衰老動(dòng)物模型的研究進(jìn)展

王 喆，李瑞生

(1.空軍總醫(yī)院臨床航空醫(yī)學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室，北京 100142;2.解放軍第302醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心，北京 100039)

目前我國(guó)人口正快速進(jìn)入老齡化時(shí)代，據(jù)第六次全國(guó)人口普查顯示，我國(guó)60歲及以上人口已達(dá)1.78億，占總?cè)丝诘?3.26%。預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中葉，我國(guó)60歲以上老年人將達(dá)到4.8億，占總?cè)丝诘?4%。隨著老齡人口的增加，各種老年疾病也隨之增加。徐孝平等［1］利用大鼠證明亞健康狀態(tài)能引起HPA軸反應(yīng)性失衡、內(nèi)分泌紊亂和明顯的免疫抑制，如何延緩衰老已成為世界各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。因此，建立衰老動(dòng)物模型來(lái)研究衰老機(jī)制顯得尤為重要。本文就有關(guān)衰老動(dòng)物模型的研究進(jìn)展情況進(jìn)行綜述。

1 自發(fā)性衰老動(dòng)物模型

1.1 快速老化的小鼠模型

快速老化小鼠(sensecence accelerated mouse，SAM)［2］是日本東京大學(xué)經(jīng)20多年培育成功的近交系小鼠群。SAM共有12個(gè)亞系，不同亞系小鼠具有不同的病理表現(xiàn)型，SAMP8［3］是研究以學(xué)習(xí)記憶能力老化、阿爾茨海默病(alzheimers disease，AD)等疾病的理想模型，也是目前SAM小鼠中應(yīng)用最多的亞系，SAMP10［4］是研究與衰老相關(guān)的神經(jīng)元丟失及腦萎縮發(fā)生的有益動(dòng)物模型。另外，SAMP1主要特征為免疫功能低下，SAMP2為肺部病理改變?yōu)橹?，SAMP3為變形性骨關(guān)節(jié)疾病，SAMP6為骨質(zhì)疏松，SAMP9為白內(nèi)障，SAMP11的老化過(guò)程更為迅速，病理學(xué)改變主要為 β-淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，β-AP)生成和腎萎縮。因此，研究工作者可根據(jù)不同的研究需求來(lái)選擇不同的亞系。

1.2 自然衰老動(dòng)物模型

自然衰老模型在生理衰老過(guò)程中最符合人類衰老的特點(diǎn)。目前，用于自然衰老模型的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物以哺乳類動(dòng)物為主體，大鼠和小鼠是最常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，因?yàn)樗鼈儔勖潭绎曫B(yǎng)費(fèi)用低廉。造模方法是將1～2月齡小鼠或3～5月齡大鼠，雌性或雄性，飼養(yǎng)在屏障環(huán)境動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室，直至飼養(yǎng)所需的年齡。常用老年動(dòng)物的年齡:小鼠12～24月齡，大鼠衰老早期21～26月齡，衰老晚期30～32月齡。另外沙鼠也可建立自然衰老動(dòng)物模型。王亞芳等［5］對(duì)沙鼠皮膚、組織中的酶類等進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明沙鼠可以作為研究抗衰老藥物相關(guān)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。

1.3 小型魚類衰老模型

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)研究一些魚類的基本老年學(xué)特征，建立了小型魚類衰老模型。目前已建立的動(dòng)物模型主體有孔雀魚(guppy)、鳉魚(killifish)和斑馬魚(zebrafish)［6］，以用來(lái)探索人類衰老機(jī)制，并尋找預(yù)防和治療衰老的新方法。

1.4 果蠅衰老模型

近年來(lái)，以果蠅作為衰老模型廣泛應(yīng)用于衰老遺傳學(xué)和衰老機(jī)制方面的研究。研究表明，老年果蠅存在自由基產(chǎn)生過(guò)多而清除減少、凋亡加速、蛋白溶解過(guò)度、內(nèi)分泌免疫功能低下的內(nèi)在機(jī)制［7］。Martinez等［8］發(fā)現(xiàn)限制飲食均可以延長(zhǎng)兩種不同果蠅的壽命，其影響程度因遺傳背景的不同而有所變化。Magwere等［9］發(fā)現(xiàn)通過(guò)誘導(dǎo)超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶的生成可以降低線粒體中的活性氧，以此達(dá)到延長(zhǎng)生命周期的目的。

1.5 其他衰老模型

Cotman等［10］以比格犬為動(dòng)物模型，研究與衰老相關(guān)的疾病。靈長(zhǎng)類動(dòng)物在遺傳學(xué)上最接近人類，用其建立的衰老模型在特征和發(fā)生機(jī)制方面能較全面的反映人類衰老基本情況，在未來(lái)的衰老和抗衰老藥物研究中該類模型有著無(wú)限的發(fā)展前景［11］。近幾年有文獻(xiàn)報(bào)道，線蟲(C.elegans)作為衰老動(dòng)物模型不僅具有可控的遺傳信息、短的生命周期和快速的繁殖能力，還是研究錯(cuò)折疊蛋白在老年病發(fā)病機(jī)制中作用的最佳模型［12］。Mouton［13］發(fā)現(xiàn)扁形蟲(macrostomum lignano)可以作為新的衰老模型。

