2026年5月12日，北京大学第三医院运动医学科敖英芳教授团队在Science Bulletin（《科学通报》 IF 21.1）上在线发表了题为“Exercise Enhanced Circulation–Joint Transport Axis Targeting Oxygen Delivery Ameliorates Osteoarthritis Through Alleviating Hypoxic Conditions”（运动增强的循环系统–关节轴通过靶向氧气递送、缓解缺氧条件改善骨关节炎）的研究论文。该研究首次揭示了红细胞来源的细胞外囊泡（erythrocyte EVs）作为氧气运输载体，在运动促进下经由“循环-关节”轴高效递送氧气至无血管关节组织，从而缓解关节缺氧并延缓骨关节炎进展。

论文截图

骨关节炎影响着全球近6亿人，是导致慢性疼痛和残疾的主要原因之一。尽管运动被认为可有效缓解骨关节炎症状，甚至可作为药物的替代疗法，但其背后的生物学机制长期未明。关节软骨和半月板“白区”缺乏直接血供，依赖滑液扩散获取营养，处于天然低氧状态。运动究竟如何改善关节内氧供，维持关节稳态，一直是领域内亟待解答的核心问题。

运动缓解骨关节炎机制示意图

研究团队首先在人体膝关节的滑膜、滑液、关节软骨及半月板中，利用电镜和多重免疫标记鉴定出携带血红蛋白的GLPA⁺ TSG101⁺ HBA⁺ 红细胞囊泡。这些纳米级囊泡不仅存在于细胞内和细胞周基质中，还广泛分布于细胞外基质。进一步的氧结合与释放实验表明，血浆来源的红细胞囊泡的P50（21.45 mmHg）比全血（53.65 mmHg）更低，使其在相对缺氧条件下释放氧气，更适合关节低氧微环境。

那么，这些EVs如何穿透致密的软骨和半月板基质？研究发现，囊泡表面的富组氨酸糖蛋白（HRG）可与细胞周基质中的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）高亲和力结合，进而通过巨胞饮作用（主要途径）、吞噬作用和网格蛋白介导的内吞作用被软骨细胞和半月板细胞摄取。这一过程可被外源性肝素或HRG抗体竞争性阻断。

更为关键的是，研究团队发现缺氧微环境通过诱导Hif1α核转位，上调软骨细胞和半月板细胞中趋化因子CXCL12的表达，进而通过CXCL12/CXCR4轴特异性招募携带氧气的红细胞囊泡至缺氧部位。这一“缺氧求救信号”机制的揭示，为理解关节内氧气感知与靶向运输提供了全新视角。

在动物实验中，自由活动小鼠关节内可有效富集静脉注射的红细胞囊泡，而关节固定则显著抑制囊泡的分布并加重组织缺氧。离体力学测试表明，周期性压缩载荷可显著增强囊泡在关节软骨和半月板中的穿透与滞留能力。滑液流变学分析显示，运动产生的剪切稀化效应（粘度从> 0.12 Pa·s降至~0.01 Pa·s）进一步优化了囊泡被细胞摄取的环境。

综上所述，该研究确立了一个全新的生物学范式：运动通过增强“循环系统-关节”运输轴，促进红细胞囊泡介导的氧气递送，从而缓解关节内缺氧、维持关节稳态。这一发现不仅阐明了运动治疗骨关节炎的深层机制，也为开发非药物、实时远程监测的保守治疗策略提供了理论依据。

北京大学第三医院运动医学科闫文强博士后为第一作者、通讯作者，敖英芳教授为通讯作者。此项目由国家自然科学基金资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.05.014

作者介绍

第一作者

闫文强

运动医学科临床博士后、助理研究员

主要研究方向：组织工程半月板修复与再生

通讯作者

敖英芳

北京大学第三医院运动医学科主任医师、教授、博士生导师，北京大学运动医学研究所名誉所长

主要研究方向：运动创伤与康复临床及基础研究

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