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导读

纤维化是许多常见的慢性炎症性、免疫介导的代谢性疾病的最终病理结果以及这些疾病发病率和死亡率的主要原因。尽管纤维化疾病的发病率不断增加，也进行了广泛的研究工作，但仍然缺乏提高生存率的有效治疗方法。组学技术的应用革新了识别疾病治疗靶点和潜在生物标志物的方法，特别是代谢组学的应用提高了我们对疾病病理机制的理解。肌成纤维细胞生物学的代谢特点引起了科学家的极大兴趣，肌成纤维细胞是纤维化反应的关键效应细胞。新近证据表明，代谢的改变不仅是纤维化的一个特征，而且可能在纤维化的发病机制中发挥重要作用，尤其是在特发性肺纤维化 (IPF) 中，这是所有纤维化病症中进展最快和最致命的。本综述将详细介绍关键代谢途径的作用、它们在肌成纤维细胞中的变化，以及这一新知识为抗纤维化治疗策略提供的价值。

论文ID

原名： Fibrometabolism—An emerging therapeutic frontier in pulmonary fibrosis

译名： 肺纤维化新的治疗前沿——纤维化代谢组学

期刊： Science signaling

IF： 8.190

发表时间： 2021.08

通讯作者： Rachel C. Chambers

通讯作者单位： 伦敦大学

内容

1.纤维化——主要的未满足的医学需求

纤维化的特征是富含胶原蛋白的细胞外基质 (ECM) 在急性或慢性组织损伤时过度沉积和无序沉积，这是许多慢性疾病发病率和死亡率的主要原因，包括肺纤维化、终末期肝病和肾病、心力衰竭、类风湿性关节炎、硬皮病和克罗恩病。作为癌症基质反应的一部分，纤维化还与促进肿瘤进展有关。尽管纤维化在多种疾病状态中普遍存在，但仍然迫切需要研究有效的抗纤维化治疗剂，以阻止组织纤维化并提高存活率。

在所有纤维化疾病中，特发性肺纤维化 (IPF) 是进展最快和最致命的一类，未接受抗纤维化治疗的患者自确诊后的中位生存期仅为3.5 年。IPF 的病因尚不完全清楚，但目前认为IPF 是遗传易感和老年个体肺泡上皮重复损伤的结果。随后的伤口愈合过程高度失调，并出现过度纤维化反应，其特征是形成独特的病理性标记，称为纤维化或成纤维细胞灶。这些病变包括产生α平滑肌肌动蛋白（αSMA+）的肌成纤维细胞，它们嵌入富含I型胶原的ECM中，并被高度异常的上皮覆盖，表现出多种表型状态，包括细胞凋亡、衰老和增生。肌成纤维细胞被认为是多种纤维化环境下产生 ECM 的主要效应细胞。组织修复完成后细胞凋亡失败，此时肌成纤维细胞在损伤部位过度积累和持续反应，这一过程被认为是IPF 和其他疾病中纤维化持续进展的基础。尽管多种促纤维化介质与成纤维细胞分化为肌成纤维细胞和 ECM 产生有关，但目前证据表明，转化生长因子 (TGF-β)特别是 TGF-β1与经典 SMAD 信号传导介导的以及非经典途径在纤维化过程中发挥了重要作用。

吡非尼酮和抗肿瘤药物尼达尼布，这两种药物可抑制促进纤维化的三种受体酪氨酸激酶[血管内皮生长因子受体 (VEGFR)、血小板衍生生长因子受体 (PDGFR) 和成纤维细胞生长因子受体 (FGFR) )]，其对于 IPF 的治疗代表了抗纤维化药物发展的分水岭。但是，尽管这些药物会随着时间的推移减缓肺功能下降的速度，但它们并不能阻止疾病进展，因此我们仍然迫切需要开发新的抗纤维化治疗策略。本综述回顾了纤维生成过程中主要代谢途径发生的变化，尤其是 IPF 背景下的肌成纤维细胞。这些代谢学的变化可能适用于与 ECM 过度沉积相关的多种条件下的纤维化反应，包括癌症中的基质反应。我们还回顾了新的研究证据，即调节变化了的代谢组学可能为治疗 IPF 和潜在的其他纤维化疾病提供新的治疗机会。值得注意的是，2019 年冠状病毒 (COVID-19)严重感染患者，尤其是需要机械通气的患者，预计会出现持续性肺功能异常，包括限制性肺病、弥散能力下降和肺纤维化。

2.代谢重编程——来自癌症的经验

大约一个世纪前，Warburg 及其同事取得了里程碑式的发现，即癌细胞显著增加了葡萄糖的摄取，并且在常氧条件下，葡萄糖大部分转化为乳酸而不是用于氧化磷酸化 (OXPHOS)，这种现象被称为有氧糖酵解或“Warburg 效应”。我们对这一现象的理解取得了重大进展，最终认识到代谢改变（通常称为“代谢重编程”）是癌症的标志性特征。代谢重编程，用最简单的术语来说，即细胞重新构建代谢网络以满足指数生长和增殖的需求并防止氧化应激的过程。常见的适应性过程包括糖酵解的增强和谷氨酰胺分解，以及线粒体功能和氧化还原稳态的变化。除了癌症，人们越来越认识到代谢重编程通过影响先天性和适应性免疫细胞的分化和功能而在重塑炎症和免疫反应中发挥关键作用。还有越来越多的证据表明，代谢重编程可能与非肿瘤疾病的发病机制有关，包括阿尔茨海默病、肥胖症、心血管疾病、糖尿病、衰老和纤维化。人们还认识到，癌症和IPF之间存在相当大的机制重叠，包括一些代谢特征的共享。本综述的部分内容将重点关注病理性纤维化背景下代谢重编程的新证据，尤其是肺纤维化，其代谢改变已进行了广泛研究。

