《Frontiers in Physiology》：Metabolic reprogramming in hepatic stellate cells: unveiling a novel therapeutic target for liver fibrosis
肝纤维化是肝脏在持续损伤下发生的病理性修复过程，与持续性肝损伤及炎症反应密切相关。生理状态下，肝星状细胞（HSC）处于静息状态；肝损伤发生后，其转分化为肌成纤维细胞，介导细胞外基质（ECM）沉积，推动肝纤维化进展。现有研究表明，HSC激活是肝纤维化的核心驱动因素。近年来，关于肝纤维化发生发展及逆转机制的研究取得显著进展，HSC在纤维化进程中的作用也得到了更深入阐释。HSC的代谢重编程是促进其激活的关键因素，可满足其效应功能及合成代谢需求；当前研究提示，机械信号传导是调控细胞代谢的重要机制。本综述系统阐述了HSC能量代谢对纤维化进展的影响，分析了机械力学特征与细胞代谢的关联，并探讨了靶向细胞能量代谢的治疗潜力。
1 引言
肝星状细胞（HSC）是位于肝窦周间隙的间充质细胞，静息状态下负责储存维生素A并维持肝ECM稳态。肝损伤后，HSC激活为肌成纤维细胞，表现为胶原合成增加及降解受阻，最终驱动肝纤维化进展。细胞代谢是维持生命活动的基础过程，主要包括葡萄糖代谢、脂质代谢及谷氨酰胺代谢，三者相互关联，共同维持细胞稳态。HSC激活的核心环节为代谢重编程：损伤信号促使HSC从依赖脂肪酸氧化的静息状态，转变为以糖酵解及谷氨酰胺代谢为主的代谢模式，以满足激活过程的能量及物质需求。此外，流体剪切力、基质刚度及细胞张力等机械力可通过细胞表面机械传感器激活胞内信号通路，调控细胞增殖、迁移、分化及凋亡，该过程依赖于营养物质代谢转化产生的能量。
肝纤维化以ECM异常堆积及组织过度增生为特征，导致肝脏结构与功能异常。其病因复杂，常见病因包括代谢功能障碍相关脂肪性肝病/代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASLD/MASH）、长期过量饮酒、慢性乙型或丙型肝炎病毒感染，少见病因涵盖原发性/继发性胆管炎、血色病、Wilson病及自身免疫性肝炎等。尽管针对病因治疗可控制甚至逆转早期肝纤维化，但疾病失控进展会进入肝硬化失代偿期，引发肝性脑病、门静脉高压及消化道出血等致死性并发症。据统计，全球每年约100万人死于肝硬化。当前肝纤维化治疗已不局限于病因干预，Resmetirom及Semaglutide已获美国食品药品监督管理局（FDA）附条件批准用于伴中重度纤维化（F2-F3期）的非肝硬化MASH成人患者。
近年研究显示，HSC激活需要大量能量支持，代谢重编程可满足其激活过程中的能量及生物合成前体需求，因此调控HSC代谢重编程是肝纤维化抑制治疗的潜在策略。本综述旨在阐明HSC物质代谢与其激活的复杂关系，聚焦三个核心方向：一是解析糖酵解、脂质代谢及谷氨酰胺代谢在驱动HSC促纤维化激活中的特异性作用；二是探讨基质刚度及机械转导在调控细胞代谢中的新兴角色；三是评估靶向HSC物质代谢的抗纤维化策略潜力。现有证据提示，通过多靶点联合策略直接干预相互关联的代谢通路，是未来抗肝纤维化研究最有效的治疗方向。
1.1 HSC激活驱动肝纤维化
HSC是位于Disse间隙内皮下的非实质肝细胞，调控代谢重编程。生理状态下，其呈非增殖性静息状态，形态类似脂肪细胞，胞质脂滴富含视黄酯，是人体维生素A的主要储存库。
