Nature Aging重磅：哈佛医学院等发现运动延缓软骨衰老新机制

随着年龄增长，关节软骨细胞及其细胞外基质（ECM）发生持续性改变，其中ECM硬化及异常机械转导被认为是年龄相关膝骨关节炎（KOA）发生发展的重要因素。

运动被认为是KOA预防和管理的重要干预方式，但“运动产生的全身性有益信号如何传递到远端衰老组织”仍缺乏明确机制。

细胞外囊泡（EVs）能够携带miRNA、蛋白质和脂质等生物活性分子，被认为可能是运动产生系统性健康效应的重要介质。

2026年9月29日，来自哈佛医学院、查尔斯顿斯波尔丁舍恩·亚当斯研究所等单位的研究人员在Nature Aging杂志发表题为“Exercise enhances aged chondrocyte health through microRNA-29-enriched extracellular vesicles”的文章。

该研究以关节软骨为模型，结合人群运动干预、EV分离、miRNA网络分析、衰老软骨细胞模型、工程化EV以及老龄小鼠KOA模型，系统解析运动来源EV改善衰老软骨的分子机制。

研究人员首先分析了既往老年人急性有氧运动后的循环EV small RNA-seq数据，纳入10名平均69.3岁的老年男性，在运动前后比较循环EV中的miRNA变化，共鉴定出16个差异表达miRNA，其中15个在运动后升高。进一步利用miEAA和miRTarBase预测靶基因，共获得43个较可靠的靶基因；这些基因在软骨特异性功能网络中形成高度互联的调控网络，并主要富集于细胞-基质黏附、细胞-底物黏附等过程，其中ITGB1和COL4A1等与miR-29家族密切相关。

随后，研究人员建立了软骨特异性功能基因网络，并利用算法模拟EV-miRNA扰动后的下游效应。结果显示，运动相关miRNA靶基因的扰动能够进一步影响ACAN、DCN、GDF5和COL9A3等软骨稳态相关基因，并显著涉及整合素信号、黏着斑、TGF-β、PI3K-Akt和ECM-受体相互作用等通路。这提示运动EV可能通过调节软骨细胞-ECM机械转导网络，改变衰老软骨细胞状态。

紧接着，研究人员在10名65–85岁老年人中实施3个月中等强度有氧运动，并分别获得运动前EV（EVpre）和运动后EV（EVpost）。两组EV在粒径、数量及基本纯度方面没有明显差异，提示运动并非简单改变EV的数量或基本物理性质，而可能改变其生物活性cargo。将EV作用于置于100 kPa衰老样硬基质上的人源衰老软骨细胞后发现，EVpost能够显著改变细胞形态，使其整体形态更加接近年轻样软基质中的软骨细胞；同时，EVpost降低了ITGB1表达，提示运动来源EV可以抑制硬基质诱导的异常整合素介导机械转导。

进一步机制研究发现，EVpost不仅改善软骨细胞形态，还显著提高Ⅱ型胶原、Aggrecan和SOX9等软骨合成代谢标志物，同时降低MMP13和ADAMTS4等分解代谢标志物，使衰老软骨细胞重新呈现年轻样表型。机制上，EVpost降低DNMT1表达，同时提高α-Klotho蛋白及KLOTHO mRNA水平，并降低KLOTHO启动子甲基化以及整体DNA甲基化水平。

为了验证上述机制是否具有体内意义，研究人员采用21–22月龄老龄小鼠进行实验，并通过关节腔注射比较运动前后EV的作用。每只小鼠一侧膝关节接受EVpre，另一侧接受EVpost，从而减少个体间差异。结果发现，EVpost处理膝关节的OARSI软骨损伤评分显著降低，同时Ⅱ型胶原表达增加，而MMP13和ADAMTS4表达降低。也就是说，来自运动后循环血液的EV不仅能够在体外改善衰老软骨细胞，还能在老龄动物体内能够减少软骨退变、提高软骨合成代谢水平。

在16个运动响应miRNA中，miR-29a-3p和miR-29b-3p成为最重要的候选者。计算机模拟删除miR-29a/b后，预测的EV-miRNA靶基因数量由43个骤降至7个；进一步的网络扰动分析显示，在多种年龄相关KOA通路中，超过75%的网络扰动效应可归因于miR-29a-3p和miR-29b-3p。同时，老年KOA人群循环miR-29水平低于健康人群，而3个月有氧运动能够显著提高EV中的miR-29a/b水平，并且运动诱导的miR-29增加与软骨细胞α-Klotho表达升高相关。

最后，研究人员构建了富集miR-29a-3p和miR-29b-3p的工程化EV。结果显示，这类EV能够降低软骨细胞ITGB1表达、提高α-Klotho水平，并促进Ⅱ型胶原和Aggrecan表达，同时抑制MMP13等分解代谢表型。更关键的是，在敲低KLOTHO后，miR-29-EV促进Ⅱ型胶原和Aggrecan表达以及抑制MMP13的作用均出现部分减弱，说明miR-29并非仅与Klotho相关，而是至少部分通过miR-29–Klotho轴介导软骨细胞年轻化。

总而言之，该研究发现有氧运动能够改变老年人循环EV中的miRNA，其中miR-29a-3p和miR-29b-3p是重要的响应分子。运动来源EV通过调控ITGB1介导的细胞-基质黏附和机械转导，并降低DNMT1、解除KLOTHO启动子甲基化抑制，从而恢复α-Klotho表达，最终使衰老软骨细胞重新进入更加年轻的合成代谢状态，并在老龄小鼠中减轻软骨退变。

参考文献：

https://www.nature.com/articles/s43587-026-01225-9