3.糖酵解

糖酵解描述了葡萄糖分解为丙酮酸的 10 步过程，释放的自由能用于生成高能分子三磷酸腺苷 (ATP)，辅酶还原烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH)（图 1）。在有氧的情况下，丙酮酸通常在线粒体中被氧化，通过氧化磷酸化（OXPHOS）的过程形成 ATP 和CO2。相反，在缺氧条件下，丙酮酸在胞质溶胶中被还原为乳酸，这一过程称为无氧糖酵解。尽管OXPHOS 每个葡萄糖分子产生的 ATP 大约是糖酵解的 18 倍，但即使在氧气充足的情况下，快速增殖的癌细胞也表现出较高的葡萄糖摄取率和乳酸分泌率。Warburg 提出，癌细胞中这种有氧糖酵解的特征是原发性线粒体缺陷的结果，需要通过增加糖酵解来克服。但是，由于癌细胞具有完整的线粒体功能，糖酵解和 OXPHOS 都可以产生ATP，且更倾向于后者，因此，Warburg的假设现在已经在很大程度上被驳回。人们普遍认为，在癌细胞中观察到的高糖酵解速率，是为了产生糖酵解中间体，以满足快速增殖细胞中的大分子生物合成途径的需求。但是，一项非小细胞肺癌的研究发现碳标记的氨基酸而非葡萄糖占据了增殖细胞碳量的大部分，并且葡萄糖是用于核苷酸生物合成的核糖的重要来源，葡萄糖提供非碳材料（例如能源和还原当量）来促进生物合成，这些证据对糖酵解这一观点提出了质疑。此外，有证据支持癌细胞中的“反向 Warburg 现象”，即癌细胞周围的基质细胞，特别是与癌症相关的成纤维细胞 (CAF)，表现出高速率的有氧糖酵解，导致富含碳的中间体（包括乳酸）分泌到邻近的癌细胞，从而促进了OXPHOS 和回补反应。

图1 药理学靶向糖酵解和甘氨酸生物合成抑制纤维化

该示意图显示了药理学靶向糖酵解及其TGF-β1诱导的纤维化过程中甘氨酸从头合成途径的代谢交互作用。抑制糖酵解可能会减少进入生物合成途径的糖酵解中间体，包括甘氨酸从头合成途径，供应甘氨酸以满足胶原蛋白产量增加的需求。代谢抑制剂以红色显示。GLUT1，葡萄糖转运蛋白 1；HK2，己糖激酶2；G6P，6-磷酸葡萄糖；F6P，6-磷酸果糖；PFKFB3，6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶；F2,6BP，果糖-2,6-二磷酸；PFK1，磷酸果糖激酶 1；FBP，1,6-二磷酸果糖；3PG，3-磷酸甘油酸；PEP，磷酸烯醇式丙酮酸；PKM2，丙酮酸激酶同工酶M2；LDH，乳酸脱氢酶；OXPHOS，氧化磷酸化；PHGDH，磷酸甘油酸脱氢酶；3-PHP，3-磷酸羟基丙酮酸；PSAT1，磷酸丝氨酸氨基转移酶 1；3-PS，3-磷酸丝氨酸；PSPH，磷酸丝氨酸磷酸酶；SHMT2，丝氨酸羟甲基转移酶 2；GLUTII，GLUT抑制剂II；2DG,2-脱氧葡萄糖。

癌细胞摄糖的特性被用在使用放射性标记的氟脱氧葡萄糖 (18F-FDG)的正电子断层扫描 (PET) 和计算机断层扫描 (CT) 扫描中，可以检测到癌细胞并监测抗癌治疗效应。正电子发射使18F 转化为葡萄糖类似物 FDG，其可以被细胞吸收但不会进一步代谢。某研究使用高分辨率CT (HR-CT)发现IPF 患者肺部 18F-FDG 摄取增加并局限于与蜂窝相关的区域，表明这些区域葡萄糖代谢活跃，可能是癌症的糖酵解表型。随后还发现，与对照肺相比，IPF 肺的非纤维化区域的 FDG 信号更高，这表明在纤维化的放射学特征表现出来之前，IPF 中可能已经发生了整体代谢变化。进一步研究表明，18F-FDG 的摄取可能成为评估纤维化治疗反应的临床生物标志物。例如，研究者在鼠的博莱霉素致肺纤维化模型中发现吡非尼酮可降低 18F-FDG 的摄取。此外，18F-FDG 摄取可预测 IPF 的无进展生存期，并且与死亡风险增加独立相关。但是，在使用尼达尼布或吡非尼酮进行抗纤维化治疗 3 个月后，IPF 患者肺部的18F-FDG 摄取似乎没有改变。而对这些发现的解释认为肺密度增加会对测量的 PET 信号 [组织分数效应 (TFE)]形成潜在混杂影响。经过不同方法校正 TFE 后得到了相反的结果，例如一项使用动态成像的研究报告称，IPF 患者纤维化区域的 18F-FDG PET 信号在进行 TFE 校正后降低。另一研究在评估 omipalisib（泛磷酸肌醇 3-激酶（PI3K）抑制剂，阻断PI3K介导的mTOR信号的活化）耐受性时发现，18F-FDG在肺纤维化区域呈暴露性依赖性降低。未来还需要进一步研究明确 IPF 中 18F-FDG 摄取的信号传导过程和生物学过程，并确定哪种细胞类型负责增强的 18F-FDG PET 信号。此外，18F-FDG 摄取增强不仅限于肺纤维化，在肝脏、皮肤和腹膜后纤维化中也被观察到，表明糖酵解变化可能是多发性纤维化的标志性特征。这些临床现象促进了进一步的研究工作，以进一步了解导致糖酵解改变的潜在机制，特别是（肌）成纤维细胞功能。

3.1葡萄糖摄取

葡萄糖摄取是糖酵解的第一个限速步骤，葡萄糖转运蛋白 (GLUT) 的表达增加会增强糖酵解过程。对人肺成纤维细胞 (HLF) 的体外研究表明，刺激促纤维化介质 TGF-β1后葡萄糖摄取增加，GLUT1 mRNA和蛋白质均增加。据报道，IPF 患者的肺组织以及肺纤维化的鼠博莱霉素模型中 GLUT1 的表达也有所增加。随后的研究表明，在缺乏细胞外葡萄糖的情况下，TGF-β1诱导的肌成纤维细胞分化（基于 a-SMA 的从头诱导）和胶原合成受到抑制。IPF被认为是老龄化人口的典型疾病，老年人群中紊乱的细胞过程和IPF的重叠加速了纤维化。相比于年轻小鼠，老年小鼠在博莱霉素损伤后肺纤维化程度增强，而这与 GLUT1 mRNA 和蛋白质含量增加有关。RNA 介导的 GLUT1 (SLC2A1) 沉默或使用 GLUT 特异性抑制剂（GLUT 抑制剂 II）和/或更通用的钠偶联 GLUT 抑制剂（根皮素）抑制葡萄糖转运可进一步抑制 TGF-β1诱导的a-SMA产生。此外，研究还发现根皮素可抑制TGF-β1刺激的成纤维细胞中胶原蛋白和纤连蛋白的产生，并可以减轻博莱霉素模型中的肺纤维化程度。