肝损伤发生时，肝细胞、库普弗细胞及肝窦内皮细胞分泌大量细胞因子，经下游信号通路促进HSC核内促纤维化基因转录，使其发生从脂肪细胞表型向肌成纤维细胞的表型转换，获得增殖、收缩及血管生成功能。激活的HSC（即肌成纤维细胞）合成α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）及I型、III型胶原等ECM成分，同时上调组织金属蛋白酶抑制剂（TIMP）表达并抑制基质金属蛋白酶（MMP）活性。其还可增强促炎反应、响应促炎刺激并调节免疫微环境，最终导致ECM堆积及纤维化进展。肝损伤消退后，源自HSC的肌成纤维细胞可通过凋亡减少，或逆转为“静息”状态，但该“静息”状态可能具有独特的表观遗传特征，使其在后续肝损伤后更易被再次激活。因此，HSC激活是肝纤维化的主要驱动因素。HSC向肌成纤维细胞转化需要充足能量供应，促使其发生胞内代谢重编程以满足激活的物质及能量需求。
糖、脂质及蛋白质是人体三大基础营养素，在生物学过程中发挥不可或缺的作用，其代谢可为细胞增殖、分化、转化、凋亡及自噬提供ATP及氨基酸等小分子物质。近期研究证实，糖酵解、脂质代谢及谷氨酰胺代谢的重塑是HSC激活的必要条件。
2 HSC激活依赖代谢物质重编程
2.1 糖酵解与HSC激活
葡萄糖代谢是HSC激活的关键驱动因素，主要通过增强葡萄糖代谢满足激活过程的物质及能量需求。糖酵解是葡萄糖裂解为两分子丙酮酸的过程，丙酮酸为终产物。有氧条件下，丙酮酸进入线粒体氧化为乙酰辅酶A（乙酰-CoA）并参与三羧酸循环（TCA）；无氧条件下，丙酮酸转化为乳酸，成为无氧环境或红细胞、甲状腺等无线粒体细胞的唯一ATP合成途径。尽管糖酵解ATP产率远低于氧化磷酸化，但其ATP生成速率显著更高，更能满足HSC表型翻转的快速能量需求。因此，HSC向肌成纤维细胞转化过程中，即使存在充足氧气，细胞仍偏好无氧糖酵解而非氧化磷酸化生成ATP，该适应通过上调糖酵解满足表型转换的能量需求，即Warburg样效应。
糖酵解涉及三种关键酶及一种转运蛋白：己糖激酶2（HK2）、磷酸果糖激酶-1（PFK1）、丙酮酸激酶M2（PKM2）及葡萄糖转运蛋白（GLUT）。葡萄糖转运是HSC葡萄糖代谢ATP合成的限速步骤，主要由GLUT介导。人激活HSC及培养的大鼠激活HSC中均观察到线粒体活性及甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）表达升高，葡萄糖摄取显著增加。蛋氨酸-胆碱缺乏（MCD）饮食、胆管结扎（BDL）建模的慢性肝损伤及肝纤维化小鼠，以及四氯化碳（CCl4）建模的急性肝损伤动物模型中，肝GLUT1表达均显著上调。成纤维细胞系及原代细胞中，转化生长因子-β（TGF-β）诱导GLUT1表达，抑制GLUT1功能或表达可降低TGF-β介导的纤维化进程，提示靶向GLUT可能是肝纤维化的有效治疗策略。静息HSC与肌成纤维细胞的差异表达基因多与代谢过程相关，培养的HSC中，肌成纤维细胞的糖酵解酶（HK2、PFKFB3、PKM2）及葡萄糖、乳酸转运蛋白表达较静息表型显著升高。果糖-2,6-二磷酸（F2,6BP）由PFKFB3催化合成，是糖酵解限速酶PFK1的最强激活剂，是糖酵解的主要启动因子。
研究显示，PFKFB3及糖酵解在人与啮齿类动物纤维化肝组织中均显著上调，对HSC激活至关重要。PFKFB3与RNA结合蛋白CPEB4相互作用，使纤维化肝脏中HSC糖酵解活性高于正常肝脏。HSC中糖酵解驱动的代谢重编程促进肌成纤维细胞表型转化，增强ECM产生及储存，加重肝纤维化；而抑制PFKFB3可减轻上述改变。研究人员已在多种HSC模型中验证了PFKFB3抑制剂3PO的抗纤维化效应：小鼠HSC中，3PO处理有效抑制HSC激活；人原代HSC中，3PO处理使F2,6BP水平降低51%，并显著下调α-SMA、血小板衍生生长因子受体β（PDGFR-β）及血管内皮生长因子（VEGF）等促纤维化蛋白表达；BDL小鼠模型中，术后立即给予3PO可预防HSC激活并减轻肝纤维化。此外，PFKFB3在肝硬化患者肝组织中高表达。
