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提示：本文章作为优先出版方式在线发表，可作为有效引用数据。但一经印刷版正式出版，该内容将从优先出版中下架，本刊不保障论文链接的持续有效性。由于优先发表的内容尚未完成规范的编校流程，本刊不保证其数据与印刷版内容的一致性，以最终正式印刷出版为准。 引用本文 周鸣,曾子键,杨希坤,李晖. 肝细胞程序性细胞死亡在肝纤维化中的作用[J]. 中华肝脏病杂志,2026, 网络预发表.DOI:10.3760/cma.j.cn501113-20250918-00393. 通信作者： 李晖，成都中医药大学附属医院中心实验室  摘 要  肝纤维化是慢性肝病发生和发展的关键环节，抑制肝纤维化对慢性肝病的防治具有重要意义。随着对肝细胞研究的深入，研究者发现不同的诱因刺激肝细胞，会使肝细胞通过不同的分子机制，发生相应的程序性细胞死亡（包括细胞凋亡、坏死性凋亡、焦亡、泛凋亡、铁死亡、铜死亡和自噬），进而对肝纤维化造成促进或抑制的作用。通过调控肝细胞程序性细胞死亡，可缓解或加剧纤维化进展。现阐述不同肝细胞程序性细胞死亡在肝纤维化中的作用、诱发肝细胞程序性细胞死亡的相关机制，以及通过干预肝细胞程序性细胞死亡以调控肝纤维化的相关措施，以期为防治肝纤维化提供新的理论依据。   正 文  肝细胞、肝巨噬细胞、肝窦内皮细胞和肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）是肝纤维发生机制中的4种核心细胞，它们组成了肝纤维化过程中各个环节的关键枢纽，联合管理纤维化机制 ［ 1 ］ 。程序性细胞死亡（programmed cell death，PCD）是维持机体内在平衡的重要机制，在机体的组织细胞内广泛存在，目前发现的PCD形式包括细胞凋亡、坏死性凋亡、焦亡、泛凋亡、铁死亡、铜死亡和自噬。 肝纤维化的发病过程中涉及多种细胞的PCD、同种细胞的不同PCD以及不同PCD之间的串扰，它们对纤维化进展发挥着双向作用：消除促纤维化细胞，如活化HSC和M1型巨噬细胞的PCD，能减缓肝纤维化进展；损伤维持肝脏正常生理功能的基础细胞如肝细胞、肝窦内皮细胞和M2型巨噬细胞的PCD，则会加剧肝纤维化的发生和发展 ［ 2 ］ 。肝细胞是肝损伤后发生PCD的主体细胞和肝纤维化的始动因素，它的PCD形式往往决定后续的肝纤维化发生和发展机制。研究结果显示，肝细胞PCD由基因调节，会对肝纤维化造成双重影响，调控肝细胞PCD机制可缓解或加剧纤维化进展 ［ 3 ］ 。因此，调控肝细胞PCD可能是防治肝纤维化的有效措施。本文基于肝细胞的不同PCD形式，对肝细胞PCD对肝纤维化的作用、诱导肝细胞PCD的相关机制及通过干预肝细胞PCD以调控肝纤维化的相关措施进行综述。 一 肝细胞凋亡 过度的肝细胞凋亡则会促进肝纤维化的发生和发展。各种肝病诱因上调肝细胞内促凋亡蛋白与抑凋亡蛋白的比值，会促使肝细胞凋亡，凋亡肝细胞会释放凋亡小体（apoptotic body，AB），AB被HSC和巨噬细胞吞噬可诱导促纤维化反应 ［ 4 ］ 。因此，阻止肝细胞凋亡或许能抑制促纤维化反应，延缓肝纤维化进展。 肝细胞凋亡受到复杂且多样化的分子调控网络影响，包括特定基因、非编码RNA、信号蛋白及激素等在内的多种因子，均可通过调节肝细胞凋亡的平衡，深刻影响肝纤维化的发生与发展。在四氯化碳肝纤维化小鼠体内及原代肝细胞体外实验中，铁调素可通过抑制蛋白激酶R样内质网激酶通路促使B细胞淋巴瘤/白血病-2（B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）蛋白表达升高、其相关X蛋白（Bax）表达降低，阻止肝细胞凋亡并改善肝纤维化 ［ 5 ］ 。通过代谢相关脂肪性肝炎（metabolic associated steatohepatitis，MASH）小鼠体内实验及肝细胞体外实验结果显示，上调新型抗凋亡信号（CD1d-JAK2-STAT3）轴可增加Bcl-xL和Mcl-1的表达，同时减少胱天蛋白酶（caspase）-3/7的表达，进而抑制肝细胞凋亡，防止MASH进一步恶化 ［ 6 ］ 。通过体内外研究证明，缺氧相关因子（hypoxia-associated factor，HAF）可上调肿瘤坏死因子受体相关死亡结构域蛋白（TNFRSF1A-associa-ted via death domain，TRADD）和受体相互作用蛋白激酶（receptor-interacting protein kinase，RIPK）1的转录，激活核因子（nuclear factor，NF）-κB通路增加磷酸化NF-κB p65亚基（P-p65）和p50亚基（P-p50）的表达，抑制肝细胞凋亡，改善MASH预防其进展为HCC ［ 7 ］ 。 PNPLA3基因的I148M变体表达可导致肝脏脂质积累，使肝细胞发生脂毒性凋亡，产生AB和损伤相关分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP），诱导巨噬细胞M1型极化和HSC活化，促进肝纤维化进展 ［ 8 ］ 。Wang等 ［ 9 ］ 发现成纤维细胞生长因子4可磷酸化肝细胞中的雌激素相关受体γ，促使其泛素化降解，避免乙醇刺激雌激素相关受体γ后，使细胞色素P450 2E1基因过表达，导致肝细胞凋亡增加以及肝脏炎症和纤维化的发生。let-7 miRNA可通过甲基胞嘧啶双加氧酶3siRNA的负反馈回路减少肝细胞中转化生长因子β1的产生，也可经转录后直接抑制Fas表达，进而抑制两种死亡因子介导的肝细胞凋亡，减轻胆管结扎诱导的肝纤维化 ［ 10 ］ 。