3.2糖酵解酶

糖酵解的增强通常伴随着糖酵解酶的产生增加。据报道，在TGF-β刺激的IPF成纤维细胞中，与对照组比较，编码糖酵解酶 2 (HK2)、磷酸果糖激酶 1 (PFK1) 和丙酮酸激酶肌肉同工酶 M2 (PKM2) 等糖酵解的关键限速酶的转录丰度增加。此外，6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶 3 (PFKFB3)，即催化果糖-6-磷酸转化为果糖-2, 6-二磷酸的酶量相对于对照组也增加，后者是PFK1 的变构激活剂和糖酵解的强效刺激剂。HK2也增加。此外，研究发现肺上皮细胞、巨噬细胞和 IPF 肺的成纤维细胞灶中以及肺纤维化实验模型中 PFKFB3 的量也增加。PFKFB3（使用 3PO）和 HK2（使用 2-脱氧葡萄糖和氯尼达明）的药理学抑制可消除TGF-β诱导的肌成纤维细胞分化、胶原蛋白生成和收缩性。此外，小干扰 RNA (siRNA)介导的HK2沉默或使用氯尼达明药理学抑制HK2也消除了TGF-β诱导的促纤维化的关键介质 YAP 和 TAZ (YAP/TAZ)等转录调节因子的激活。某研究发现3PO 和氯尼达明治疗可以减弱博来霉素和TGF-β诱导的小鼠肺纤维化模型中纤维化的发展，而氯尼达明也能改善肺功能，因此靶向糖酵解治疗纤维化有一定的前景。

3.3乳酸的产生

糖酵解最终产生丙酮酸，丙酮酸可以进入到三羧酸 (TCA) 循环中，也可以通过乳酸脱氢酶 (LDH) 转化为乳酸。因此，乳酸排泄量是糖酵解增强的标记，可以通过市售试剂盒、质谱(MS) 或核磁共振 (NMR) 进行检测。细胞外流量分析（例如使用 Seahorse Bioscience 平台的分析）可以同时分析细胞外酸化和耗氧量，可以作为糖酵解和 OXPHOS 的指标，已用于多项成纤维细胞研究中。细胞外酸化和乳酸产生量的增强被认为是TGF-β激活的成纤维细胞的关键特征，这对肌成纤维细胞分化和胶原合成至关重要。IPF肺组织和博莱霉素诱导的纤维化小鼠模型中的乳酸增加，但是，尚不清楚这是否完全或部分反映的是肌成纤维细胞中增加的乳酸和糖酵解。

LDH5 是将丙酮酸转化为乳酸的五种 LDH 同工酶之一，据报道，在IPF 衍生的肺纤维细胞经TGF-β诱导的肌成纤维细胞分化期间，其 mRNA 和蛋白质水平均增加，肺组织中LDH5也增加。此外，使用棉酚进行非选择性药理学抑制LDH5或用siRNA 介导的 LDH5沉默会减弱TGF-β诱导的肺成纤维细胞中a-SMA 蛋白合成的增加。在博来霉素诱导的纤维化小鼠模型中，棉酚不仅可以防止纤维化的发展，而且还能阻止纤维化的进展。研究人员提出，增加的乳酸产量以 pH 依赖性机制为TGF-β的激活提供了前馈回路，驱动了肌成纤维细胞分化。但是，值得注意的是，棉酚在哺乳动物细胞中具有非特异性细胞毒性和基因毒性作用。随后的一项研究关于LDH5 的特定小分子抑制剂 Tool Compound 408（Genentech）对TGF-β刺激的原发性 HLF 分化的影响，结果表明选择性抑制 LDH5，虽然抑制了TGF-β诱导的乳酸产生增加但不会降低纤连蛋白、胶原蛋白和 αSMA。此外，siRNA 介导的 LDHA 和LDHB（编码以不同组合产生的LDH1 至 LDH5 同种型的亚基）均不抑制TGF-β诱导的成纤维细胞分化。相反，棉酚似乎通过对细胞活力的普遍毒害作用而非对 LDH5 的特定作用而发挥其抗纤维化作用。总之，这些数据表明乳酸积累可能是糖酵解通量增强的结果，而不是肌成纤维细胞分化和胶原蛋白生成的关键决定因素。

3.4从头合成丝氨酸-甘氨酸

肌成纤维细胞中增强的糖酵解通量增加了可用于生物合成途径的糖酵解中间体，包括从头氨基酸合成。有多个研究强调了甘氨酸从头合成以满足纤维化需求的重要性。甘氨酸是一种非必需氨基酸，由丝氨酸合成，占据胶原蛋白三螺旋的每三个位置。由磷酸甘油酸激酶产生的糖酵解中间体 3-磷酸甘油酸是丝氨酸和甘氨酸从头合成的起始底物。TGF-β刺激的成纤维细胞和博来霉素模型的功能阻断研究表明纤维发生过程中增加的甘氨酸需求是由关键的甘氨酸合成酶磷酸甘油酸脱氢酶 (PHGDH)、磷酸丝氨酸氨基转移酶 1 (PSAT1)、磷酸丝氨酸磷酸酶 (PSPH) 和丝氨酸羟甲基转移酶 2 (SHMT2) 的生产增加提供的。此外，IPF 纤维化病灶内 PHGDH 和SHMT2也是增加的，气相色谱-MS (GC-MS) 分析进一步发现 IPF 肺组织中甘氨酸丰度也增加。

体外药理学阻断（使用 CBR-5884 和 NCT-503）或者基因抑制PHGDH消除了TGF-β诱导的HLFs，药理学抑制剂NCT-503减弱了博莱霉素诱导的肺纤维化。此外，体外研究表明TGF-β刺激的肺成纤维细胞中，13C标记的葡萄糖衍生的碳更多的出现在丝氨酸、甘氨酸和胶原蛋白中。我们实验室的研究表明，细胞外甘氨酸补充剂部分挽救了葡萄糖剥夺对TGF-β刺激后胶原合成的抑制作用。总之，目前的证据表明，葡萄糖通过为甘氨酸从头合成途径贡献碳而成为胶原蛋白合成的组成部分。因此，增强的糖酵解通过提供胶原蛋白合成的关键中间体，在纤维生成中起关键作用。

增加的糖酵解不仅限于在肺肌成纤维细胞中合成胶原蛋白。在肝纤维化背景下，在源自纤维化皮肤的成纤维细胞和肌成纤维细胞样肝星状细胞 (HSC) 中也观察到了糖酵解表型的转变。纤维化的人的表皮和TGF-β刺激的皮肤成纤维细胞的全基因组转录组分析表明糖酵解相关基因表达增加，糖酵解的遗传和药理学操作抑制了皮肤成纤维细胞中 ECM 的产生。此外，在静止的 HSC (Q-HSC) 转分化为肌成纤维细胞 HSC (MF-HSC) 期间发生的代谢变化同样包括增强的糖酵解，以满足与肌成纤维细胞分化和胶原蛋白生成相关的需求。