PKM2是糖酵解的关键调控节点，其在癌细胞中表达显著升高并可刺激糖酵解。哺乳动物PKM2主要以二聚体与四聚体两种形式存在：PKM2四聚体因PK活性较强，催化磷酸烯醇式丙酮酸转化为丙酮酸；而PKM2二聚体PK活性极低，可转位至细胞核，具有蛋白激酶活性，参与蛋白修饰并调控下游基因转录。研究发现，激活的HSC中PKM2主要以低活性二聚体形式存在，并可转位至细胞核。PKM2二聚体通过调控组蛋白H3K9乙酰化，上调MYC原癌基因（MYC）、细胞周期蛋白D1（CCND1）等转录因子表达，从而促进HSC激活。PKM2激动剂TEPP-46可诱导PKM2四聚化，使其滞留于细胞质，有效抑制HSC激活标志物表达。在CCl4诱导的小鼠肝纤维化模型中，TEPP-46处理显著降低肝羟脯氨酸含量、天狼星红阳性面积及α-SMA、I型胶原α1链（COL1A1）等纤维化标志物表达。PKM2抑制剂紫草素同样可阻断PKM2二聚化，抑制HSC激活并减轻肝纤维化。
HSC激活及代谢重编程具有显著的区域异质性，与其所处的肝脏特定分区微环境密切相关。健康肝脏中，汇管区富集富含维生A的1-HSC亚群，主要参与ECM重塑及葡萄糖代谢；而中央静脉区存在更易被激活的HSC亚群。随着纤维化进展，这种分区依赖性代谢平衡被打破。研究发现，纤维化相关基因及HSC标志物在中央静脉区显著富集，该区域HSC受血小板衍生生长因子（PDGF）刺激后可启动糖酵解，通过增强组蛋白H3K9乙酰化上调Ras相关蛋白Rab-31（RAB31）（一种参与囊泡运输的GTP酶）表达，导致富含促纤维化蛋白的细胞外囊泡（EV）大量释放，EV在细胞间传递信号，最终以空间特异性方式放大肝纤维化。综上，HSC代谢重编程的区域异质性为肝纤维化精准治疗提供了新视角，未来研究应聚焦于阐明不同分区HSC代谢重编程的分子调控网络，开发靶向这些区域糖酵解关键酶（如PFKFB3、PKM2）及EV释放相关蛋白（如RAB31）的联合治疗策略，助力基于HSC分区异质性的精准抗纤维化策略开发。
综上，HSC代谢重编程是肝纤维化发生发展的核心病理生理基础。损伤刺激后HSC激活为肌成纤维细胞，获得增殖、收缩及ECM合成能力，该激活过程常伴随显著的代谢范式转变：葡萄糖代谢中，有氧糖酵解取代氧化磷酸化，这种代谢重塑满足了HSC激活的巨大能量需求。研究提示PKM2二聚体可转位至细胞核作为转录共激活因子调控基因表达。此外，脂多糖（LPS）诱导的PKM2二聚体可转位至细胞核，与缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）形成复合物，直接结合白细胞介素-1β（IL-1β）等促炎基因启动子，增强其转录，促进M1型巨噬细胞极化及肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-1β等促炎介质合成。肿瘤细胞研究中发现，HIF-1可直接结合PKM2基因内含子1中的缺氧反应元件（HRE），上调PKM2基因转录；PKM2通过与HIF-1α组分相互作用，促进HIF-1与HIF-1靶基因启动子的结合及p300招募，增强HIF-1转录活性，促进H3K9乙酰化及糖酵解基因表达上调。PKM2通过正反馈环路放大Warburg效应，进而通过GLUT1、乳酸脱氢酶（LDH）、丙酮酸脱氢酶激酶1（PDK1）的过表达促进糖酵解，塑造肿瘤代谢表型。那么，HSC激活是否也与PKM2二聚体转位入核结合HIF-1α相关？抑制HIF-1α能否逆转糖酵解重编程？HSC激活后代谢重编程的确切分子机制尚未明确，仍需进一步研究。
2.2 脂质代谢与HSC激活
脂质代谢涵盖体内脂肪（如甘油三酯、胆固醇）的摄入、合成、分解、转运及储存过程。脂质代谢紊乱（如脂肪摄入过多、合成增强或分解减弱）可导致代谢综合征、肥胖及2型糖尿病等多种疾病。脂质代谢主要在肝脏进行，该过程紊乱会导致脂肪在肝脏异常堆积，引发肝细胞损伤及慢性肝脏炎症。
