《Journal of Extracellular Biology》：Exercise and Skeletal Muscle-Derived Extracellular Vesicles: Their Cargo, Release, and Role in Metabolic Regulation
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运动的健康效益在肥胖、糖尿病等代谢性疾病的预防与管理中已得到充分证实。新兴证据表明，细胞外囊泡(EVs)可能参与介导运动的有益效应。这类膜结合纳米颗粒携带蛋白质、脂质、核糖核酸(RNA)等生物活性分子，可介导细胞间通讯。值得注意的是，运动已被证实可显著影响EV
运动的健康效益在肥胖、糖尿病等代谢性疾病的预防与管理中已得到充分证实。新兴证据表明，细胞外囊泡(EVs)可能参与介导运动的有益效应。这类膜结合纳米颗粒携带蛋白质、脂质、核糖核酸(RNA)等生物活性分子，可介导细胞间通讯。值得注意的是，运动已被证实可显著影响EV的释放与货物组成，增强其介导不同类型组织代谢获益的能力。近期研究显示，骨骼肌来源EVs(SkM-EVs)可改善受体细胞与组织的胰岛素敏感性、促进葡萄糖稳态，并调节脂质代谢。此外，运动诱导的SkM-EVs富含特定蛋白质与microRNAs，可激活葡萄糖稳态所需的关键信号通路，从而对胰岛素抵抗、炎症及其他代谢功能障碍特征发挥保护作用。本综述系统总结了当前关于运动对SkM-EV释放、分子货物的影响，及其产生代谢获益潜在机制的认识，同时强调了SkM-EVs作为治疗工具用于糖尿病及相关代谢紊乱的潜力。
1 引言
规律运动可显著降低包括2型糖尿病在内的代谢相关疾病发病率，延长健康寿命（即个体无慢性病、残疾及功能衰退的生存时期）。这一意义至关重要，因为健康寿命决定了个体维持充足躯体与认知功能、完成日常生活活动的能力，直接影响生活质量。从生理层面看，单次运动可通过胰岛素非依赖途径增加葡萄糖摄取，并在运动后48小时内持续改善主要代谢组织的胰岛素敏感性。这些短期代谢功能的累积效应，使得长期运动能够持续提升心肺适能、增强肌肉力量、优化血压调节，而这些指标均与发病率和死亡率降低密切相关。上述适应性改变共同支持运动作为2型糖尿病患者生活方式干预的基石地位，其通过减少脂肪量、增加肌肉质量、促进线粒体生物发生、激活骨骼肌葡萄糖摄取的胰岛素非依赖通路，实现血糖控制与胰岛素敏感性改善，最终维持代谢健康并延长健康寿命。
从分子层面看，规律体力活动诱导的、对维持健康代谢表型至关重要的生理变化十分复杂，运动有益效应的精确机制尚未完全阐明。深入解析规律运动调控代谢健康、延长成人健康寿命的分子机制，对推进公共卫生策略具有重要意义。越来越多的证据显示，运动诱导的信号因子统称为运动因子(exerkines)，可在体内改善代谢调控。运动因子在急性和慢性体力活动后释放，通过内分泌、旁分泌和自分泌途径发挥作用，其来源涵盖多种器官、细胞和组织，其中骨骼肌是核心来源。这类因子在促进代谢健康方面已显现潜力，不仅有望增强运动对2型糖尿病的干预效果，也可能应用于肥胖治疗。