研究发现，敲低趋化因子（C-X-C基元）配体1可减弱小鼠肝脏中性粒细胞的浸润，降低炎性细胞因子的表达，并显著下调活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生和caspase-3相关肝细胞凋亡，从而改善慢加急性肝衰竭的肝损伤 ［ 11 ］ 。过度训练产生的乳酸体会促进髓系细胞白血病序列1基因表达，相关蛋白可上调促凋亡基因 BAX和 BAK的表达，进而诱导肝细胞凋亡释放AB，使HSC活化 ［ 12 ］ 。经乙型肝炎相关慢加急性肝衰竭患者前瞻性多中心队列研究结合肝细胞体外实验发现，信号蛋白-6B（SEMA6B）在肝细胞中过表达可通过停滞G 0/G 1细胞周期抑制肝细胞增殖并诱导细胞凋亡，上调炎症相关通路，加剧肝功能衰竭 ［ 13 ］ 。 除上述调控肝细胞凋亡的机制性研究外，部分天然化合物和益生菌也被发现可通过干预上述机制，抑制肝细胞凋亡，改善不同病因引起的肝纤维化。橙皮苷可通过恢复血管内皮生长因子A-磷酸肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白酶B（AKT）信号通路的传导抑制肝细胞凋亡，缓解代谢相关脂肪性肝病（metabolic associated fatty liver disease，MAFLD） ［ 14 ］ 。桧木酮可通过上调法尼醇-X受体及其下游靶基因 SHP和 CES1的表达，减弱肝细胞脂质沉积并降低caspase-8水平，从而抑制肝细胞凋亡，减轻MASH纤维化 ［ 15 ］ 。副干酪乳杆菌HY7207能下调Bax/Bcl-2蛋白的比值，抑制HepG2细胞凋亡；还能下调 Srebp1c等脂肪生成基因、 Tnf等炎症基因和 Col1a1等纤维化基因的表达，改善MAFLD小鼠的肝脏脂肪堆积、炎症和纤维化 ［ 16 ］。 二 肝细胞坏死性凋亡 肝细胞坏死性凋亡具有促纤维化作用，抑制肝细胞坏死性凋亡是治疗肝纤维化的新途径。当凋亡相关因子受体被激活但caspase-8缺乏的情况下，去泛素化酶柱状素会激活RIPK1，RIPK1通过与RIPK3相互作用，募集并激活混合谱系激酶结构域样蛋白（mixed lineage kinase domain-like protein，MLKL），进而诱导肝细胞坏死性凋亡释放DAMP，诱发肝脏炎症并激活HSC，促进肝纤维化进展 ［ 2 ］ 。 经多种动物及细胞实验证明，肝细胞坏死性凋亡的核心分子通路RIPK3/MLKL是肝脏受多种病理刺激如肥胖、胆汁淤积、缺氧及乙醇等后，驱动肝纤维化发生和发展的重要途径。Selvarani等 ［ 17 ］ 发现，RIPK3和MLKL高表达所诱导的肝细胞坏死性凋亡，会使肥胖小鼠肝脂肪变性进展为肝纤维化和肝细胞腺瘤的概率显著增加，而下调肝细胞MLKL蛋白的表达，可显著减轻四氯化碳诱导的肝纤维化；进一步的研究显示，MLKL缺失可通过减少肝细胞坏死性凋亡，抑制HSC激活来阻断肝纤维化。肝细胞受胆汁酸刺激可释放JNK/c-Jun信号上调C-C基序趋化因子配体2和3的表达，进而促进CD14 ＋和CD16 ＋型单核细胞浸润并分泌肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和凋亡相关因子配体（FasL），两种死亡因子与RIPK1/RIPK3/MLKL轴相互作用可驱动肝细胞坏死性凋亡，加剧胆汁淤积性肝损伤 ［ 18 ］ 。缺氧引起的线粒体损伤和Z-DNA积累可导致肝细胞Z-DNA结合蛋白1（Z-DNA binding protein 1，ZBP1）/RIPK3依赖性坏死性凋亡，加重肝缺血再灌注损伤 ［ 19 ］ 。在酗酒诱发的慢加急性肝衰竭体内外模型实验中，乙醇可促进中性粒细胞浸润和胞外陷阱增加，进而触发肝细胞释放RIPK3诱导坏死性凋亡，加剧慢加急性肝衰竭 ［ 20 ］ 。 基于上述肝细胞坏死性凋亡诱导蛋白的研究结果显示，临床药物和强致癌物也可通过干预相关途径影响肝纤维化进展。二甲双胍可作用于肝细胞和肝巨噬细胞中的腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）-沉默信息调节因子1信号通路（Sirt1）通路，激活三甾四脯氨酸，进而抑制肝巨噬细胞释放TNF-α，减少肝细胞坏死性凋亡，缓解MAFLD ［ 21 ］ 。低剂量黄曲霉毒素B1可通过促进Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）4介导肝细胞坏死性凋亡加重MASH ［ 22 ］ 。四溴双酚S会抑制PINK1-PAKIN信号通路介导的线粒体自噬，导致THLE-2和AML12细胞中的受损线粒体积累，随后累积的ROS可促进RIPK3/MLKL的表达，诱导肝细胞坏死性凋亡，加剧肝脏炎症 ［ 23 ］ 。 三 肝细胞焦亡 肝细胞焦亡导致的持续性炎症会促进肝纤维化发展，在肝纤维化过程中发挥关键作用。肝细胞内的核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎性小体可诱导肝细胞焦亡，焦亡肝细胞所释放的炎性小体颗粒被HSC内化后，可诱导HSC活化，促进肝纤维化发展 ［ 24 ］ 。 在肝纤维化的进程中，NLRP3炎性小体介导的肝细胞焦亡是驱动肝脏炎症与纤维化的核心环节，其活性受到关键抑制性分子、核心促进分子、新发现的表观遗传学机制及其他分子调控机制等多层次分子网络的精密调控。