2.2.1 自噬与脂滴丢失
静息HSC被定义为含有大量胞内脂滴（LD）的类脂肪细胞，胞质LD中储存大量视黄酯，既是维生素A的储存库，也是机体维生素A的主要来源。因此，调节维生素A稳态是健康及损伤肝脏中HSC的特征之一。HSC储存了机体50%-95%的维生素A，包括视黄醇及其代谢产物。视黄酯（RE）占HSC胞质LD组成的30%-50%，是95%以上维生素A类似物的储存形式。研究显示，HSC中的维生素A与多种LD表面周质蛋白相关，包括脂肪细胞分化相关蛋白（ADRP）、脂周素、 perilipin5、脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）、比较基因鉴定-58（CGI-58）及肝脂肪酸结合蛋白（L-FABP）。周质蛋白表达升高与HSC激活减弱相关，可能通过稳定视黄醇脂滴，减少视黄醇分解为脂肪酸供能实现。视黄醇主要通过与核受体视黄酸受体β（RARβ）及视黄醇X受体α（RXRα）相互作用维持HSC静息表型。维生素A处理HSC可维持静息标志物[胶质纤维酸性蛋白（GFAP）、过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ）]表达，抑制其激活，同时下调肌成纤维细胞标志物（α-SMA、Col1A1、热休克蛋白47（HSP-47））表达。此外，视黄醇处理可促进部分激活的HSC恢复静息状态，而HSC向肌成纤维细胞转分化过程中LD大量丢失。组织学上，LD丢失分为两个阶段：第一阶段，LD逐渐分解为更小的单元，随细胞分裂从核周区域重新分配至新形成的细胞，LD中RE占比下降，甘油三酯水平升高；第二阶段，LD通过崩解逐渐变小，直至完全转分化为肌成纤维细胞后消失。HSC激活的核心特征是胞质LD进行性降解直至消失，其激活程度与胞内LD耗竭相关，但目前尚未发现LD丢失与细胞活性之间的功能关联。
细胞自噬在肝纤维化中发挥关键作用。肝细胞或内皮细胞Atg5或Atg7缺陷小鼠表现出更高水平的肝纤维化。近期研究显示，细胞自噬启动胞内脂解，生成的脂肪酸用于肝细胞能量产生，自噬过程中溶酶体降解胞内脂质。CCl4及硫代乙酰胺（TAA）诱导肝损伤后，激活的HSC促纤维化标志物表达升高，自噬相关基因表达增强，提示自噬对维持代谢应激下HSC表型转换至关重要。另一细胞研究也支持该观点：使用非特异性自噬抑制剂抑制HSC自噬后，体内纤维化生成减少，纤维化基因（α-SMA、collagen1α1、collagen1α2、PDGFR-β、MMP-2）表达显著降低，且不影响细胞活性。上述数据表明，自噬促进HSC激活、增强ECM生成并支持能量产生。此外，自噬过程依赖ATP，抑制自噬会降低线粒体β-氧化及能量产生速率。自噬缺陷的HSC无法通过酸性脂肪酶分解胞质LD，导致LD堆积、游离脂肪酸含量降低，线粒体β-氧化及能量产生减少。这些研究提示，自噬可通过分解LD产生游离脂肪酸、促进线粒体β-氧化，为HSC激活提供必需能量。通过抑制自噬减少LD分解、游离脂肪酸合成及线粒体β-氧化，进而抑制HSC激活，可能为抗肝纤维化提供新思路。
2.2.2 从头脂质生成与HSC激活