应该强调的是，并不是所有研究都支持TGF-β刺激成纤维细胞导致糖酵解总体增加的观点。一项研究表明，通过测量周围组织培养基的细胞外酸化率 (ECAR)发现IPF 衍生的衰老成纤维细胞有降低糖酵解的趋势，与正常肺成纤维细胞相比，TGF-β刺激后ECAR 的上升幅度较小。但是，这一观察结果是否仅限于 IPF 下肺叶内分离的特定的衰老成纤维细胞群目前尚不清楚，也不清楚在不同实验室获得的相互矛盾的数据是否是因为使用了疾病不同阶段的细胞造成的。研究者通过代谢组学和微阵列分析发现与对照肺相比，IPF 整个肺组织中糖酵解代谢物（包括果糖 1、6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸）的含量较低，并且伴随着 PFK和 PFKFB3 丰度的降低。该研究还发现乳酸也是增加的，这表明糖酵解产物可能会进入乳酸生产中。相反，使用基于 MS 的代谢组学方法，有学者发现糖酵解中间体的数量增加，这表明 IPF 肺中要么糖酵解增加要么葡萄糖衍生的碳利用率降低。这些争议还需要进一步研究。此外，IPF 中的全肺组织代表除肺实质和基质之外还包括固有的和募集的免疫细胞。疾病发展过程的时空异质性和不同的细胞类型可能是影响IPF研究结果的重要因素。

当前证据表明无论起源器官如何，糖酵解增强是肌成纤维细胞的一个特征。那么，靶向共同的合成缺陷可以从不同病理学层面衍生抗纤维化策略。目前有几种抗癌的糖酵解抑制剂处于1 期和 2 期临床试验中，部分药物已表现出良好的安全性和耐受性。

4.谷氨酰胺代谢

谷氨酰胺是血浆和组织中含量最丰富的氨基酸，它被谷氨酰胺分解后为许多基本的细胞反应提供了必不可少的碳源。谷氨酰胺在TCA循环中间体的回补过程中（例如 α-酮戊二酸 (α-KG)）发挥重要作用，从而有助于大分子合成和能量产生。它还充当了核苷酸和氨基酸合成的氮供体，这是谷胱甘肽生产和氧化还原稳态所必需的，还参与信号通路的激活和表观遗传转化。因为所有这些过程都与纤维化的发展有关，因此谷氨酰胺分解在纤维化中的作用一直是研究的重点。谷氨酰胺分解过程中的第一个关键酶促步骤是通过谷氨酰胺酶 (GLS) 将谷氨酰胺转化为谷氨酸（图 2）。目前研究表明 GLS1 在纤维化中具有重要作用，这种酶的同工型在TGF-b刺激下的IPF 和非 IPF 肺的成纤维细胞中增加，在IPF 肺组织和肺纤维化的博莱霉素模型中也是增加的。与GLS1 丰度的增加相一致，细胞内谷氨酸浓度和肌成纤维细胞对细胞外谷氨酰胺的消耗也增加。此外，使用 MS 进行的代谢分析研究还显示 IPF 肺组织中谷氨酸丰度增加。

图2 靶向谷氨酰胺分解以抑制纤维化

示意图显示了谷氨酰胺分解的概述及其与葡萄糖衍生的甘氨酸生物合成和胶原蛋白生产的代谢联系。谷氨酰胺分解后产生的脯氨酸和α-KG可以用于 TCA 循环补充、mTOR激活、脯氨酸羟基化和表观遗传调控，因此，谷氨酰胺分解对胶原蛋白合成至关重要。代谢抑制剂的靶标以红色显示。AOA是一种泛氨基转移酶抑制剂，可阻断 PSAT 活性以及 GPT 和 GOT 的活性，而 GPT 和 GOT是从谷氨酸产生 α-KG 所必需的。GLS，谷氨酰胺酶；P5CS，1-吡咯啉-5-羧酸合成酶；PYCR，P5C 还原酶；GPT，丙氨酸氨基转移酶；GOT，天冬氨酸氨基转移酶；GLUD，谷氨酸脱氢酶；NH4+，铵；α-KG，α-酮戊二酸；BPTES，双-2-(5-苯基乙酰胺-1,3,4-噻二唑-2-基)乙基硫醚；AOA，氨基氧乙酸盐；NAD+，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADH，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADP+，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 CREDIT：A. MASTIN/磷酸盐；NADPH，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。

谷氨酰胺剥夺和药物抑制（使用 CB-839 或 BPTES）或 GLS1 沉默的研究说明了谷氨酰胺分解在TGF-β诱导的胶原蛋白和αSMA 合成的纤维化反应中的关键作用。GLS1 的药理学抑制不会导致肌成纤维细胞去分化，但会限制 α-KG 的产生，这对脯氨酸羟基化和胶原结构完整性至关重要。因此，GLS1 抑制导致TGF-β诱导的胶原蛋白加速降解。体内研究进一步说明GLS1 的重要性，成纤维细胞中 GLS1 的条件性和选择性缺失减弱了博莱霉素诱导的肺纤维化。GLS1 抑制剂 CB-839 (66) 的药理学抑制证实了这一点，目前正在进行的临床试验（例如NCT02071927 和 NCT02861300）单独或者联合运用来评估其抗癌作用。

谷氨酰胺分解的第二步中参与谷氨酸转化为 α-KG 的酶的作用也与纤维化有关。TGF-β增加了 HLF 中丙氨酸转氨酶2 (GPT2)、天冬氨酸转氨酶 1 和 2 (GOT1/2)以及 PSAT1 的丰度，并降低了谷氨酸脱氢酶 1(GLUD1)。氨基转移酶抑制剂氨基氧乙酸 (AOA) 抑制了TGF-β诱导的肌成纤维细胞中的胶原蛋白生成；但是，氨基转移酶 GPT1/2 和 GOT1/2 的基因沉默对胶原蛋白的产生没有影响。相反，谷氨酸利用酶 PSAT1(甘氨酸从头合成过程中将 3-磷酸羟基丙酮酸 (3-PHP) 转化为 3-磷酸丝氨酸 (3-PS)的基因沉默，显著抑制了 TGF-β刺激的正常来源和 IPF 衍生的 HLF的胶原蛋白生成。此外，IPF 肺组织和肺纤维化博来霉素模型中 PSAT1 的丰度也是增加的。总之，这些数据表明，PSAT1 不仅需要谷氨酸盐来促进纤维化过程中用于甘氨酸合成的 3-PS的产生，而且还可能产生α-KG以满足α-KG 依赖性反应（如胶原羟化），并可能用于补充TCA 循环。

