IL-1β/NETs/AIM2轴通过调控中性粒细胞与巨噬细胞互作参与创伤性异位骨化的机制研究及L-赖氨酸修饰细菌纤维素水凝胶的干预效果

为解决创伤性异位骨化（tHO）临床治疗受限的问题，上海交通大学医学院附属第六人民医院团队揭示了IL-1β诱导中性粒细胞分泌NETs（中性粒细胞胞外诱捕网），通过激活巨噬细胞AIM2炎症小体引发细胞焦亡（pyroptosis），进而驱动肌腱干细胞（mTDSCs）异常分化的分子机制。研究创新性结合L-赖氨酸与细菌纤维素（BC）构建手性水凝胶，显著抑制tHO形成，为临床防治提供了新策略。

　　

研究背景
创伤性异位骨化（tHO）是严重创伤后的常见并发症，表现为软组织中出现异常骨组织，导致关节功能障碍。尽管手术切除是主要治疗手段，但复发率高且缺乏有效预防措施。近年研究发现，炎症微环境是tHO形成的核心驱动力，其中中性粒细胞和巨噬细胞的浸润尤为关键。然而，这两种免疫细胞如何协同作用促进tHO，其分子机制尚未阐明。

研究设计与方法
上海交通大学医学院附属第六人民医院团队通过建立小鼠跟腱损伤/烧伤（B/T）模型，结合高通量测序、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、多标免疫荧光共定位等技术，系统研究了IL-1β/NETs/AIM2轴在tHO中的作用。研究还创新性地设计L-赖氨酸修饰的细菌纤维素（BC-(L)Lys）水凝胶进行干预。人类样本来源于12例肘关节骨折术后tHO患者。

研究结果

1. IL-1β通过诱导中性粒细胞NETosis促进tHO形成

• 动物模型显示，损伤后3天肌腱组织中IL-1β和cfDNA（细胞游离DNA）水平显著升高。
• 扫描电镜证实IL-1β可直接诱导中性粒细胞分泌NETs（表现为细胞外网状结构），但效果弱于PMA（佛波酯）。
• 抑制NETs生成（使用BB-Cl-amidine）或中和IL-1β（抗IL-1β抗体）均能减少异位骨化，Micro-CT显示骨体积下降50%以上。

2. NETs-AIM2轴介导巨噬细胞焦亡并驱动tHO

• 透射电镜观察到损伤7天后，NETs分泌中性粒细胞周围的巨噬细胞出现膜孔形成、细胞肿胀等焦亡特征。
• 高通量测序显示NETs处理的巨噬细胞中，焦亡和炎症小体通路基因显著富集。
• AIM2抑制剂（Shikonin）可阻断NETs诱导的Gasdermin D（GSDMD）切割和IL-1β/IL-18释放，使RUNX2（成骨关键转录因子）表达降低70%。

3. BC-(L)Lys水凝胶的显著治疗效果

• 手性表征显示BC-(L)Lys在218nm处呈现特异性圆二色性（CD）信号，Zeta电位高于其他手性变体。
• 体内实验表明，BC-(L)Lys组小鼠10周后异位骨体积仅为对照组的20%，且无器官毒性。
• 机制上，L-赖氨酸通过正电荷靶向结合NETs的DNA骨架，阻断其激活AIM2的作用。

结论与意义
该研究首次阐明IL-1β→NETs→AIM2→巨噬细胞焦亡→mTDSCs异常分化的级联反应是tHO的核心机制。BC-(L)Lys的创新设计突破了传统纳米载体毒性限制，为临床提供了可局部降解的安全治疗方案。论文发表于《Journal of Advanced Research》，为免疫代谢干预骨化疾病提供了新范式。