关键抑制性分子，核受体亚家族5组A成员2上调醛脱氢酶1家族成员B1的表达，降低ROS水平，抑制NF-κB-NLRP3通路，减少肝细胞焦亡并缓解MASH ［ 25 ］ ； NT5E编码的CD73蛋白可通过下调PI3K/AKT信号通路抑制NLRP3炎性小体介导的肝细胞焦亡，减轻酒精性脂肪性肝炎导致的肝损伤 ［ 26 ］ ；G蛋白偶联受体56通过抑制NF-κB/NLRP3通路介导的肝细胞焦亡，可减少HSC活化，缓解肝纤维化进展 ［ 27 ］ ；生长停滞特异性5分子可通过调节miR-684-AHR轴抑制肝细胞焦亡和HSC激活，阻止肝纤维化进一步发展 ［ 28 ］ 。核心促进分子，胞苷/尿苷单磷酸激酶2和高尿酸均可诱导NLRP3/人D蛋白（gasdermin D，GSDMD）通路介导的肝细胞焦亡，促进MAFLD进展为MASH；进一步的干预试验显示，通过基因调控或给予去甲二氢愈创木酸药物抑制胞苷/尿苷单磷酸激酶2活化，可影响后续通路，减少肝细胞焦亡，缓解肝脏炎症和纤维化 ［ 29 , 30 ］ 。新发现的表观遗传学机制表明，甲基转移酶样3（methyltransferase-like 3，METTL3）可分别通过与DLGAP5结合或与蛋白磷酸酶2A相互作用，激活NF-κB/NLRP3信号通路促进肝细胞焦亡，驱动肝巨噬细胞代谢重编程和M1型极化，加剧MASH纤维化；而使用METTL3的靶向抑制剂STM2457可显著减轻 HBx-Tg小鼠NLRP3依赖性MASH ［ 31 , 32 ］ ；活化的干扰素基因刺激因子（stimulator of interferon genes，STING）-WDR5/DOT1L/IRF3-NLRP3信号通路可诱导肝细胞焦亡，增强肝脏炎症促进肝纤维化进展 ［ 33 ］ 。其他分子调控机制，硒蛋白W可通过调节代谢重编程来激活巨噬细胞的cGAS/STING信号传导，从而促进肝细胞焦亡，加剧MAFLD的进展 ［ 34 ］ 。在脂毒性AML12和原代小鼠肝细胞体外模型中，敲低含溴结构域蛋白4可抑制NLRP3/GSDMD通路介导的肝细胞焦亡，缓解MASH的进展 ［ 35 ］ 。免疫层面，PD-1 ＋CD8 ＋T细胞可通过增加颗粒酶B和穿孔素1的产生诱导肝细胞焦亡，加剧自身免疫性肝病的炎症进展 ［ 36 ］ 。 基于上述NLRP3炎性小体的核心调控机制研究，靶向抑制其介导的肝细胞焦亡已成为开发抗肝纤维化治疗策略的重要方向，其中多种天然化合物在动物和细胞实验中展现出显著潜力。龙胆苦苷、低聚原花青素、特女贞子苷及鸦胆子素A等中药单体可分别通过下调TLR4、减少组织蛋白酶B泄漏并下调ROS-MLKL-织蛋白酶B信号通路、上调沉默调节蛋白6抑制嘌呤受体P2X7表达、阻断肝细胞内的核受体亚家族2组F成员2-高迁移率族蛋白B1炎症信号级联通路来抑制NLRP3激活诱导的肝细胞焦亡，进而抑制HSC活化、巨噬细胞M1型极化及白细胞介素-1β和白细胞介素-18诱导的炎症扩散，从而分别改善MASH、酒精相关性肝病（alcohol-associated liver disease，ALD）型肝纤维化 ［ 37 , 38 , 39 , 40 ］ 。中药复方“益气健脾方”也被证实可下调NLRP3/caspase-1/GSDMD信号通路或通过调节三羧酸循环恢复线粒体功能，抑制肝细胞焦亡，改善肝脏炎症和纤维化 ［ 41 ］ 。 四 肝细胞泛凋亡 细胞凋亡、坏死性凋亡、细胞焦亡通过泛凋亡机形成动态分子网络，泛凋亡既有三者的主要特征，也有自己独特的调控机制，如ZBP1和黑素瘤缺乏因子2（absent in melanoma 2，AIM2）便是合成泛凋亡复合物的关键启动分子，在特定条件下可主导完成泛凋亡复合物的组装，进而通过激活caspase-1、caspase-8和RIPK3，启动三条程序性细胞死亡通路诱导细胞泛凋亡。肝细胞泛凋亡是多种慢性肝病的刺激因素，如可促进MASH的发展，导致炎症性纤维化和肝细胞死亡 ［ 42 ］ 。 ZBP1和AIM2诱导的细胞泛凋亡在多种诱导肝纤维化的病理损伤如ALD、MAFLD、肝缺血再灌注损伤及药物性肝损伤中广泛存在，受多种细胞因子调控，主要以诱导肝细胞死亡的形式，促进肝纤维化进展。经纤维连接蛋白Ⅲ型结构域包含蛋白4处理的HepG2细胞，被TNF-α刺激后的肝细胞泛凋亡减弱，MAFLD炎症及纤维化缓解 ［ 43 ］ 。而STING可通过感知线粒体DNA的释放，诱导肝细胞泛凋亡，加重肝缺血再灌注损伤 ［ 44 ］ 。Zeng等 ［ 45 ］ 研究发现，敲低AIM2基因能减少肝细胞泛凋亡，从而显著减轻对乙酰氨基酚过量所诱导的药物性肝损伤；反之，利用腺相关病毒9恢复AIM2表达则会增加泛凋亡，加重肝损伤；此外，过量对乙酰氨基酚会导致人原代肝细胞泄漏线粒体DNA，进而通过激活TLR9通路促进中性粒细胞胞外陷阱形成，诱导肝细胞泛凋亡；而预注射脱氧核糖核酸酶Ⅰ可有效缓解该过程引发的药物性肝损伤。 基于上述泛凋亡机制，给予MAFLD肝细胞模型铁死亡抑制剂利普司他汀-1可防止其在脂质应激下由促泛凋亡分子如TNF-α，脂多糖和nigericin等诱导出现泛凋亡；利普司他汀-1明显降低了MAFLD小鼠模型ROS的含量和肝纤维化相关分子的表达 ［ 46 ］ 。这证明了抑制肝细胞泛凋亡可缓解肝纤维化进展，也说明铁死亡与泛凋亡之间可能存在潜在联系。此外，急性肝衰竭与法尼基转移酶的表达呈正相关，而法尼基转移酶的抑制剂PD083176可通过减少肝细胞泛凋亡，显著减轻急性肝衰竭小鼠的肝损伤 ［ 47 ］ 。法尼基转移酶可能是肝细胞泛凋亡的正向调节因子。中医药领域也发现，四物汤可通过抑制小鼠原代肝细胞泛凋亡，阻断巨噬细胞M1型极化和HSC活化，改善MAFLD纤维化 ［ 48 ］ 。 五 肝细胞铁死亡和铜死亡 在抗脂质过氧化体系如谷胱甘肽过氧化物酶4（glutath-ione peroxidase 4，GPX4）失效的前提下，铁积累可通过芬顿反应诱导细胞内脂质过氧化物积累，引起细胞铁死亡。