谷氨酰胺依赖性回补在癌症环境中驱动了TCA 循环和 OXPHOS，但这是否发生在纤维化背景下存在相互矛盾的证据。研究表明，谷氨酰胺剥夺、GLS 抑制和泛转氨酶抑制剂 AOA 都不会影响 TGF-β诱导的 OXPHOS 增加，因为这是由线粒体耗氧率 (OCR) 的增加决定的。但是，另一项研究表明，谷氨酰胺缺乏会导致OCR 降低，并推测TCA 中间体琥珀酸和富马酸的增加是通过谷氨酰胺衍生的回补形成的，以稳定缺氧诱导因子1α (HIF1α)。如前所述，不同研究得到的不同的结果可能反映了成纤维细胞的差异（成人肺与胎儿肺成纤维细胞）。但是，随后的标记性研究发现了更多信息：TGF-β刺激增强肺成纤维细胞对 13C标记的谷氨酰胺的消耗与碳标记的柠檬酸和下游 TCA 代谢物（谷氨酸、苹果酸和天冬氨酸）的增加有关，这表明增加谷氨酰胺消耗和谷氨酰胺裂解能够为 TCA 循环提供回补底物。同一项研究表明， TGF-β刺激导致谷氨酰胺碳进入脯氨酸生物合成的量增加了7倍，而进入TCA 循环代谢物的量为2倍。谷氨酸是脯氨酸的重要前体，脯氨酸占胶原蛋白分子的 23%。在 TGF-β刺激的肺成纤维细胞中的标记性研究表明，胶原蛋白生成增加、脯氨酸丰度增加，谷氨酰胺衍生的碳与脯氨酸的结合增加。脯氨酸是在线粒体中从谷氨酰胺衍生的谷氨酸通过两个步骤合成的。首先，D-1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS；由ALD18A1编码）催化ATP-和NADPH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的还原形式）依赖的磷酸化和谷氨酸还原转化为谷氨酸-g-半醛（GSA），它与D-1-pyrroline-5-carboxylate(P5C) 处于平衡状态。接下来P5C 还原酶在NADH存在下（由 PYCR1、PYCR2 和 PYCRL编码）将 P5C 还原为脯氨酸。TGF-β增加了所有参与脯氨酸合成途径的酶的产生，在 IPF 肺组织和实验诱导的小鼠肺纤维化中也报道了 P5CS 增加。此外，P5CS 的敲低会消耗脯氨酸并减少 TGF-β刺激的 HLF 中胶原蛋白生成。此外，在临床证据方面，肺功能标志物 [用力肺活量 (FVC) 和弥散能力系数 (DLCO)] 与 IPF 肺组织中 ALDH18A1 的表达呈负相关。

越来越多的证据表明，表观遗传重编程通过调节成纤维细胞分化、胶原合成和细胞凋亡，在 IPF 的发病机制中发挥着重要作用。据报道，谷氨酰胺分解会改变组蛋白甲基化，从而影响 IPF 成纤维细胞中抗凋亡基因的表达。肌成纤维细胞的抗凋亡表型普遍被认为是导致 IPF肺纤维化进展的关键特征。据报道，X 连锁细胞凋亡抑制剂(XIAP) 在 IPF 中增加并增强了肺成纤维细胞的细胞凋亡易感性。组蛋白去甲基化酶 JMJD3 以依赖于谷氨酰胺和 α-KG 的方式与抗凋亡基因 XIAP 的启动子结合，表明 IPF 衍生的成纤维细胞中抗凋亡基因的表观遗传调控需要谷氨酰胺水解。

这些证据表明，谷氨酰胺分解促进了IPF 中肌成纤维细胞的促纤维化表型中的多个过程。在肝纤维化的背景下，谷氨酰胺分解还促进 HSC 转分化为 MF-HSC。GLS1 抑制剂目前正在癌症1 期和 2 期临床试验中，单独或与其他治疗剂 (NCT02861300) 联合应用（表 1）。GLS1 抑制剂，无论是单独使用还是与其他抗纤维化方法联合使用，都代表了其干扰多种纤维化病理过程而发挥抗纤维化的作用。

表1 代谢抑制剂在 IPF 中显示出抗纤维化的临床前作用，并在癌症临床试验中进行了测试

NSCLC，非小细胞肺癌；DM，糖尿病。

5.脂质代谢

有大量证据表明，脂质介质（如前列腺素和溶血磷脂）的失衡可在IPF的情况下驱动纤维化反应。但是，在纤维化背景下脂质合成途径的重编程研究较少。脂肪酸合成酶 (FASN)是一种多功能的同源二聚体酶，可通过脂肪酸从头合成途径由丙二酰辅酶 A(CoA) 生成长链脂肪酸（图 3）。TGF-β刺激下，FASN mRNA 和蛋白质在人肺和鼠成纤维细胞以及博莱霉素诱导的鼠肺中均增加。沉默FASN 会减少胶原蛋白 I、结缔组织生长因子 (CTGF) 和纤连蛋白的产生，而对 FASN 的药理学抑制（使用 C75）可减少肺纤维化并稳定小鼠的肺功能下降。FASN 介导其促纤维化作用的机制尚不清楚，需要进一步研究来确定增加的长链脂肪酸是否通过b-氧化产生乙酰辅酶 A为TCA 循环提供燃料，或为脂质介导的信号传导途径提供前体。值得注意的是，在针对 FASN 的药物的1 期试验中，研究者在许多癌症中也观察到 FASN 丰度增加，显示出实体瘤患者的良好耐受性。

图3 靶向线粒体能量通路和脂肪酸合成以抑制纤维化

线粒体中的电子传递链和 TCA 循环通过产生 ATP 并为生物合成途径以及氧化还原和表观遗传调节提供 TCA 中间体来促进纤维化。线粒体功能障碍，包括减少线粒体自噬和增加 ROS 产生，促进了促纤维化信号通路。抑制脂肪酸合成也可能通过产生脂质介导的促纤维化信号传导的前体来介导抗纤维化作用。针对线粒体和脂质代谢的潜在抗纤维化策略以红色突出显示。PDH，丙酮酸脱氢酶复合物；PDK1，丙酮酸脱氢酶激酶1；SUCLA2，琥珀酸辅酶A连接酶；FADH2，还原黄素腺嘌呤二核苷酸；OAA，草酰乙酸；mtDNA，线粒体DNA；NOX4，NADPH氧化酶4；ROS，活性氧；TFAM，线粒体转录因子A；PINK1，PTEN 诱导激酶 1；DCA，二氯乙酸；ACC，乙酰辅酶A羧化酶；FASN，脂肪酸合成酶。