在运动过程中释放的信号分子中，肽类、细胞因子、信使RNA(mRNA)和microRNAs(miRNAs)受到日益关注。值得注意的是，许多此类分子被包裹于细胞外囊泡(EVs)中。EVs是由几乎所有细胞类型释放至胞外的脂质结合纳米颗粒，是细胞间通讯的重要介质。这些囊泡可将货物递送至局部或远端组织，介导运动的系统性获益。骨骼肌作为体力活动的主要激活组织，被认为是EVs的关键来源，支持肌肉活动与全身健康之间存在复杂相互作用的观点。尽管EV分离、表征方法以及运动方案的标准化仍存在挑战，导致跨研究中EV介导的获益观察存在不一致性，但该领域研究的拓展为探索运动的多方面益处及其在疾病预防与治疗中的应用提供了框架。深入理解SkM-EVs的生物发生、货物组成及下游效应，对挖掘其改善代谢控制、延缓代谢与年龄相关疾病发生潜力至关重要。本综述通过聚焦2015至2026年的同行评审研究（必要时纳入早期标志性研究），探讨体力活动系统性反应中EV生物发生与货物含量的变化，重点阐述小型EVs（直径<200 nm）在介导运动代谢获益中的新兴作用。
2 运动对循环EVs的影响
2.1 运动强度、时长与方式影响循环EV浓度
运动可触发包括外泌体（小型EV亚群）在内的EVs释放进入循环。这些EVs来源于多种组织，可能参与运动期间及运动后的系统性通讯与适应性机制。然而，关于单次运动后循环EV浓度的研究结果并不一致：部分研究显示循环EV浓度显著升高，部分研究未发现变化，甚至还有研究观察到浓度下降。这种异质性需考虑EV释放（与摄取）动力学的复杂性，差异可能源于方法学变异，尤其是采血相对于运动的时间点选择，这对循环EV数量有显著影响。
新兴证据表明，EV释放还依赖于运动强度，更高强度训练后观察到剂量依赖性的EV增加。高强度运动通常与EV水平的短暂升高相关，但这一趋势也受到近期研究的挑战，有报道显示高强度运动后颗粒计数反而下降。相比之下，中等强度运动和抗阻训练的效应更具变异性。这说明运动的方式、强度和持续时间会显著影响整体EV释放及循环清除效率。有趣的是，运动诱导的EV释放还受性别、代谢疾病状态、年龄等因素影响。例如一项研究发现，12周训练后健康男性急性运动后循环EV升高，女性则无此变化；另一项研究显示，虽然运动前后男女循环EV浓度无显著差异，但女性急性抗阻运动后循环骨骼肌来源EV（以α-肌聚糖标记为定义依据）浓度高于男性。两项研究分别比较了训练与非训练受试者的急性运动效应，不能排除性别特异性运动适应差异是矛盾结果的根源。造成EV释放性别差异的潜在因素可能是肌肉纤维类型组成的差异：女性氧化型Ⅰ型纤维比例通常高于男性，而高氧化型肌肉组织释放的EVs多于糖酵解型组织。
除运动强度外，身体成分与其他代谢异常也可能影响循环EV浓度。例如一项研究显示，体脂率>30%的男性在基线及抗阻训练后EV浓度均高于低体脂率男性，该差异在女性中未观察到。相反，另一项研究中，体重指数(BMI)正常（23.5±0.5 kg·m?2）的健康男性在急性运动中表现出EV浓度短暂升高，伴随EV标志物（TSG101、CD81）表达上调，运动后30分钟内恢复至基线；而BMI更高（27.3±1.2 kg·m?2）的糖尿病前期人群，运动后循环EV浓度及EV标志蛋白水平均未发生显著变化，其骨骼肌中多泡体(MVB)（EV形成的关键细胞内晚期内体细胞器）相关转录本（如TSG101、ALIX、CD9）表达上调，但这些转录丰度的变化未在蛋白水平得到体现，可能提示EV形成确实未受影响、蛋白反应延迟，或在实验时间窗内EV释放增加。总体而言，代谢状态如何调控运动诱导的EV应答，因研究设计的异质性（包括运动类型、EV分离方法及样本采集时间点差异）而难以解读。
尽管运动强度、性别和身体成分似乎均会影响EV释放，且有证据表明不同EV亚型对体力活动的释放反应存在差异，但目前尚不清楚运动是否对特定EV种类存在靶向效应。此外与EV浓度不同，EV尺寸似乎不受运动影响，仅有一项研究报道男性抗阻运动后EV平均尺寸仅下降3%，女性中未观察到显著差异。
2.2 运动修饰循环EV的货物组成