目前细胞铁死亡与肝纤维化的相关性研究主要集中在肝细胞。研究表明，肝细胞铁死亡是促纤维化机制的核心之一，抑制肝细胞铁死亡可以改善肝纤维化 ［ 49 ］ 。 多个独立研究从不同分子途径共同揭示，肝细胞铁死亡是促进肝纤维化发生和发展的核心枢纽。在肝纤维化小鼠模型中，肝细胞特异性敲除转化生长因子激酶1会促进肝细胞铁死亡，因此衍生的氧化DNA损伤将激活STING信号，诱导M1型巨噬细胞极化；此外，肝细胞铁死亡也会促进DAMP释放，诱导HSC活化，加重肝纤维化 ［ 50 ］ 。另有研究发现，睾酮缺乏可通过靶向基本的螺旋-环-螺旋ARNT样蛋白1下调昼夜节律蛋白，诱导小鼠肝细胞铁死亡，从而加重高脂饮食诱导的MAFLD ［ 51 ］ 。FUN14结构域包含蛋白1是一种线粒体自噬受体，通过96～133氨基酸结构域可与GPX4相互作用，促使GPX4从细胞质募集到线粒体中自噬降解，导致肝细胞铁死亡，其缺失可改善四氯化碳诱导小鼠的肝纤维化 ［ 52 ］ 。 另一方面，大量研究揭示了通过细胞疗法、菌类代谢物、激素及许多天然化合物干预肝细胞铁死亡的调控机制，从而改善慢性肝病的广阔前景。肝移植物中的人骨髓间充质干细胞可通过外泌体将miR-16-5p递送至肝细胞中，并在转录后抑制溶质载体家族3成员14依赖性肝细胞铁死亡，减轻肝脏缺血再灌注损伤 ［ 53 ］ 。毛螺菌代谢物可通过提高N-乙酰谷氨酸水平并通过kelch样ECH关联蛋白1泛素化降解及核因子-E2相关因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，NRF2）途径抑制肝细胞铁死亡来缓解ALD ［ 54 ］ 。外源性褪黑激素可通过褪黑素受体2-环磷酸腺苷-蛋白激酶A-肌醇需求酶1（MT2/cAMP/PKA/IRE1）信号通路抑制内质网应激，减少肝细胞铁死亡，改善MAFLD ［ 55 ］ 。毛蕊花糖苷通过靶向多聚（rC）结合蛋白2基因，而丹参酸B通过上调细胞外基质蛋白1基因表达，均能抑制肝细胞铁死亡，分别改善肝缺血再灌注损伤与肝纤维化 ［ 56 , 57 ］ 。山奈酚、连翘苷-A、桧木醇及桃红四物汤内的苦杏仁苷、羟基藏红花黄A和芍药苷等中药单体均可通过上调NRF2-GPX4轴来抑制肝细胞铁死亡，从而分别在对乙酰氨基酚诱导肝损伤、胆管结扎诱导肝纤维化以及肝纤维化模型中发挥保护作用 ［ 58 , 59 , 60 , 61 ］ 。总桑黄菌提取物除可上调肝细胞内NRF2-GPX4通路抑制肝细胞铁死亡外，还能在肝纤维化小鼠体内下调转化生长因子-β1/Smad蛋白信号转导通路以抑制HSC活化，改善肝纤维化 ［ 62 ］ 。二聚胍内酯倍半萜类化合物则可通过减少肝细胞内的细胞衰老相关蛋白1介导的脂质积累与铁死亡，来改善肝脂肪变性 ［ 63 ］ 。 铜死亡是由于细胞内过度聚积的铜离子与三羧酸循环中的脂酰化成分直接结合，导致脂酰化蛋白聚集和铁硫簇蛋白不稳定，从而引发细胞死亡。Mao等 ［ 64 ］ 分析过往研究认为，肝脏中过量的铜积累会损害肝细胞并激活HSC，加速肝纤维化进展，靶向铜代谢可能是治疗肝纤维化的可行策略。已有研究证明，敲除铁氧还蛋白1可保护人HepaRG细胞免受对乙酰氨基酚的攻击，其机制与铜死亡相关；对小鼠的铁氧还蛋白1基因进行敲除，也改善了乙酰氨基酚诱导的肝损伤 ［ 65 ］ 。然而，关于肝细胞铜死亡在肝纤维化中的诱发机制，目前缺乏系统性研究；且铜积累对肝脏的损伤也待开展多种动物模型实验验证，并进一步分析其对具体细胞的影响和相关机制。 六 肝细胞自噬 正常肝细胞自噬会产生存活信号，维持肝细胞的正常生理功能和结构，发挥保护肝脏、缓解肝纤维化的作用 ［ 66 ］ ，而过度的自噬则会导致肝细胞发生其他形式的PCD，促进肝纤维化进展。 多项研究表明，维持正常的肝细胞自噬活性是肝脏保护的关键。在ALD中，抑制内质网应激传感器X框结合蛋白1可恢复被乙醇抑制的溶酶体功能和自噬活性，进而减少肝细胞凋亡，改善纤维化 ［ 67 ］ 。肝细胞来源的血浆糖蛋白Fetuin-A可通过抑制TLR介导的自噬-溶酶体降解和肝巨噬细胞M2型极化，加剧ALD进展 ［ 68 ］ 。在MASH中，TNF-α/Miz1正反馈环可抑制肝细胞线粒体自噬加剧肝纤维化 ［ 69 ］ 。在HepG2和L02肝细胞体外模型中，TLR4通路可上调膜联蛋白A2的表达，减少AMPK/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）介导的自噬通量促进脂质积累和MASH肝损伤 ［ 70 ］ 。此外，巨噬细胞通过Sting-YAP轴可激活AMPK并诱导肝细胞发生脂噬，通过促进脂滴相关蛋白降解来控制MAFLD进展 ［ 71 ］ 。3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶降解蛋白1通过介导组蛋白去乙酰化酶2的降解，可上调过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）-α介导的肝细胞自噬，改善单纯缺氧诱导的MAFLD ［ 72 ］ 。 相反，在某些病理条件下，过度或选择性的肝细胞自噬会加剧肝损伤，促进肝纤维化。例如，慢性间歇性缺氧会触发肝细胞选择性自噬，降解DNA修复酶Eepd1，从而加剧DNA损伤并上调促纤维化基因表达 ［ 73 ］ 。甲基胞嘧啶双加氧酶3通过促进ENPP1的低甲基化来增强肝细胞自噬，从而恶化MAFLD，使肝纤维化持续存在 ［ 74 ］ 。 研究发现，可促进肝细胞自噬的临床药物和天然化合物大多起抑制肝纤维化的作用。