在皮肤纤维化中，增强的糖酵解驱动了ECM 产生，抑制了脂肪酸氧化，并减少了与脂肪酸氧化相关的基因的表达，而脂肪酸氧化的药理学或遗传抑制可增强真皮成纤维细胞中成纤维细胞 ECM 的产生，表明在糖酵解增加的条件下，脂肪酸氧化与 ECM负相关。但是，目前尚不清楚为什么脂肪酸氧化的减少会促进 ECM 的产生，尽管有人推测限制ATP 的其他生成来源可以使糖酵解更有效地发挥作用。我们对纤维化过程中脂质代谢网络内发生的改变的理解仍然不完整。未来还需要进一步研究脂质代谢的变化与纤维化的关系，并确定潜在的抗纤维化治疗方法，包括靶向 FASN。

6.线粒体动力学

线粒体是细胞的动力源，能够产生ATP 和生物合成中间体，并决定各种生物学结果，例如程序性细胞死亡。线粒体是ATP产能场所，发生TCA 循环和OXPHOS 反应。丙酮酸、脂肪酸和谷氨酰胺等底物进入 TCA 循环，产生NADH 和 FADH2（还原黄素腺嘌呤二核苷酸），通过电子传递链 (ETC) 驱动 ATP 的产生。线粒体也是大分子生物合成的关键中间体（如草酰乙酸和α-KG）以及基因表达的表观遗传调节（如乙酰辅酶A和α-KG）的重要生产场所（图3）。

人们越来越关注线粒体代谢功能障碍在驱动糖尿病和癌症等与年龄相关的疾病中的作用，线粒体功能的重新配置也与 IPF 的发病机制有关。年龄是 IPF 发展的重要风险因素，这是由于肺的结构细胞，特别是肺泡上皮细胞对细胞压力的敏感性增加导致的。有证据表明异常线粒体表型，包括线粒体增大、线粒体自噬增加、活性氧 (ROS) 产生和细胞死亡途径激活等，增强了细胞对压力的易感性和发生纤维化的可能性。

自噬和线粒体自噬的缺陷也与IPF 和损伤应答中肺纤维化的发展有关。线粒体自噬是一种高度保守的适应性反应，它针对健康和受损的线粒体的更新，通过调节线粒体的数量来匹配细胞能量需求，并通过调节线粒体产生的 ROS (mtROS)， 避免潜在的细胞压力。线粒体自噬是通过磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN) 诱导的激酶 1 (PINK1) 和 Parkin(Prkn) 信号通路介导的，其中丝氨酸-苏氨酸激酶PINK1 探测到部分线粒体膜去极化并招募 Parkin（一种胞质 E3 泛素连接酶）到线粒体外膜。反过来，Prkn，标记泛素化功能失调的线粒体，以便在自噬体中降解。TGF-β降低了肌成纤维细胞中 PINK1 的表达和线粒体再循环，并且在 IPF 肺活检、纤维化小鼠模型和小鼠衰老模型中也报道了 PINK1 蛋白的减少。研究还表明，肺成纤维细胞中 PINK1 或 Prkn 的敲低导致线粒体自噬减少，导致 mtROS 产生并通过促进促纤维化血小板衍生生长因子 (PDGF)信号传导，从而促进了成纤维细胞增殖和肌成纤维细胞分化。在小鼠中，Parkin 缺乏增强了博来霉素诱导的肺纤维化。此外，据报道吡非尼酮会增加 Parkin介导的线粒体自噬，这可能部分解释了它如何介导其抗纤维化作用。

7.线粒体活性氧

ROS 可以激活多种信号通路，从而激活转录因子HIF1α、p53 和核因子B(NF-κB)，进而导致编码组织损伤和纤维化的细胞因子的基因表达的增加。多种途径都有助于 ROS 的产生，包括 ETC 和NADPH 氧化酶 4 (NOX4)。在纤维化背景下，TGF-β通过 HLF 中 ETC 的复合体 III 诱导 mtROS产生，这是 TGF-β介导的编码αSMA 和 CTGF 的基因在磷酸化和核易位下游的SMAD3转录所必需的。此外，TGF-β诱导的谷氨酰胺分解增加支持了TCA 回补，导致 HLF 中线粒体呼吸增加。因此，增强的 OXPHOS 可导致 mtROS 产生增加，从而稳定了HIF1α 并导致 HIF1α 介导的纤维化代谢重编程。

NOX4 存在于鼠胚胎成纤维细胞中的线粒体，有助于 ROS 的产生，并在 IPF 肺中表达增加。据报道，TGF-β1 诱导的 NOX4 产生ROS 可促进 IPF 衍生的间充质细胞中成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化和 ECM 的产生，而药理学抑制NOX4（使用 Cpd 88）或遗传抑制NOX4（使用 siRNA）可防止博来霉素诱导的肺纤维化。此外，据报道，在 IPF患者来源的成纤维细胞中，线粒体靶向抗氧化剂可抑制 TGF-β诱导的 mtROS 生成和基因表达。

尽管在TGF-β刺激下肌成纤维细胞中的线粒体呼吸持续增加，但 ROS产生的早期这种增加会随着时间的推移而下降。纤维化过程中脯氨酸生物合成的增强减弱了氧化还原应激，因为它消耗了氧化还原当量、NADP 和 NADPH，从而减少了TGF-β刺激后增加的 OXPHOS 产生的过量mtROS。此外，线粒体 NADPH 和 NADH 氧化酶的基因沉默减少了肺成纤维细胞中脯氨酸的积累，而抑制ETC 和 ATP 合成也抑制了脯氨酸的产生，这表明完整的线粒体ETC 对维持脯氨酸水平至关重要。

由 mtROS引起的氧化损伤反过来会导致线粒体DNA (mtDNA)损伤，mtDNA 会释放到细胞外环境中。在IPF 成纤维细胞和 TGF-β1 诱导的原发性 HLF 中，细胞外 mtDNA 释放增加，其中mtDNA在非刺激的 HLF 中可单独触发α-SMA 的产生。mtDNA 具有富含 CpG 的区域，可作为损伤相关分子模式 (DAMP)，触发 Toll 样受体9 (TLR9) 依赖性免疫反应，这也与驱动纤维化有关。在 IPF 支气管肺泡灌洗液 (BALF) 中也观察到循环中mtDNA 增加，并且与疾病进展加快和无事件生存率降低有关。

据报道，乙酰化酶SIRT-3 和 SIRT-7 是主要的 NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）依赖性脱乙酰酶，可以调控线粒体代谢（包括限制mtROS），其在 IPF 肺组织中也减少了。HLF 中 SIRT-3 或 SIRT-7 的沉默会增加 SMAD3（mRNA和蛋白质）和α-SMA的丰度并促进I型胶原蛋白的合成，而 SIRT-3 或 SIRT-7 的过表达在 TGF-β1刺激的 HLF 中会降低 SMAD3、α-SMA 和I型胶原蛋白的丰度。在衰老的肺纤维化小鼠模型的肺成纤维细胞中，SIRT-3 和 SIRT-7 的丰度降低，而缺乏SIRT-3 的小鼠更容易导致博莱霉素诱导的肺纤维化的发生。