在肝脏等器官中，从头脂质生成（DNL）将氨基酸、碳水化合物等前体转化为脂肪酸，并进一步酯化为甘油三酯。在代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）中，DNL异常增强是肝脂肪过度堆积的关键机制。既往研究表明，减少脂质堆积可阻碍HSC激活，进而影响肝纤维化。乙酰辅酶A羧化酶（ACC）介导肝细胞中DNL，是调控其速率的关键酶，还可调节脂肪酸β-氧化。ACC催化乙酰-CoA转化为丙二酰辅酶A，是肝DNL的限速步骤，其有两个亚型ACC1与ACC2，协同调控肝脏脂肪酸氧化与合成，通过DNL增加脂质生成，并通过抑制肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）抑制脂质氧化，共同促进脂质堆积。HSC激活依赖糖酵解及DNL，但DNL抑制阻碍氧化磷酸化及糖酵解的确切机制尚不明确。ACC抑制剂可阻断HSC响应TGF-β启动糖酵解及氧化磷酸化的能力，从而通过两条通路阻碍HSC激活所需的代谢转换。此外，ACC抑制剂可减少肝细胞脂质堆积，可能通过减轻肝细胞脂毒性、抑制HSC激活改善纤维化。尽管作用机制尚待阐明，ACC抑制剂已显示出良好的抗肝纤维化效应，部分ACC抑制剂（如Firsocostat）与法尼醇X受体（FXR）激动剂西洛福司联用已进入临床试验，可有效改善非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的活动度关键指标，包括水肿、炎症及脂肪变性。Firsocostat还可降低纤维化选择性标志物TIMP-1，有效改善纤维化，临床应用前景良好。最新荟萃分析显示，ACC抑制剂单药治疗虽可改善脂肪变性与炎症，但对肝纤维化分期无显著改善，且高三酰甘油血症风险显著升高，该安全性问题提示ACC抑制剂的临床应用可能需要联合治疗或进一步优化。此外，研究显示抑制ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）可减少HSC中DNL，从而抑制其激活并减轻肝纤维化；外源性脂肪酸补充实验可部分逆转ACLY抑制剂的抗激活效应，表明阻断HSC内源性脂质合成是ACLY抑制剂抗纤维化作用的关键机制。
硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）是脂质生成的另一关键酶，负责将脂毒性饱和脂肪酸转化为单不饱和脂肪酸（MUFA）。患者激活HSC及肝癌细胞、啮齿类HSC及小鼠肝肿瘤起始细胞（TIC）中均发现SCD1过表达。Wnt/β-连环蛋白通路增强SCD1转录，而SCD1生成的MUFA可稳定β-连环蛋白，形成正反馈环路，促进肝纤维化及肿瘤进展。与非肿瘤组织相比，肝细胞癌患者SCD1水平显著升高，与肿瘤状态呈正相关，与患者生存时间呈负相关。因此，抑制SCD1可降低小鼠HSC激活及TIC自我更新，减轻肝纤维化及癌变。
另有研究显示，熊果苷（GA）可减少油酸/棕榈酸（OA/PA）诱导的脂质堆积及高脂饮食（HFD）诱导的小鼠肝脏脂肪变性，通过激活AMPK-ACC-PPARα通路，抑制DNL、增强β-氧化、改善线粒体功能，促进脂质代谢重编程。在HFD诱导的小鼠NAFLD模型中，AMPK激活可显著改善NASH及纤维化。AMPK-ACC-PPARα轴在HSC脂质代谢重编程中的作用，以及AMPK激活对小鼠肝纤维化模型的潜在保护作用仍需进一步研究。
2.2.3 游离胆固醇堆积
游离胆固醇堆积可刺激HSC活性，加速肝纤维化进展。研究显示，高脂高胆固醇饮食喂养小鼠可导致HSC游离胆固醇堆积及肝纤维化加重。BDL及CCl4模型中，高胆固醇饮食小鼠HSC游离胆固醇浓度显著高于对照组，肝纤维化及HSC激活程度也显著升高。酰基辅酶A：胆固醇酰基转移酶1（ACAT1）催化游离胆固醇转化为胆固醇酯，因此在肝纤维化小鼠模型中，ACAT1缺陷显著加重肝纤维化，但不影响肝损伤程度及肝细胞炎症。ACAT1缺失使HSC内游离胆固醇堆积显著增加，进而上调Toll样受体4（TLR4）水平。研究显示，C3H/HeJ小鼠携带突变型TLR4，高胆固醇饮食未加重其肝纤维化，且TLR4突变的HSC也不会因游离胆固醇堆积而激活。