相较于其他EV来源，SkM-EVs信号的重要性仍不明确。因此明确运动后循环EV的组织起源并界定其货物组成，对解析介导运动获益的多系统交互通讯作用至关重要。由于样本采集相对便捷，多数研究聚焦于血浆来源EVs，这类群体混合了多种组织来源的EVs。但缺乏可靠的骨骼肌特异性EV标志物，使得确定循环EV的起源成为挑战，进一步增加了明确运动对EV释放的组织特异性效应及关联信号的难度。
2.2.1 循环EV的microRNA货物
尽管EV收集存在挑战，通过多组学方法已获得其货物的部分信息。运动期间释放的EVs已知携带包括miRNAs在内的多种RNA类型。迄今为止，仅有一项研究检测了运动后循环EV的mRNA含量，发现其与血管生成和免疫调控相关。尚无研究专门针对循环EV的mRNA货物探讨运动代谢获益，因此本综述主要聚焦miRNAs，尤其是SkM-EVs中的miRNAs，以反映当前文献现状与数据可及性。EVs包裹的miRNAs仅占细胞游离血浆miRNAs的子集，但其对运动等代谢挑战的反应尤为敏感。例如2015年首项探究运动对循环EV miRNA含量影响的研究报道，miR-181a-5p（参与调控肝脏葡萄糖与脂质代谢）显著升高。随后一项针对年轻男性的高强度间歇骑行研究显示，循环EV的miRNA水平在运动后升高约50倍，而肌肉组织或血浆的整体miRNA丰度无相应变化，提示运动要么增加了含特定miRNA的小型EVs数量，要么促进了这些囊泡内miRNAs的选择性富集。运动后循环EV携带独特的miRNA特征，部分miRNAs同时存在于骨骼肌与小型循环EVs中，但在血浆中缺失，提示这类EVs可能部分来源于骨骼肌，该特征可作为识别运动应答中器官间通讯关键介质的线索。
现有文献显示，不同运动方式会选择性富集不同的miRNA货物。例如急性有氧运动(AAE)后，rno-miR-330-5p、10b–5p、142–3p、410–3p上调，rno-miR-128-3p、103–3p、148a–3p、191a–5p、93–5p、25–3p、142–5p、3068–3p下调，这些miRNAs预测靶向抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路。由于MAPK信号通路在调控细胞应激反应、肌肉适应和线粒体生物发生中起关键作用，上述miRNA变化可影响MAPK通路调控的运动应答，进而影响整体健康寿命。长期有氧训练则主要影响葡萄糖与脂质代谢调控因子，包括miR-21、miR-146a和miR-150，人类EV研究显示这些miRNAs在8周训练后表达升高。为支持EV来源miRNAs影响燃料代谢的作用，一项针对健康年轻人的近期研究报道，3周耐力（有氧）训练后，循环EV中miR-136-3p（靶向nardilysin转化酶(NRDC)基因）显著升高，将该miRNA转染至人肌管后，可增加葡萄糖摄取、诱导糖酵解转换，并提升基础与ATP偶联的线粒体呼吸（分别通过Seahorse XFe24细胞外通量分析仪检测细胞外酸化和耗氧率量化）。与有氧运动类似，抗阻训练也与循环EV急性升高相关，进而导致EV包裹的miRNAs（如miR-206和miR-146a）升高。其中肌肉特异性“肌源miRNA”miR-206在肌肉发育与分化中起关键作用；miR-146a则是葡萄糖代谢（尤其是肝脏中）的关键调控因子，其失调与2型糖尿病、胰岛素抵抗等代谢疾病相关，二者均可增加发病与死亡风险。运动后miR-206和miR-146a的升高提示，肌肉至少部分贡献了单次运动后循环EV水平的上升。