Shen等 ［ 75 ］ 研究发现，许多可激活和恢复肝细胞自噬的药物能促进肝细胞中的脂滴清除、抑制促炎因子产生和HSC活化，改善肝纤维化减缓MAFLD的进展。非诺贝特可诱导溶酶体Ca 2+通过肝细胞内的粘磷脂1释放，激活钙调神经磷酸酶和钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶β-AMPK-Unc-51样激酶（ULK1）通路，促进转录因子EB和转录因子E3去磷酸化和核易位，增强肝细胞自噬，改善MAFLD纤维化 ［ 76 ］ 。阿培利司和地高辛可通过激活肝细胞自噬，减少肝脏内脂质积累，减轻MASH的炎症和纤维化 ［ 77 ］ 。武替拉布利定（vutiglabridin）是一种新开发的抗肥胖候选药，经体外研究发现，vutiglabridin治疗可促进L02细胞系的脂质分解、自噬和线粒体功能改善，显著减少肝脂肪变性、纤维化和炎症 ［ 78 ］ 。千层纸苷可通过影响PPAR-α同源受体PPAR-γ调节AMPK-ULK1途径，启动肝细胞自噬，减少氧化应激、DNA损伤和炎症细胞因子白细胞介素-6的产生，抑制HSC活化和纤维化进展 ［ 79 ］ 。 然而也有少部分药物会引起肝细胞过度自噬导致肝细胞死亡，加重肝纤维化。如吉特替尼会导致药物性肝损伤加剧肝纤维化；靶向抑制自噬途径是减轻吉特替尼诱导的肝毒性的潜在治疗策略 ［ 80 ］ 。 七 总结与展望 基于上述研究可知，肝细胞凋亡、坏死性凋亡、焦亡、铁死亡、铜死亡、泛凋亡和病理性肝细胞自噬会促进肝纤维化进展，而维持正常的肝细胞自噬活性则可以抑制肝纤维化进展。虽然诱发肝细胞各PCD形式的关键分子和各肝细胞PCD对肝纤维化的作用已初步明确（ 图1 ），但肝细胞PCD发生后的下游信号分子通路与肝巨噬细胞、肝窦内皮细胞和HSC发生相互作用，进一步引发肝纤维化的细胞和分子机制研究仍然匮乏，有待进一步探索发现，为肝纤维化的防治提供更多的理论依据。此外，目前开展的实验性研究并未指明不同病因诱导的肝纤维化，是否具有激活特异肝细胞PCD通路的倾向性，这方面仍待开展动物及人肝组织模型实验进一步验证；不同病因诱导的肝纤维化中主要涉及的肝细胞PCD形式见 表1 。 临床转化方面，肝细胞PCD过程中释放的特异性分子或可作为新型生物标志物用于肝纤维化的早期诊断与预后评估；而靶向肝纤维化相关机制的促进或抑制分子，可能成为新型抗肝纤维化靶向药物研发的突破口；部分药物的药理学机制也有待进一步开展实验验证，或许其未开发的药理作用能使其成为新的临床抗肝纤维化候选药物；此外，许多天然化合物及中药复方已被证实，可通过调控肝细胞PCD途径改善肝纤维化，因而中医药在肝纤维化防治方面是一个巨大的宝库，有待进一步发掘。 版权声明 本文为《中华肝脏病杂志》原创文章，版权归中华医学会所有。其他媒体、网站、公众号等如需转载本文，请联系本刊编辑部获得授权，并在文题下醒目位置注明“原文刊发于《中华肝脏病杂志》，卷（期）：起止页码”。谢谢合作！

从氘代药物到GLP-1R口服激动剂，一文读懂药物化学中最经典、最实用的分子优化策略 ------------------------------------------------ 生物电子等排体（Bioisostere）——这个听起来略显拗口的术语，自1951年由Friedman正式提出以来，已经成为药物设计和开发中最核心的策略之一。简单来说，它指的是在先导化合物中用一个原子或基团替换另一个原子或基团，在保持生物活性的同时，改善分子的理化性质和成药性。 近日，BMS（百时美施贵宝）的Yong-Jin Wu等三位资深药物化学家在药物化学权威期刊Journal of Medicinal Chemistry上发表了一篇题为"Application of Bioisosteres in the Design and Discovery of FDA-Approved Drugs and Advanced Clinical Candidates"的Perspective综述文章。该文系统梳理了57个FDA批准上市药物和18个进入后期临床的候选药物中生物电子等排体替换的成功案例，覆盖了从1-2个关键原子替换到骨架跃迁的各个层面，堪称近年来该领域最全面、最实用的综述之一。 核心观点：生物电子等排体替换绝非简单的"换原子"游戏。在先导化合物优化过程中，一次看似微不足道的1-2个原子替换，往往能解决potency、选择性、溶解度、代谢稳定性、血浆蛋白结合率、反应性代谢物等多维度问题，最终决定一个候选药物能否成功上市。 一、H、卤素和NO₂的生物电子等排体：1-2个原子的"四两拨千斤" 这一大类涵盖了仅通过1-2个关键原子替换就实现药物优化的经典案例，是生物电子等排体策略中最直观、也最常被使用的类别。 ① H→D：氘代药物——"动力学同位素效应"的巧妙利用 氘（D）取代氢（H）对分子的理化性质和药理活性影响极小，但由于动力学同位素效应（DIE）——C-D键断裂速率显著慢于C-H键——可以明显改变代谢谱。这一策略近年来催生了多款成功药物： Deutetrabenazine (2) 甲氧基H→D（6个D） 延长半衰期，减少给药频率 2017年FDA批准（亨廷顿舞蹈症） Deuruxolitinib (4) 环戊基H→D（8个D） 延长ruxolitinib半衰期 2024年FDA批准（斑秃） Deucravacitinib (5) 甲基H→D 阻断CYP450代谢，提高TYK2选择性 2022年FDA批准（银屑病） Deutivacaftor (7) 叔丁基甲基H→D 阻断CYP3A4氧化，t½从11h延长至16h 2024年FDA批准（囊性纤维化） ② H→F：氟取代——药物化学的"万能工具" H和F在体积上相近，但电负性差异显著。