8.线粒体呼吸

研究还表明，IPF 肌成纤维细胞和 TGF-β1 刺激的 HLF 不仅具有糖酵解表型，而且还会轻微增加线粒体呼吸。增加的线粒体呼吸可提供 ATP、TCA 碳中间体和 ROS 以支持各种纤维化反应。线粒体呼吸的增加伴随着线粒体生物合成的增强，这是由 p38 丝裂原活化蛋白激酶 (p38 MAPK) 依赖的线粒体生物合成转录因子、过氧化物酶体增殖物激活受体-γ 共激活因子 1 α (PGC1α)和下游线粒体转录因子 A (TFAM)的磷酸化的增加引起的。沉默 TFAM 会减少 αSMA 蛋白的产生，但对胶原蛋白 IA1 或纤连蛋白 mRNA 没有影响。此外，据报道，用 ETC 复合物 I 抑制剂鱼藤酮处理细胞或敲低 TFAM 可抑制 TGF-β1 诱导的肌成纤维细胞收缩性和 αSMA 蛋白合成。但是，我们实验室的研究表明，用鱼藤酮和抗霉素 A 的组合物抑制 ETC 复合物 I 和 III 不会影响 TGF-β1 诱导的胶原蛋白生成。这些结果表明，增强的 OXPHOS 可能主要是维持分化的肌成纤维细胞的收缩表型而不是胶原蛋白合成所必需的。

线粒体中的 TCA 循环对瀑布反应很重要，它提供了细胞生长和增殖的酶促反应的中间体。最近的两项基于 MS 的研究表明，TGF-β1 可增强 TCA 代谢物琥珀酸盐、α-KG、富马酸盐、苹果酸盐和柠檬酸盐的产生。在 TGF-β1 刺激的肺肌成纤维细胞和博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中，琥珀酸也增加。IPF 肺组织的代谢分析还显示负责在 TCA 循环中将琥珀酰辅酶 A 转化为琥珀酸的琥珀酰辅酶 A 合成酶的转录增加。在常氧条件下，琥珀酸通过抑制促使其降解的脯氨酰羟化酶来稳定缺氧的主要调节因子 HIF1α。编码αSMA的ACTA2 启动子内具有HIF 结合位点，这奠定了HIF1α在IPF 中的潜在作用。此外，琥珀酸可增强 TGF-β1 诱导的肌成纤维细胞中 HIF1α 的稳定性，增加了αSMA 蛋白的产生。

TCA 循环活性的增加可能会增强琥珀酸诱导的 HIF1α稳定性，从而促进肌成纤维细胞分化程序。HIF1α 也是其他细胞类型代谢重编程的关键转录调节因子，已被证明可促进 TGF-β1 刺激的 IPF 成纤维细胞中的乳酸分泌。HIF1α 增加乳酸产生的一种机制是通过增加丙酮酸脱氢酶激酶 1 (PDK1)。PDK1 位于线粒体基质中可抑制丙酮酸脱氢酶复合物，从而减弱葡萄糖碳以乙酰辅酶 A 的形式进入 TCA 循环。TGF-β1 刺激的成纤维细胞中 PDK1 的丰度增加，敲低PDK1或用药物抑制剂二氯乙酸 (DCA)干预，减少了 TGF-β1 诱导的 IPF 成纤维细胞中乳酸和 αSMA的产生的增加，并在博莱霉素模型中减弱了纤维化的发展。

越来越多的证据表明，除了产生 ATP 外，线粒体还通过多种机制促进促纤维化环境，包括刺激 ROS 产生、减少线粒体自噬和增加 TCA 循环活性。就治疗意义而言，研究发现使用非靶向抗氧化剂 N-乙酰半胱氨酸 (NAC) 来增加IPF 中的谷胱甘肽水平没有显著的临床获益。尽管靶向线粒体抗氧化剂还尚未在 IPF 的背景下测试使用，但目前NOX1 和 NOX4 抑制剂GKT13781 (NCT03865927)在 IPF 患者中已进入 2 期临床试验。

9.代谢的激酶调节剂：mTOR 和AMPK

mTOR 和磷酸腺苷 (AMP) 活化的蛋白激酶(AMPK) 是关键的营养物质和细胞能量传感器以及细胞代谢的主要调节剂。这两种信号通路之间的相互作用在多种疾病（包括癌症、自身免疫性疾病、代谢疾病和神经系统疾病）的代谢网络重构方面发挥着关键作用，越来越多研究也表明其出现在纤维化中，包括 IPF。

我们的研究以及其他研究也已经表明，除了经典 SMAD信号通路外，TGF-β1 还激活了IPF 衍生的 HLF 中mTOR 信号通路，此外，mTOR 信号传导是TGF-β1 介导的纤维化作用的核心部分。这一证据以及人IPF 肺组织中 PI3K 通路的激活，为omipalisib（一种有效的泛 PI3K 和 mTOR 抑制剂）在IPF 中的研究提供了理论依据。研究进一步表明 mTOR 复合物 1 (mTORC1) 信号传导至翻译起始因子 4E-BP1介导了omipalisib对TGF-β1 诱导的胶原沉积的抑制作用。我们实验室的其他数据进一步确定了该轴在TGF-β1 诱导的肌成纤维细胞的代谢程序中的关键微调作用。TGF-β1 增加了活化转录因子 4(ATF4)（氨基酸代谢的转录主调节因子）的产生，提供了葡萄糖衍生的甘氨酸以满足与胶原蛋白生成增加相关的氨基酸需求。TGF-β1在转录和蛋白水平上诱导了ATF4，后者取决于 mTORC1–4E-BP1 轴的激活。反过来，ATF4 促进了编码丝氨酸-甘氨酸从头合成途径的酶和 GLUT1 的基因转录，这些都是如前所述的 TGF-β1 诱导的胶原合成的组成部分（图 4）。此外，用 14C-葡萄糖进行细胞标记的研究发现ATP 竞争性 mTOR 抑制剂 AZD8055 可阻止葡萄糖衍生的碳并入胶原蛋白。这些证据进一步支持了omipalisib 诱导 IPF 肺纤维化区域中 18F-FDG 摄取呈暴露依赖性降低。