支持上述观察，小鼠电脉冲刺激(EPS)抗阻训练模型显示，循环EVs富集肌肉特异性miR-206，以及miR-1、miR-133a和miR-133b，同时伴随血管生成与免疫调控相关mRNA表达变化，提示EVs可能介导抗阻运动的关键分子适应。
不仅抗阻训练，高强度间歇训练(HIIT)（短时间高强度活动与恢复期交替的运动方式）也可改变小鼠循环EV的miRNA谱，增加靶向胰岛素调控转录因子叉头框蛋白O1(FoxO1)的肌源miRNAs（如miR-133a、miR-133b）。这些miRNAs调控肌肉生理、肌生成、葡萄糖与脂质代谢，均为运动适应性反应所必需。
运动不仅提升循环EV相关miRNAs的丰度，还可抑制可能损害代谢健康的特定miRNA种类。例如一项研究显示，小鼠HIIT导致miR-192下调，该外泌体miRNA在肥胖中常升高并与代谢功能障碍相关。同样，血流限制抗阻运动(BFRE)（抗阻训练中施加部分血管阻断）显著改变循环EV miRNA谱：miR-182-5p、miR-1294、let-7b-5p上调，同时miR-19b-3p、miR-221-3p、miR-21-5p等下调，这些miRNAs多靶向肌肉再生与代谢调控相关基因（如细胞周期蛋白D1、IGF-1R、FoxO3、p53），富集分析与mTOR、AKT/mTOR、TGFβ、MAPK、FoxO等调控肌肉适应的关键信号通路相关。值得注意的是，BFRE后收集的EVs可促进肌肉前体细胞增殖，提示其在肌肉修复与再生中的作用。
上述结果凸显了直接比较不同运动方式的必要性。近期研究部分填补了这一空白，检测了不同运动方案（包括AAE、有氧训练(AT)、急性最大有氧运动(AMAE)、高原有氧训练(AAT)）下的EV数量与miRNAs变化。虽然所有运动方式下循环EV水平均无显著变化，但观察到独特的miRNA调控模式：miR-206和miR-133b在AAE和AMAE后上调，miR-486-5p仅在AMAE后升高，而这些miRNAs的水平在AAT后保持稳定，提示EV miRNA货物的调控具有方式依赖性。另一项病例对照研究纳入16名久坐男性、16名奥林匹克耐力运动员和16名抗阻运动员，发现运动员循环EV中miR-16-5p、miR-19a-3p、miR-451a水平更低，其中miR-25-3p仅在耐力运动员中降低，提示EV转运的miRNAs在运动适应与能量代谢中发挥作用。这些发现共同强调，运动可影响EVs的miRNA货物，特定miRNAs的调控因运动方式而异；且EV-miRNA对运动的应答不仅对训练状态和方式敏感，还通过调控MAPK、mTOR、FoxO等信号通路，参与肌肉适应、代谢、炎症等关键生理过程。不同训练类型中观察到的独特miRNA谱，凸显了EVs在介导组织间通讯与运动诱导适应中的动态调控作用。
2.2.2 循环EV的蛋白质货物
运动期间的EV释放并非局限于单一细胞类型，而是涉及多种组织，从而促进器官间通讯。除miRNAs外，运动还可刺激蛋白质作为EV货物释放，且EV的特定货物组成通常反映其亲本细胞的起源。值得注意的是，循环EV表面生物标志物谱与人类胰岛素敏感性相关，而高强度有氧运动可增加多个胰岛素作用相关的EV亚群，包括骨骼肌相关EVs，这支持循环EVs作为代谢健康的生物标志物。明确这些EV的起源与亚型，对阐释其介导运动有益效应的作用至关重要。