氟取代可增强代谢稳定性、提高结合亲和力、改善溶解度，甚至影响构象偏好。综述中列举了多个经典案例： Tezacaftor（8）和Lumacaftor（9）：消除反应性代谢物 苯并二氧戊环在体内可被CYP450代谢生成碳烯中间体，与血红素铁形成稳定的代谢中间体（MI）复合物，导致药物-药物相互作用；进一步释放的儿茶酚可氧化为邻醌，具有毒性风险。在tezacaftor和lumacaftor中引入两个氟原子形成2,2-二氟苯并二氧戊环，从根本上阻断了碳烯中间体的形成，同时保持活性不变。 Regorafenib（13）：一个F原子带来20倍活性提升 Sorafenib（12）和regorafenib（13）结构几乎完全相同，唯一区别是在中央苯环上增加了一个F原子。这个"多出来的"F增强了相邻脲基NH的酸性，使其成为更强的氢键供体，与VEGFR2中Glu885的羧基氧形成更强的氢键，使生化活性提高了约20倍。 Alpelisib（14）：CF₃取代一举三得 在PI3Kα抑制剂alpelisib的发现中，将叔丁基的一个甲基替换为CF₃，不仅提高了potency，还阻断了叔丁基的氧化代谢，显著降低了清除率，改善了药代动力学性质。共晶结构显示CF₃的一个F原子与Lys802的侧链胺形成了额外的氢键。 Bictegravir（15）：F取代改善溶解度与耐药性 在HIV整合酶抑制剂bictegravir的发现中，6位氟化使溶解度从34 μg/mL提高至87 μg/mL（pH 1），同时对HIV-1整合酶突变体G140S/Q148R的耐药fold shift也显著降低。结合手性中心翻转，最终获得了改善的体内外性质。 ③ F→Cl：Asciminib——卤素键的精准调控 Asciminib（16）是全球首个靶向ABL1豆蔻酰口袋的III型抑制剂，2021年获批用于CML。其前体化合物含有OCF₃基团，分子模拟显示将其中一个F替换为Cl（形成OCF₂Cl）可优化口袋内的结合。实验证实这一替换使potency提高了2倍。共晶结构揭示了Cl原子与Leu448骨架羰基氧之间形成的卤素键——C(sp3)-Cl···O角度接近理想的178.3°，距离3.3 Å。 ④ Cl→C≡CH：Erlotinib——炔基作为卤素生物电子等排体 Gefitinib（17）和erlotinib（18）是前两个获批的EGFR抑制剂，核心区别在于3-氯-4-氟苯基被替换为乙炔基苯基。在EGFR共晶结构中，氯原子通过卤素键与Leu788骨架酰胺羰基相互作用；而erlotinib中的弱酸性炔基氢则作为氢键供体与同一位置的Leu764骨架羰基氧形成氢键——炔基在此功能上等同于卤素生物电子等排体。 ⑤ OH→NH₂：JAB-21822——从Sotorasib的六步进化 JAB-21822（20）是从sotorasib（19）演化而来的KRAS G12C抑制剂，已完成II期临床试验。整个演化过程经历了六步生物电子等排体转换：C3→N/C、C6→F/Cl、OH→NH₂以及三次H/F替换。其中最关键的一步是将酚羟基替换为苯胺基（NH₂），解决了酚基葡萄糖醛酸化和渗透性不佳的问题。 ⑥ NO₂→Cl/CN：从氨氯地平到抗前列腺癌药物的迭代 硝基（NO₂）因其强吸电子性在药物中有特殊作用，但存在肝毒性风险。综述展示了硝基替换的两条成功路径： 路径一（NO₂→Cl）：Nifedipine（21）的硝基替换为氯原子，得到amlodipine（22）。后者引入乙醇胺侧链，末端伯胺作为氢键供体与Ser1011骨架酰胺氧形成氢键。这一改造使其半衰期显著延长，实现一日一次给药，成为全球最常用降压药之一，2006年峰值销售额达49亿美元。 路径二（NO₂→CN）：Flutamide（23）和nilutamide（24）的硝基可能导致特异质性肝毒性。将硝基替换为氰基后，肝毒性降低，抗雄激素活性保持。这一发现催生了第二代NSAA药物bicalutamide（25）、enzalutamide（26）和apalutamide（27）。 ⑦ NO₂→CF₃SO₂：Navitoclax——解决反应性代谢物问题 在BCL-2抑制剂navitoclax（28b）的发现中，前体化合物的硝基苯存在形成反应性代谢物的风险。将硝基替换为三氟甲基磺酰基（CF₃SO₂）后，不仅维持了与Tyr202的π-π堆积相互作用和与苯胺NH的分子内氢键，还显著改善了口服吸收和PK性质。 二、酰胺、酯和酸的生物电子等排体：官能团的"移花接木" 酰胺基团在上市药物中广泛存在，但其代谢不稳定性和渗透性问题常常成为优化的瓶颈。将酰胺替换为生物电子等排体可以改变构象、电子分布和极性，从而改善溶解度和PK性质。 ① 酰胺→磺酰胺：Dabrafenib Dabrafenib（29）是选择性BRAFV600E抑制剂，2013年获批用于BRAF突变黑色素瘤。先导化合物的苯甲酰胺基团细胞活性不佳，替换为苯磺酰胺后细胞抑制活性显著提升。共晶结构显示，磺酰胺NH（pKa~7）在生理条件下部分解离，与Asp594形成氢键；磺酰胺氧与Phe595形成另一氢键。 ② 酰胺→反向酰胺：Nilotinib Nilotinib（31）是基于imatinib（30）与ABL蛋白共晶结构理性设计的二代BCR-ABL抑制剂。通过将酰胺"翻转"（reverse amide），重新定向D环取代基的方向，使其能够与蛋白形成额外的结合相互作用。Nilotinib对野生型和耐药BCR-ABL细胞系的活性均显著优于imatinib，2021年销售额达21亿美元。 ③ 内酯→内酰胺：Ixabepilone Epothilone B（36a）是高效的微管稳定剂，但其内酯环在体内易被酯酶水解（半衰期仅20分钟）。将内酯替换为内酰胺得到ixabepilone（36），显著改善了跨物种的代谢稳定性。2007年获批用于转移性乳腺癌。 ④ 酸→四氮唑：Losartan——"沙坦类"药物的起点 Losartan（49）是首个口服非肽类AT1R拮抗剂，1994年上市。早期先导化合物——联苯羧酸——静注有效但口服效力大减。将羧基替换为四氮唑后，结合亲和力提高10倍，口服生物利用度达33%。这一突破开创了整个"沙坦类"降压药物家族。 ⑤ 酰胺→吡啶：Lenacapavir——"一年两针"的HIV革命性药物 Lenacapavir（43）是首个HIV-1衣壳蛋白（CA）抑制剂，2022年获批用于多重耐药HIV-1感染。其最remarkable的特征是超长效——每年仅需注射两次。在药物发现过程中，先导化合物的叔酰胺被环化为吡啶环，其中吡啶氮作为氢键受体与Asn57的酰胺NH形成关键氢键。Lenacapavir分子量高达968，含10个F原子（FDA批准药物中最多），是"突破类药规则"的经典案例。目前其一年一次注射剂型正在开发用于HIV预防（PrEP），在女性中已展现出接近疫苗级别的保护效果。 ⑥ 酯→噻二唑：Xanomeline——从槟榔碱到精神分裂症新药 Xanomeline（39）是M1毒蕈碱型乙酰胆碱受体激动剂，起源于槟榔中的天然产物arecoline（39a）。Arecoline的酯基易被羧酸酯酶水解。研究者尝试了一系列酯的生物电子等排体，其中3-烷氧基-1,2,5-噻二唑类化合物xanomeline活性最优且具有CNS穿透性。Xanomeline与外周限制性拮抗剂trospium chloride的固定组合Cobenfy于2024年获FDA批准，成为数十年来首个具有全新机制的精神分裂症治疗药物。 三、砜和磺酰胺的生物电子等排体：为溶解度而战 ① 砜→亚砜亚胺（Sulfoximine）：AZD6738和VIP152 亚砜亚胺在化学和构型上稳定，其S=NH基团可同时作为氢键供体和受体。在AZD6738（51，ceralasertib，ATR抑制剂）的发现中，将砜替换为亚砜亚胺使溶解度提高了82倍，同时保持了ATR抑制活性。在VIP152（52，CDK9抑制剂）的优化中，亚砜亚胺不仅改善了溶解度，还通过与Glu107骨架羰基的额外氢键使CDK9抑制活性提高2倍、CDK2选择性提高100倍。 ② 砜→氧化膦：Brigatinib和SY-5609 Brigatinib（54）是首个含氧化膦基团的上市药物，2017年获批用于ALK阳性NSCLC。其前体TAE684（54a）因1,4-二氨基苯环的生物活化产生反应性代谢物而具有毒性。将异丙基砜替换为二甲基氧化膦（DMPO）后，不仅消除了反应性代谢物，还使血浆蛋白结合率从99%降至66%，溶解度从15 μg/mL提升至337 μg/mL。 ③ 砜→双四氢呋喃（bis-THF）：Darunavir 在HIV蛋白酶抑制剂darunavir（56）的设计中，砜的两个氧原子被bis-THF的两个缩醛氧原子替代。这一替换引入了第二个氢键受体，使其能与S2口袋中Asp29'和Asp30'的两个残基同时形成氢键网络，带来了卓越的蛋白酶抑制活性和抗病毒效力。 四、苯环的生物电子等排体：降低亲脂性、提升成药性 苯环虽在上市药物中无处不在，但它是clogP的主要贡献者，降低Fsp3并影响MPO评分，还可能遭受氧化代谢。综述系统讨论了多种苯环替代策略： ① 苯环→吡啶：从Enzalutamide到Apalutamide Apalutamide（27）从enzalutamide（26）演化而来，将苯基替换为吡啶基。两个药物靶点活性相似，但apalutamide的皮疹发生率显著更高——这被归因于吡啶环上被CF₃双重激活的氰基充当了亲电弹头，与蛋白中的半胱氨酸残基反应引发免疫反应。这一案例警示我们：生物电子等排体替换有时会带来意想不到的副作用。 ② 苯环→吡啶酮：Doravirine和Olutasidenib Doravirine（63）是第三代NNRTI，2018年获批用于HIV-1感染。中央苯环被替换为吡啶酮，改善了PK性质。Olutasidenib（64）是mIDH1抑制剂，2022年获批用于复发/难治性AML。苯环替换为吡啶酮后，引入(S)-构型的α-甲基使potency提高2倍，溶解度提高100倍。 ③ 苯酚→哒嗪酮：Resmetirom——MASH领域的里程碑 Resmetirom（65）于2024年获FDA批准，成为首个用于MASH的THR-β选择性激动剂。其设计起点是甲状腺激素T3（65a），富含电子的苯酚被替换为缺电子的吡嗪酮杂环，提高了THR-β选择性。值得注意的是，T3和早期类似物在微核试验中呈基因毒性阳性，而resmetirom为阴性——生物电子等排体替换在此同时解决了选择性和安全性问题。 ④ 苯环→哌啶：Leniolisib和Glasdegib Leniolisib（68）是PI3Kδ抑制剂，2023年获批用于APDS。喹唑啉核心被部分饱和为四氢吡啶并嘧啶，显著降低了亲脂性。Glasdegib（69）是Hedgehog通路抑制剂，将中央苯环替换为哌啶，使clogD从4.48降至2.1，游离分数从不足1%提升至10-14%。 五、芳杂环的生物电子等排体：杂环之间的"角色互换" ① 噻唑→噻二唑：Fezolinetant Fezolinetant（73）是NK3受体拮抗剂，2023年获批用于更年期血管舒缩症状。5-未取代噻唑在体内可经环氧化-水解-开环生成反应性代谢物。替换为1,2,4-噻二唑后，hERG抑制降低了10倍以上。 ② 苯并呋喃→吲哚：Alectinib Alectinib（76）是二代ALK抑制剂，2015年首次获批。先导化合物的苯并呋喃替换为吲哚后potency提高17倍。吲哚NH引入了新的氢键供体相互作用，同时氮原子的给电子效应增强了乙烯基酰胺羰基的氢键受体能力。 ③ 氨基吡唑并嘧啶→4-酰胺基-5-氨基吡唑：Zanubrutinib和Pirtobrutinib Ibrutinib（83）是首个共价BTK抑制剂，但其氨基吡唑并嘧啶铰链区结合基团存在脱靶问题。在zanubrutinib（84）的发现中，双环铰链区结合基团被替换为单环的5-氨基吡唑-4-甲酰胺，通过分子内氢键模拟双环系统的氢键模式。Pirtobrutinib（85）则进一步优化，成为非共价可逆BTK抑制剂，为共价BTK抑制剂耐药患者提供了新选择。 六、饱和环的生物电子等排体：从构象控制到代谢阻断 ① 环己烷→双环[3.1.0]己烷：Lenacapavir的另一重优化 在lenacapavir的发现中，先导化合物的吲哚环导致显著的CYP450抑制。研究者最终设计了双环[3.1.0]系统——通过环丙烷化锁定三个亚甲基，并在剩余亚甲基上引入偕二氟，彻底阻断了代谢。共晶结构揭示：四氢吲唑以翻转构象结合，饱和环以半椅构象延伸到一个吲哚无法触及的相邻疏水亚口袋——从构象角度它并非严格的苯环生物电子等排体，而是开拓了新的结合空间。 ② 哌啶→吗啉缩醛：Aprepitant——降低碱性的艺术 Aprepitant（92）是NK1受体拮抗剂，2003年获批用于化疗引起恶心呕吐。先导化合物的哌啶（pKa = 5.3）对L型钙通道有较强亲和力。将哌啶中的CH₂替换为O形成吗啉缩醛（pKa < 3），显著降低了对钙通道的亲和力，口服效力提高了4倍。 ③ 哌啶→四氢吡喃：PF-07220060——tPSA的精妙调控 PF-07220060（93）是选择性CDK4抑制剂，目前处于III期临床。将磺酰胺哌啶替换为四氢吡喃后，tPSA降低了21%，膜渗透性提高了5倍。细胞活性下降幅度远小于生化活性——渗透性的改善部分补偿了potency的损失。 ④ 碳大环→醚大环：Repotrectinib——克服TRK耐药突变 Repotrectinib（96）是二代TRK抑制剂，2023年获批用于NTRK融合阳性实体瘤。将碳大环替换为醚大环后，减少了甲基与溶剂前沿突变残基Arg595的空间位阻。 ⑤ 四氢呋喃→噁唑烷酮：Lamivudine和Emtricitabine——"unnatural构型"的意外惊喜 Lamivudine（99）和emtricitabine（100）是重要的抗HIV核苷类似物。核糖3'位碳原子被替换为硫原子形成噁唑烷酮环，且构型为非天然的L-(-)-对映体。令人意外的是，L-构型抗病毒效力与D-构型相当，但对人线粒体DNA聚合酶的抑制更弱，安全性更好——颠覆了"活性核苷类似物必须为D-构型"的传统认知。 七、结论与展望：生物电子等排体的未来 综述核心启示：这篇66页的Perspective以75个药物案例，系统展示了生物电子等排体策略在解决先导化合物优化中多维度挑战方面的不可替代价值。从1-2个原子的精准替换到杂环骨架的整体跃迁，每一次成功的替换背后都是对分子识别、理化平衡和可开发性的深刻理解。 作者特别指出：生物电子等排体的效果具有强烈的上下文依赖性——同一个替换在不同分子、不同靶点环境中可能产生截然不同的结果。这使得最优生物电子等排体的识别本质上仍然是一个经验性和迭代性的过程。 前沿趋势：GLP-1R口服激动剂中的生物电子等排体 综述最后将目光投向了当前最火热的药物研发领域——口服小分子GLP-1R激动剂。2026年4月，orforglipron（104）获FDA批准，成为首个非肽类口服GLP-1R激动剂。对比orforglipron与竞争对手GSBR-1290（105）和ECC5004（106），可以清晰看到生物电子等排体策略的两大主题： 吲哚/伪环替换 含吲唑 含伪环 含吲唑 氮原子位移 吲哚核心 吲哚核心 吡咯并吡啶骨架 临床阶段 FDA批准（2026.4） II期临床 II期临床 这些差异化的设计选择，正是生物电子等排体策略在当代药物化学中的直接体现——不同的等排体选择带来了不同的分子性质和临床表现。 技术驱动的未来 展望未来，实验和计算技术的进步正在重塑生物电子等排体设计的范式： ·结构生物学：X射线晶体学和冷冻电镜的进步使研究者有信心在蛋白局部环境中应用与结构兼容的生物电子等排体修饰 ·计算工具：匹配分子对分析（MMPA）、基于相似性的片段替换、数据驱动的ADME预测等工具使候选等排体的优先级排序更加系统化 ·人工智能：机器学习和生成模型的引入有望加速等排体的发现和优化过程 但作者也提醒：无论计算工具多么先进，生物电子等排体设计的核心仍然是基于化学直觉的理性推理——这正是成功药物化学家的不可替代之处。 --------------------------------------------------------------------- 文献来源：Wu, Y.-J.; Chmiel, A. F.; Bronson, J. J. Application of Bioisosteres in the Design and Discovery of FDA-Approved Drugs and Advanced Clinical Candidates. J. Med. Chem. 2026, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5c03492 本文基于原文献的解读与评述，详细数据请参阅原文