此外，含Patatin样磷脂酶结构域蛋白3（PNPLA3）基因结构域的单核苷酸多态性（SNP）导致的Ile148Met（I148M）变异，与NAFLD患者组织学疾病严重程度、纤维化及肝细胞癌（HCC）进展相关。携带I148M PNPLA3变异的HSC可刺激肝纤维化生成增强，该PNPLA3基因变异还可诱导PPARγ在特定抑制残基磷酸化，下调其转录活性，可能破坏下游肝X受体（LXR）相关功能。LXR信号减弱可减少胞内胆固醇外流及DNL，加剧游离及总胆固醇堆积。靶向减少HSC胆固醇堆积可显著减轻小鼠模型肝纤维化。
综上，脂质代谢重编程是HSC激活的核心驱动因素，其过程从脂质储存（主要为视黄醇）向脂肪酸氧化供能转变，伴随DNL异常上调及游离胆固醇堆积，加重脂质蓄积。该重编程既满足了HSC激活的巨大能量需求，又进一步推动了肝纤维化进展。
2.3 谷氨酰胺代谢与HSC激活
除糖酵解及脂质代谢外，谷氨酰胺代谢也可促进HSC激活，已成为HSC表型转换、获得肌成纤维细胞表型的关键ATP来源。谷氨酰胺降解主要分为两步：首先，谷氨酰胺酶将谷氨酰胺转化为谷氨酸；随后，谷氨酸转化为α-酮戊二酸，通过增强TCA循环活性，满足HSC表型转换的能量需求。
激活的HSC及慢性肝损伤、NASH、重度肝纤维化患者的肝标本中，谷氨酰胺酶表达均升高。静息HSC向肌成纤维细胞转分化初期，谷氨酰胺代谢相关基因表达上调，抑制谷氨酰胺代谢可阻碍转分化进程。抑制肌成纤维细胞谷氨酰胺代谢可显著降低线粒体呼吸、细胞增殖、迁移及纤维生成能力。谷氨酰胺酶是谷氨酰胺水解的限速酶，小鼠肝纤维化模型中，抑制谷氨酰胺酶可有效阻止肌成纤维细胞形成及纤维化进展。沉默Hedgehog信号中介Smoothened（SMO）或Yes相关蛋白1（YAP）可下调谷氨酰胺酶表达，因此Hedgehog及YAP抑制剂可抑制谷氨酰胺代谢，进而减少HSC激活。研究人员系统评估了谷氨酰胺酶（GLS1）抑制剂CB-839在HSC中的作用：HSC中，CB-839处理抑制谷氨酰胺酶活性，减少谷氨酰胺降解，进而降低线粒体呼吸、细胞增殖及迁移能力；CCl4及BDL诱导的小鼠肝纤维化模型中，CB-839处理显著降低肝胶原沉积及α-SMA表达；此外，研究发现激活的人HSC中GLS1表达显著升高，且与NASH患者肝纤维化分期呈正相关。但另一项研究显示，CB-839单药对人HSC增殖的抑制作用有限，与2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）联用时抗纤维化效应增强。目前CB-839主要针对癌症开展临床试验，其在肝纤维化领域的临床转化仍需进一步研究。
3 基质刚度调控细胞代谢
近年来，机械力学研究受到广泛关注，机械信号可能调控细胞代谢，进而影响肝纤维化进展。机械力学与细胞代谢的关联尚待深入探索，本部分将聚焦微环境机械特征，解析二者间的相互作用，旨在揭示机械力学、信号传导与细胞代谢的新关联，为肝纤维化防治提供创新思路。生理状态下，HSC维持静息状态，无异常ECM沉积。而肝纤维化进展过程中，肝ECM刚度随ECM大量沉积、胶原排列与组织异常、细胞硬化、基质交联增强及基质金属蛋白酶与其组织抑制剂失衡导致的ECM降解不足而升高。ECM刚度改变可诱导机械微环境变化，通过机械转导将机械信息转换为生物信号，触发细胞应答。
肝纤维化进展过程中，肝脏ECM刚度逐渐升高。研究人员利用聚乙二醇（PEG）微凝胶支架研究发现，6 kPa微凝胶可模拟早中期肝纤维化基质刚度，25 kPa微凝胶对应晚期纤维化，该刚度范围与生理状态高度相关，且可差异调控HSC的激活状态及代谢活性。
肝纤维化早期，基质刚度升高主要是HSC激活及ECM过度生成的后果，此阶段HSC自身的代谢重编程发挥核心驱动作用。而疾病晚期，持续僵硬的ECM作为机械信号反馈，进一步促进HSC代谢重编程，放大HSC激活及肝纤维化，形成病理性正反馈环路。值得注意的是，晚期基质刚度还可能改变整体肝脏代谢，营造促纤维化微环境，间接加重HSC激活，该间接效应是当前研究的新兴领域及未来重点研究方向。