一项研究鉴定出运动后显著改变的5种EV标志物：整合素α2b(ITGA2B/CD41)、神经细胞黏附分子(NCAM)、白细胞介素2受体α链(IL2RA/CD25)、程序性细胞死亡6相互作用蛋白(PDCD6IP/ALIX)。ITGA2B/CD41主要在造血细胞中表达；NCAM存在于脑和外周神经元、胶质细胞、NK细胞和内皮细胞，值得注意的是肌肉干细胞也高表达该标志物，可能用于调控神经与肌肉的相互作用；IL2RA/CD25与骨髓和免疫系统相关；PDCD6IP/ALIX为泛表达蛋白，在EV生物发生（包括形成、分泌、分选和miRNA包装）中起关键作用。运动后携带这些标志物的EV相对丰度升高，提示运动与血液流动、EV介导的细胞通讯存在潜在关联。相反，同一研究报道携带flotillin-1表面标志物的EVs显著减少，凸显了运动对EV亚群的选择性调控，需进一步分析理解这些应答。
一致地，一项针对运动员运动后循环EV的EV阵列和流式细胞术研究，鉴定出多种细胞类型的EVs，包括内皮细胞、白细胞和其他免疫细胞。为支持多细胞类型EVs参与运动诱导信号传导的观点，一项纳入17名年轻男性的研究通过蛋白质组学分析，鉴定出高强度运动后循环EVs中存在558种蛋白质，其中许多来源于骨骼肌、肝脏和脂肪组织。
另一项蛋白质组学分析为EVs参与运动协调应答提供了有力证据：健康个体进行1小时骑行后，EVs中超过300种蛋白质表达升高，其中多个外泌体和小型囊泡相关蛋白家族显著富集。值得注意的是，与静息和恢复样本相比，运动样本中多种糖酵解酶显著升高。这些发现提示，运动不仅改变循环EV蛋白质组，还可能利用EVs作为媒介介导系统性代谢适应。
上述研究的核心特征是EVs来源于广泛的组织类型。EV释放的组织起源与货物组成的变异性，凸显了运动相关信号传导的复杂性。未来研究应聚焦于鉴定运动后循环EVs的贡献组织，并表征其独特的分子货物，以明确其在介导运动诱导适应中的作用。一项核心发现是，EVs由多种不同组织动态释放，其组织起源和亚群的变异突出了运动应答的复杂性。鉴定贡献于循环EVs的具体组织并表征其独特分子货物，将通过明确EVs在介导运动诱导适应中的作用推动该领域发展。
2.3 运动诱导循环EVs的组织靶向与下游效应
理解运动后循环EV群体如何参与代谢调控，不仅需要鉴定其货物，还需明确其靶组织和影响的各类信号过程。EVs在运动期间促进组织交互的假说，建立在其被受体组织摄取的基础上。一项研究通过首先从运动小鼠和久坐小鼠分离EVs，荧光标记后静脉注射给受体动物，评估了循环EVs的生物分布。注射后3小时，接受运动供体囊泡的小鼠腹部脏器观察到荧光，而接受久坐供体囊泡的小鼠无此现象。后续实验中，荧光仅局限于肝脏，且接受运动供体EVs的小鼠摄取量显著高于接受静息供体EVs的小鼠，表明运动诱导EVs的肝脏定位增强。研究认为，小型EVs可能通过整合素和四跨膜蛋白等表面黏附蛋白靶向特定组织。值得注意的是，运动诱导血液中多种黏附蛋白显著升高，其中许多通过运动小鼠的EVs转移至肝细胞，提示运动驱动的黏附蛋白变化可能调控囊泡的组织特异性靶向，尤其是对肝脏的靶向。与这些发现一致，从高强度间歇训练诱导的小鼠血浆中分离的循环EVs，静脉注射给久坐小鼠后，可在注射后6小时富集于肝脏和骨骼肌。
但循环EVs的靶向组织不仅限于肝脏或骨骼肌细胞。一项近期研究报道，急性抗阻运动后，循环EVs将其肌源miRNA货物miR-1转移至脂肪组织。鉴定的miR-1靶基因为小窝蛋白2(CAV2)和三结构域蛋白6(TRIM6)，且在分化的人脂肪来源干细胞中过表达miR-1可导致这些靶基因下调，并增强儿茶酚胺诱导的脂解。这些发现凸显了一种潜在的EV介导机制：循环EVs与脂肪组织通讯，调控脂解过程。
