外伤性异位骨化（HO）的形成是软组织损伤后的异常修复过程。最近的研究证实免疫细胞和细胞代谢参与组织愈合过程；然而，它们在HO中的作用尚不清楚。
2025年10月25日，上海交通大学阮洪江、范存义及Li Juehong共同通讯在Bone Research 在线发表题为“Pak4-mediated crosstalk between necroptotic macrophages and tendon stem/progenitor cells contributes to traumatic heterotopic ossification formation”的研究论文，该研究通过小鼠体内烧伤/肌腱切断模型和体外肌腱干/祖细胞（TSPCs）成骨分化模型，结合转基因敲除、基因敲除、转录组和蛋白质组测序、质谱、共免疫沉淀等技术，揭示了一种新的p21活化激酶4 （Pak4）介导的窜扰，其中坏死巨噬细胞通过减少脂肪酸β-氧化（FAO）激发TSPCs。在HO形成过程中促进异常成骨分化。与WT小鼠相比，Mlkl敲除（C57BL/6JGpt-Mlklem1Cd1679/Gpt）阻断坏死性凋亡可显著降低HO。
由坏死的骨髓源性巨噬细胞（BMDMs, NecroMφ-EVs）分泌的细胞外囊泡（EVs）被确定可以促进FAO减少TSPCs并导致更高的成骨活性。巨噬细胞中Pak4条件敲除（C57BL/6JGpt-Pak4em1Cflox/Gpt）显著高于Flox小鼠，局部注射Pak4−/−-EVs（敲除Pak4的Necromφ-EVs）显著高于Necromφ-EVs，在脂肪酸结合蛋白3 （Fabp3）磷酸化位点上S122的拟磷突变体Fabp3S122D转染后，保护作用被逆转。机制上，软组织损伤后，巨噬细胞浸润，坏死性凋亡发生，伴有旁分泌EVs衍生的Pak4，它直接与Fabp3结合，并在TSPCs的S122位点磷酸化Fabp3，导致FAO减少，最终形成成骨行为和HO形成。本研究为创伤性HO的异常再生理论提供了新的认识，并提出了治疗策略的发展。
外伤性异位骨化（HO）是一种病理状况，其特征是在骨骼系统外的软组织中形成成熟的板层骨。HO通常由与战斗有关的伤害、骨折、脱臼和严重烧伤引发。HO的存在导致严重的肢体功能障碍，严重影响生活质量，给个人和社会带来巨大的健康和经济负担。虽然非甾体抗炎药（NSAIDs）通常用于预防HO，但创伤后的发病率仍然高得惊人，高达40%。因此，全面了解HO形成的复杂机制并探索有效的预防策略势在必行。
通常，HO的形成过程包括三个关键组成部分：成骨微环境、诱导因子和成骨前体细胞。免疫细胞在形成成骨微环境中起着重要的作用，可以启动软组织内的异常愈合过程，这已成为近期HO研究的新兴目标。在这些免疫细胞中，巨噬细胞作为免疫活动和体内平衡的前哨协调者，与HO的形成密切相关。在创伤性HO（烧伤/肌腱切断）小鼠模型中，巨噬细胞在第3天早期被观察到，在第7天达到峰值，并持续长达2周；值得注意的是，巨噬细胞的消耗导致HO体积减少50%以上。
文章模式图（图源自Bone Research ）
坏死性凋亡是最近发现的一种调节体内平衡和炎症的细胞死亡途径，其特征是由肿瘤坏死因子(TNF)-α受体1、受体相互作用蛋白激酶（RIPK）1和RIPK3等死亡受体介导的一种坏死。这些受体启动混合谱系激酶结构域样（MLKL）蛋白的磷酸化，从而破坏细胞的完整性。坏死性凋亡具有显著的促炎作用，在调节细胞死亡（RCD）驱动的炎症和炎症诱导的RCD之间形成一个自我延续的循环。这种相互作用有助于急性炎症损伤及其组织修复过程，包括急性肾损伤、心肌梗死、肝功能衰竭和胰腺炎。例如，在急性肺损伤（ALI）中，坏死性凋亡激活RIPK1-RIPK3-MLKL轴，触发NF-κB/p38信号，增加促炎细胞因子的产生。这种坏死性凋亡和炎症之间的相互增强加速了ALI的进展。
事实上，创伤性HO表现出相似的病理特征，有四个组织学阶段：炎症、软骨形成、成骨和成熟。烧伤/肌腱切断术小鼠的血浆和局部组织中Tnf-α水平也升高，Tnf-α是坏死性凋亡的起始因子。鉴于炎症启动在坏死性凋亡相关损伤和HO启动中的中心地位，研究人员假设坏死性凋亡可能在机制上促进HO的发病机制。此外，细胞外囊泡（EVs）是由细胞分泌的脂质双层颗粒，可包裹RNA、蛋白质、脂质、碳水化合物和代谢物。大量研究表明，来自坏死细胞的EVs在细胞间信号传递以及细胞间成分的交换和运输中起着关键作用。
越来越多的证据表明，干细胞在组织修复中具有自我更新和多向分化的能力。在肌腱损伤的情况下，肌腱干/祖细胞（TSPCs）聚集在受损组织内，同时进行正常分化以促进愈合。然而，在局部炎症和成骨微环境下，以表达血小板衍生生长因子受体α (PDGFRα)为典型特征的TSPCs转变为表现成骨行为，作为成骨前体细胞，为HO形成的病理基础做出贡献。然而，在HO形成过程中，TSPCs成骨分化的机制尚不清楚。该研究旨在评估巨噬细胞坏死性凋亡对软组织损伤后HO形成过程中TSPCs异常成骨愈合的影响。此外，该研究阐明了坏死巨噬细胞与受影响的TSPCs之间相互作用的潜在机制，以及与这一过程相关的内在途径。
参考消息：https://www.nature.com/articles/s41413-025-00463-8