3.1 ECM机械转导调控葡萄糖代谢
研究显示，糖酵解关键限速酶磷酸果糖激酶（PFK）的浓度可受机械力调控。支气管上皮细胞中，刚性ECM上的应力纤维将泛素连接酶三联基序包含蛋白21（TRIM21）隔离，阻止其促进PFK40降解；而柔软ECM上应力纤维受抑，TRIM21可靶向PFK并诱导其分解，从而降低糖酵解速率。上述糖酵解速率降低并未引发线粒体生物发生的代偿性增强，提示两种能量生成模式此前无显著相关性，即细胞位于柔软ECM时，总能量生成代谢能力受限。柔软ECM可通过促进PFK分解降低糖酵解速率，进而减弱糖酵解活性。
另一研究显示，成纤维细胞中，糖酵解另一关键酶醛缩酶可与F-肌动蛋白（F-actin）结合而被隔离，经Ras相关C3肉毒毒素底物1（RAC1）介导的肌动蛋白重塑后释放，导致糖酵解增强。研究证实，柔软ECM上RAC1介导的肌动蛋白重塑活性显著降低，因醛缩酶释放受抑而导致糖酵解减弱。
与上述PFK及醛缩酶机制不同，研究人员在HSC球体研究中观察到代偿性糖酵解增强：尽管糖酵解中间产物水平升高，但TCA循环中间产物（α-酮戊二酸、琥珀酸）水平显著降低，提示线粒体氧化磷酸化受抑。这与Park等在成纤维细胞中发现的“刚性基质通过TRIM21/PFK直接增强糖酵解”的机制不同——刚性ECM上糖酵解增强是机械拉伸驱动的主动过程，而柔软ECM上糖酵解增强是线粒体抑制后的代偿反应。
在其它细胞类型中建立的TRIM21-PFK及RAC1-醛缩酶通路，尚需在HSC中直接验证。此外，HSC球体中观察到的代偿性糖酵解提示其对机械信号的独特代谢适应。未来研究应优先在HSC中开展直接机制验证，包括PFK降解或醛缩酶释放是否响应ECM刚度变化，以及这些通路如何与线粒体功能整合以调控HSC激活及纤维化。
3.2 ECM机械转导调控脂质合成
研究显示，干细胞中ECM刚度调控脂质合成。ECM刚度降低导致肌动蛋白收缩性减弱，进而改变高尔基体周围肌动蛋白的刚度，通过抑制磷脂酰肌醇1（LPIN1）活性，使磷脂酸（PA）合成及二酰甘油（DAG）水平大幅降低。PA堆积及DAG含量下降导致ADP核糖基化因子1（ARF1）招募显著减少，ARF1调控从高尔基体到内质网（ER）的逆行运输，因此SREBP-SCAP复合物的顺行与逆行运输平衡被打破。SREBP介导的脂质合成基因表达改变，促进二酰甘油、甘油三酯及胆固醇堆积，代价是膜磷脂生成减少——这是细胞快速增殖的特征，最终导致大量游离脂滴堆积。研究显示，人瘢痕组织中甘油三酯及胆固醇酯水平显著降低，提示组织或病理硬度改变可能影响SREBP活性及脂质代谢。人多能干细胞中，柔软ECM可通过激活SREBP促进脂质合成及堆积。
值得注意的是，研究人员在HSC球体研究中发现，球体中SREBP1表达上调，饱和脂肪酸及膜磷脂水平升高，提示柔软ECM中的HSC也启动了从头脂质合成，与Romani等在成纤维细胞中的发现一致。但Fujisawa的研究中，HSC球体增殖受抑，α-SMA表达低，提示柔软ECM中的脂质合成主要用于维持膜结构，而非支持增殖。
脂质代谢应答与HSC及其他细胞类型的关联尚不清晰，但上述研究提示，柔软ECM（增殖减弱、脂质生成增强）可增强机体食物储备以提高抗病能力。这些研究揭示了细胞脂质代谢与ECM机械信号传导的普遍关联，但HSC中ECM刚度与脂质代谢的关系及其与HSC激活的关联仍需更多探索。