一旦产生，EVs会到达靶组织并释放其货物，诱导机体（通常是靶器官）的生理变化。从运动诱导小鼠的血浆中富集的EVs，递送至久坐动物后，可增强葡萄糖耐受、改善胰岛素敏感性、降低血浆甘油三酯水平，影响全身代谢。另一方面，BFRE后分离的EVs被发现可特异性激活人原代肌肉前体细胞并诱导其进入S期，而BFRE前分离的EVs对增殖无影响。这些结果支持运动刺激EV释放以促进肌肉重塑和生长的观点。
运动诱导的循环EVs已被证实含有多种糖酵解酶，凸显了其在支持运动相关高能量需求中的潜在作用，这与既往EVs可增加受体细胞糖酵解活性的证据一致。一项针对17名年轻男性高强度运动后循环EVs的蛋白质组学分析提供了更多见解：20种蛋白质发生显著变化，涉及凝血、氧化应激和酸碱平衡相关通路。这些发现提示，运动诱导EVs在生理适应中发挥多方面作用，影响高强度运动期间和之后的代谢、止血和稳态过程，这些方面均可改善运动的代谢应答，提升运动表现和/或训练适应性，最终有助于提高生活质量。
综上，运动诱导的循环EV变化受运动方式、强度、性别和研究对象的代谢状态影响。但明确这些囊泡的组织起源仍是挑战，因此需要更仔细地检验运动诱导的骨骼肌组织直接释放的EVs。
3 运动对骨骼肌来源EVs的影响
尽管循环EVs已被广泛表征，但这些研究仅能提供骨骼肌特异性EV生物学有限的信息，尤其是骨骼肌虽占人体质量的30%–40%，却似乎并非循环EV池的主要贡献者。血浆来源EVs中检测到极低水平的肌源miRNAs（miR-1、?206、?431、?486），进一步支持SkM-EVs在循环中含量有限。这种低丰度，加上α-肌聚糖（虽常用作骨骼肌标志物，但也表达于心脏、平滑肌和肺等其他组织）的特异性有限，目前阻碍了对其运动后命运的研究。明确这些EVs是否以及如何分布，可为它们对运动获益的贡献及其促进代谢健康的潜在作用提供关键见解。
3.1 运动后SkM-EVs的分布
一项使用离体模型的研究证明骨骼肌可分泌EVs，并通过双荧光报告基因小鼠品系和光谱流式细胞术，确定肌纤维是其首要来源。在体实验中，约5%的循环四跨膜蛋白阳性EVs可追溯至SkM肌纤维。有趣的是，SkM-EV分泌还由组织的代谢活性决定：比目鱼肌等氧化型肌肉产生的EVs尺寸更小、数量更高，而跖肌等糖酵解型肌肉则相反。这一观察结果引出了一个重要问题：快肌或慢肌表型为主的个体，其EV释放和分布是否存在差异？考虑到啮齿动物通常表现为快肌纤维类型为主的分布，啮齿类模型与人类之间的观察结果可能存在差异。
基因表达分析进一步探讨了SkM对运动后EV动态的贡献程度。健康受试者血浆中EV浓度在运动期间升高，运动后下降。运动后血浆EVs中MVB生物发生标志物TSG101、CD81和HSP60的蛋白水平升高。但运动后骨骼肌中这些MVB生物发生标志物的蛋白和mRNA水平未显著降低，因此作者认为该组织对运动诱导的循环EV升高可能没有主要贡献。需要注意的是，肌肉样本是在60分钟运动前和运动后立即采集的，这一时间点可能显著影响结果，未能检测到mRNA变异可能是因为测量时间间隔不合适。如果运动期间合成了额外的MVB生物发生标志物蛋白并通过EVs快速释放，其短暂的存在可能解释了骨骼肌组织中未检测到其丰度变化的原因。
为研究运动是否在体影响SkM-EV分泌，Ma等人使用编码EV标志物CD63与增强绿色荧光蛋白(EGFP)融合蛋白的腺相关病毒(AAV)载体，搭配肌肉特异性MHCK7启动子以确保仅在肌肉细胞中表达。将这些MHCK7-CD63-EGFP-AAV载体局部注射到小鼠后肢双侧骨骼肌中。尽管靶向递送至后肢肌肉且CD63的表达由肌肉特异性启动子驱动，血清富集的EVs中仍可检测到EGFP阳性EVs，且其水平在运动后较基线升高。此外，这些标记的SkM-EVs在注射后1小时内被多个器官快速