图4 肌成纤维细胞中ATF4介导的代谢和生物合成重编程

TGF-β1 刺激 ATF4 最终导致人肺成纤维细胞中胶原蛋白的生物合成增加。配体诱导的 TGF-β1受体复合物激活导致SMAD3依赖性的ATF4表达增加并促进 mTORC1 活化，这反过来又刺激了ATF4 蛋白的产生。ATF4 随后促进了丝氨酸-甘氨酸通路中关键基因和 SLC2A1（编码 GLUT1 的基因）的转录。丝氨酸-甘氨酸生物合成酶和 GLUT1 共同作用以促进葡萄糖衍生的甘氨酸生物合成，从而导致活化的肌成纤维细胞中胶原蛋白合成速率增强。二甲双胍和 AICAR 可以激活AMPK，后者可通过CREDIT 抑制mTORC1 信号传导。A. MASTIN/ 磷酸化结节性硬化症复合物。AICAR，5-氨基咪唑-4-甲酰胺-1-b-d-呋喃核糖苷。

纤维化过程中 mTORC1 的上游信号研究较少。mTORC1 整合了多种上游信号，包括生长因子信号、能量状态、营养可用性和氧气可用性。PI3K 和蛋白激酶 B (Akt) 通路通过灭活结节性硬化症复合体 (TSC)促进了mTORC1的激活。但是，我们实验室最近的体外研究表明，尽管TSC2 及其下游效应子Rheb在调节TGF-β1诱导的mTORC1激活和胶原蛋白I沉积方面发挥关键作用，但PI3K-Akt 途径是可有可无的。尽管这些结果与之前报告的PI3K 信号在 TGF-β诱导的胶原合成过程中的作用相反，但较早的研究使用的是对其他PI3K相关激酶具有广泛抑制作用的第一代 PI3K 抑制剂。近期研究已经证明α-KG（一种已知的 mTORC1 激活剂）在促进成纤维细胞胶原蛋白生成中的作用。如前所述，谷氨酰胺分解是α-KG 的重要来源，通过 CB-839 或谷氨酰胺消耗来抑制谷氨酰胺分解酶 GLS 可防止 TGF-β1 诱导的 mTORC1 激活和肌成纤维细胞中α-KG 的产生。

mTOR是在能量充足的条件下激活并促进消耗ATP的合成代谢反应，AMPK则不同，AMPK发生磷酸化并在能量消耗时被激活，以促进ATP产生并减少ATP的消耗。AMPK 活性降低的特征是Thr172 处 AMPKα亚基的磷酸化降低，这在TGF-β1 刺激的 HLF 和 IPF 衍生的成纤维细胞中可以观察到，其与IPF 肺组织和博来霉素模型中的纤维化区域相关。AMPK 是通过 TSC 磷酸化介导的mTORC1 信号传导的关键上游抑制剂。在IPF 成纤维细胞中，AMPK 磷酸化的减少与mTORC1 信号传导和代谢重编程的增加有关，包括 HIF1α的稳定和下游乳酸的产生。二甲双胍是一种常用于治疗 2 型糖尿病的双胍类药物，通过抑制 ETC 复合物 I 和增加AMP:ATP比率来介导 AMPK 活化，而 AICAR（5-氨基咪唑-4-甲酰胺-1--d-呋喃核糖苷）是一种直接激活 AMPK 的 AMP 模拟物。据报道，AICAR和二甲双胍均可防止 TGF-β1刺激的成纤维细胞中α-SMA和ECM 的产生，并在TGF-β1 刺激24 小时后逆转α-SMA的增加。AMPK 激活促进抗纤维化作用的潜在机制增加了自噬、增强了线粒体生物发生、增加了成纤维细胞对细胞凋亡的敏感性和增加了 ECM 转换。此外，除了防止纤维化的进展外，二甲双胍还能促进博来霉素模型中已建立的纤维化消退，后者与二甲双胍能降低NOX4 衍生的 ROS 并随后抑制SMAD 磷酸化和肌成纤维细胞分化。但是，在三项IPF试验中，对安慰剂组中二甲双胍与非二甲双胍进行分析发现，该药物对IPF疾病的结果没有实质性影响，包括疾病进展、FVC 下降和死亡率。因此，二甲双胍在 IPF 中的治疗潜力仍有待确定。

结论

纤维化代谢组学是一个新兴研究，利用基质细胞的关键代谢特点可能开发出新的治疗策略，在多种纤维化病症的背景下进行纤维化干涉。目前的证据表明，无论起源于哪个器官，成纤维细胞都会微调其细胞代谢网络，以满足肌成纤维细胞对多种刺激的合成需求，包括基因组改变、微环境和代谢压力。代谢组学变化可以使细胞对特定刺激做出适应性反应，也直接影响了细胞表型。此外，代谢组学靶向治疗策略前景越来越好，多项研究报告了代谢靶向药物在肿瘤环境中具有良好的耐受性和疗效（表1）。这些药物代表了抗纤维化的新策略，既可以单用，也可以像在癌症中一样辅助治疗。需要强调的是纤维化往往是一个慢性过程，作为一种新型的抗纤维化方法恢复代谢平衡将需要长期治疗。微调以抑制纤维化实现最大化治疗效果，同时避免对组织稳态的干扰将是至关重要的。组织损伤和修复期间，肌成纤维细胞发挥了重要的瞬时作用，成纤维细胞和内皮细胞都必须微调其代谢网络，以促进修复反应。

随着新的分析方法的出现，特别是MS，代谢组学展现出良好的应用前景。MS有望成为揭示疾病不同病理阶段代谢“指纹”的完美工具，可以为疾病治疗和精准医学提供治疗靶点。代谢组学技术，包括MS和NMR，才刚刚开始应用于纤维化的研究中，目前只评估了静态代谢变化与纤维化的关系。纤维化背景下的复杂的多向代谢网络需要动态的，多层次的代谢组学方法的应用。在癌症中，体外体内使用稳定同位素标记的代谢物（如13C标记的葡萄糖）结合计算机模型，集中于代谢途径和代谢网络的整合方法，例如，权重基因共表达网络分析 (WGCNA)，揭示了肿瘤发生过程中不同代谢物的效用性，可在识别代谢物靶向治疗方面具有变革性意义。基质辅助激光解吸电离（MALDI）成像可以在原位同时成像，可以在组织不失真的情况下对代谢物解剖结构进行定量分析，同样已经在癌症中得到应用。这个计数或基于MS的成像技术，虽然没有被广泛应用在纤维化的研究中，但有研究评估了使用MALDI在肺纤维化以及使用批准的抗纤维化剂，吡非尼酮治疗小鼠的模型中检测代谢物的可行性。研究者发现治疗组中代谢物的明显异常，还需要更加有力的研究来确定该方法的实用性。

需要强调的是，我们才刚刚发现并了解到异常的代谢途径是纤维化的关键所在。将纤维化代谢组学整合入包括转录组和代谢组学结合的高维OMIC平台中的系统性生物学方法，可以识别潜在的纤维化发展的通路，开发新的诊断和预后生物标记物，并提供针对这些途径的具有治疗效益的抗纤维化方案。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.aay1027

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