所不同，1a-1a比其他变体更耐失活。Gstz1的靶向缺失导致小鼠没有表型上的区别。然而，苯丙氨酸被证明对Gstz1(-/-)小鼠有毒，这些小鼠表现出器官损伤和中性粒细胞减少的迹象[7]。

二氯乙酸剂量给药的药物遗传学考虑。研究性药物二氯乙酸（DCA）是一种代谢调节剂，已被成功用于治疗获得性和先天性代谢疾病，最近还被用于治疗实体瘤。其临床应用揭示了选择适当剂量的挑战。DCA的慢性给药导致DCA代谢的抑制和潜在积累到导致副作用水平的水平。这是因为DCA转化为草酸是由一种酶，即谷胱甘肽转移酶zeta 1（Gstz1-1）催化的，而DCA会失活Gstz1-1。Gstz1基因中的SNPs导致表达出具有不同活性和在生理条件下由DCA失活速率的酶多态性变体：这些特性导致人与人之间DCA的药代动力学存在很大差异[8]。

谷胱甘肽S转移酶Z1（GSTZ1）基因多态性与胃癌的关系。为了确定谷胱甘肽S转移酶zeta 1（Gstz1）的遗传多态性是否与胃癌有关。Gstz1基因型对胃癌（GC）风险易感性的贡献尚不清楚。在一项土耳其人群中使用基于聚合酶链反应（PCR）的限制性片段长度多态性（RFLP）方法，我们检查了GC患者（n = 73）和对照个体（n = 80）中Gstz1基因多态性的频率。对于Gstz1 A94G多态性，在GC患者组中，GG基因型的频率与对照组相比要高得多；然而，这种增加没有统计学意义。对于Gstz1 A124G多态性，GC患者的Gstz1杂合子基因型（AG）比对照组更频繁地出现；然而，它与GC的风险发展没有关联。我们没有发现Gstz1基因的A94G或A124G变异体与胃癌风险之间的显著关联。我们的数据表明Gstz1基因型与胃癌风险之间没有关联。尽管在许多工业化国家中，胃癌的发病率有所下降，但在日本、土耳其和南美洲等地区，胃癌仍然是癌症死亡的主要原因。胃癌（GC）是一种具有复杂病因的疾病，涉及相互紧密关联的感染、饮食、环境和遗传因素。尽管据估计，67%的GC可以通过实施生活方式的改变来预防，但一些个体在接触相似的潜在致癌因素时发展成GC，而另一些个体则没有，这表明遗传易感性可能在GC的病因学中也起着重要作用[9]。

机器学习和实验验证确定了肝纤维化中的铁死亡特征和创新生物标志物（ESR1和Gstz1）。靶向铁死亡是减轻肝纤维化的有效方法，然而，尚未有关于肝纤维化中铁死亡特征的报道。这项研究旨在探索这种疾病中铁死亡的特征。从GSE6764、GSE188604和癌症基因组图谱肝细胞癌（TCGA-LIHC）下载了RNAseq数据。使用了多种机器学习方法，包括加权基因共表达网络分析（WGCNA）、随机森林（RF）和支持向量机（SVM），以识别肝纤维化中的核心基因和铁死亡。WGCNA可以识别与临床特征相关的模块，有助于在复杂疾病中发现诊断和进展分子。RF和SVM通常用于WGCNA验证以提高结果准确性。使用四氯化碳（CCl4）建立小鼠肝纤维化模型以验证核心基因的表达，同时在测试和验证GEO数据集中也进行了评估。最后，还使用ROC分析研究了核心基因在肝纤维化和肝细胞癌（HCC）中的诊断作用。多种机器学习方法筛选出9个核心基因，包括IL1B、Gstz1、LIFR、SLC25A37、PTGS2、MT1G、HSPB1、ESR1和PHGDH。体内实验验证，RT-PCR显示与正常组相比，肝纤维化组中ESR1和Gstz1显著下调。同时，在GSE6764和GSE188604中，ESR1和Gstz1也被确定为肝纤维化的保护基因。更深入的研究发现，ESR1和Gstz1在肝纤维化和HCC中都表现出良好的诊断性能，这表明患者中ESR1和Gstz1的持续降低可能预示着从肝纤维化到HCC的进展。本研究首次报道了肝纤维化中铁死亡的标志，并确定了两种新型生物标志物，ESR1和Gstz1，为肝纤维化的诊断和治疗提供了新的见解[10]。

综上所述，Gstz1是一种重要的GST家族成员，参与解毒、激素合成和氨基酸代谢等多种生物化学过程。Gstz1在多种疾病中发挥着重要作用，包括肝细胞癌和肝纤维化。Gstz1的表达和功能受到遗传多态性的影响，这可能会影响其活性和对疾病的易感性。靶向Gstz1相关的信号传导途径可能是一种有希望的治疗策略，有助于治疗和预防与Gstz1相关的疾病。