综上，ECM刚度通过整合素-细胞骨架机械信号传导促进细胞代谢重编程。刚度升高可增强糖酵解以满足快速增殖的能量需求，刺激脂质代谢以合成快速细胞分裂相关的膜磷脂，为细胞膜提供结构前体。尽管基质刚度介导的细胞代谢重编程与HSC的关联尚待明确，但肝脏激活的HSC是ECM的主要生产者，也是基质刚度升高的核心驱动因素。传统观点认为，基质刚度升高不仅是肝纤维化的有害后果，更是肝纤维化病理进展的关键要素。研究显示，更硬的基质可诱导门脉成纤维细胞及HSC向肌成纤维细胞分化。因此，形成了病理性正反馈环路：HSC激活→ECM沉积及刚度升高→机械转导增强→进一步HSC代谢重编程及激活→更严重纤维化。这些效应可分为直接与间接两类：直接效应为刚度升高增强糖酵解以满足快速增殖能量需求，刺激脂质代谢以合成膜磷脂；间接效应为僵硬ECM诱导的整体肝脏代谢改变营造促纤维化微环境，进一步加重HSC激活。后续可围绕“基质刚度升高促进HSC代谢重编程及激活→ECM过度沉积→基质进一步硬化”的恶性循环开展研究。
4 总结与展望
HSC激活及其胞内代谢研究的深入，为肝纤维化治疗及新药研发提供了有效思路：靶向HSC代谢。明确HSC激活过程中的物质与能量改变、相关代谢通路、底物及关键酶，有助于发现更多肝纤维化治疗靶点。
细胞生物学中的机械信号传导是由ECM刚度、张力/压力、流体剪切力及细胞间力等物理刺激构成的复杂网络。迄今为止，大多数体外研究聚焦于细胞-ECM及细胞-细胞互作相关的机械转导。本文同样探讨了ECM刚度与细胞代谢重编程的关联，而其他形式机械力学与细胞代谢的关系仍有待探索。上述机械机制是否存在于HSC中，进而通过调控细胞代谢重编程促进纤维化发生，仍需进一步研究。
作为综述，本文讨论的代谢重编程机制主要基于临床前研究数据，部分关键结论缺乏直接实验证据；此外，本文阐述了糖酵解、脂质代谢及谷氨酰胺代谢在HSC激活中的作用，但未系统分析这些通路间的交叉调控及代偿机制；关于ECM刚度通过机械转导调控HSC代谢的理论，目前多数证据仍处于相关性层面，因果关系及体外模型与体内病理状态的一致性仍需验证；最后，文中提及的许多代谢抑制剂仍处于临床前或早期临床试验阶段，其在肝纤维化患者中的疗效与安全性仍需人类数据支持。
未来研究可能更倾向于肝纤维化多靶点治疗这一更具优势的策略。首先，鉴于HSC激活依赖糖酵解、脂质代谢及谷氨酰胺代谢，单靶点抑制可能因代谢通路代偿性上调而疗效有限，因此需要在体内纤维化模型中系统评估多靶点联合治疗策略，例如糖酵解抑制剂与谷氨酰胺酶抑制剂联用，或进一步与基质修饰剂（如LOXL2抑制剂）联用，以打破“基质刚度驱动HSC激活及纤维化进展”的恶性循环。其次，现有代谢抑制剂存在全身副作用风险，开发HSC特异性靶向递送策略至关重要。基于HSC的生理病理特征，目前已建立多种配体-受体介导的靶向系统：1. 维生素A及其活性形式视黄酸可通过视黄醇结合蛋白受体通路特异性识别并激活HSC，是目前应用最广泛的HSC靶向配体；2. 整合素αvβ3在激活的HSC中高表达，其特异性结合的RGD序列可被改造为靶向配体；3. 透明质酸受体CD44在激活的HSC表面高表达，透明质酸本身可作为靶向配体介导纳米递送；4. HSC中PDGFR-β表达显著高于其他细胞类型，基于PDGFR-β链受体结合域设计的环肽pPB可特异性识别PDGFR-β，实现HSC靶向递送。上述纳米递送系统、抗体偶联药物及响应纤维化微环境的前药策略，有望实现细胞类型特异性的代谢干预，也为肝纤维化精准治疗提供了新路径。
综上，本综述的创新贡献主要体现在三方面：一是挑战了“基质刚度仅为肝纤维化被动后果”的传统观点，首次提出其作为主动驱动因素的新概念，与HSC代谢重编程形成病理性正反馈环路；二是整合了糖酵解、脂质代谢及谷氨酰胺代谢三大通路在HSC激活中的作用，揭示这些通路并非独立调控，而是存在协同调控关系；三是将机械转导与代谢重编程关联，为理解机械信号调控HSC代谢提供了统一理论框架。在此基础上，本文提出了多靶点联合治疗策略及HSC特异性靶向递送系统研发方向。