2 誘發(fā)性衰老動(dòng)物模型

2.1 D-半乳糖致衰老模型

D-半乳糖(D-galactose，D-Gal)致衰老模型是指在一定時(shí)間內(nèi)，連續(xù)給動(dòng)物注射大劑量D-半乳糖，使機(jī)體細(xì)胞內(nèi)半乳糖濃度增高，在醛糖還原酶的催化下，還原成半乳糖醇，這種物質(zhì)不能被細(xì)胞進(jìn)一步代謝，而堆積在細(xì)胞內(nèi)，影響正常滲透壓，使細(xì)胞腫脹，引起機(jī)體多器官、多系統(tǒng)的功能障礙，最終導(dǎo)致衰老的發(fā)生［14］。該模型的特點(diǎn)是造模時(shí)間短、操作簡(jiǎn)便、模型易于建成、重復(fù)性好，表現(xiàn)出與自然衰老動(dòng)物相似的衰老體征，已成為國(guó)內(nèi)較公認(rèn)的衰老動(dòng)物模型［15］。邵麗等［16］利用 D-半乳糖已成功制備了亞急性衰老動(dòng)物模型。由于受到建模時(shí)劑量、途徑、時(shí)間以及判斷標(biāo)準(zhǔn)等因素的影響，對(duì)于行為學(xué)、免疫學(xué)臟器指數(shù)等方面的報(bào)道觀點(diǎn)不盡相同［17－18］。該模型在整體水平上與自然衰老比較相似，因此被廣泛應(yīng)用于腦老化、白內(nèi)障、篩選藥物以及評(píng)價(jià)具有延緩衰老的保健品等方面的研究。欒海云等［19］證實(shí)了松蘑提取液對(duì)D-半乳糖致衰老小鼠具有一定的抗衰老作用。

2.2 臭氧致衰老模型

臭氧(O3)作為強(qiáng)氧化劑，在常溫下能與任一種有機(jī)分子作用產(chǎn)生超氧陰離子自由基，使細(xì)胞膜上不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化物(LPO)鏈反應(yīng)，其產(chǎn)物作用于蛋白質(zhì)分子及某些酶，使它們的生物活性受到影響，最終導(dǎo)致細(xì)胞變性死亡，促進(jìn)組織衰老［20］。該方法是在封閉通風(fēng)的 O3柜(2.1 m×0.9 m×0.65 m)內(nèi)用冷陰極30瓦紫外光燈24 h照射，能產(chǎn)生1.9 mg/m3的O3，將雄性NIH小鼠生活在其中，連續(xù)10～20 d后，形成衰老模型。

2.3 β-淀粉樣蛋白致衰老模型

β-淀粉樣蛋白(β-AP)是 AD患者大腦中一種特有的蛋白，且與AD的病理形成過(guò)程密切相關(guān)，雙側(cè)海馬內(nèi)單次注射β-AP引起大鼠學(xué)習(xí)記憶功能下降。若在D-半乳糖所致動(dòng)物模型基礎(chǔ)上，海馬內(nèi)注射β-AP可望成為一種更佳的衰老動(dòng)物模型，王芝蘭等［21］在D-半乳糖腹腔注射致衰老的基礎(chǔ)上雙側(cè)海馬注射 β-AP，建立了大鼠的 AD模型。王憶杭等［22］利用 C57BL/6小鼠以 β-淀粉樣蛋白損傷自然衰老小鼠建立一種新的復(fù)合式老年癡呆(AD)小鼠模型，連翹酯苷對(duì)改善學(xué)習(xí)記憶具有良好的作用。

2.4 AlCl3致衰老模型

采用AlCl3致大鼠急性衰老模型是公認(rèn)的 AD模型［23］。鋁進(jìn)入大腦使神經(jīng)原纖維形成異常的 T型結(jié)構(gòu)，使其相互纏繞。大腦細(xì)胞產(chǎn)生淀粉樣蛋白，過(guò)量的氧自由基堆積造成腦神經(jīng)系統(tǒng)的損害。

2.5 輻照γ射線致衰老模型

讓大鼠輻照γ射線能使機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生多種自由基，導(dǎo)致生物膜受氧自由基的攻擊。同時(shí)，輻射也能使氧化酶和非氧化酶活性系統(tǒng)的防御機(jī)制減弱，白細(xì)胞總數(shù)和血紅蛋白明顯降低［24］。大鼠的輻照吸收劑量為3 Gy較為理想，輻照面積為25×25 cm2，輻照源距動(dòng)物高度為80 cm，每次輻照為4 min 53 s，連續(xù)輻照5 d能快速有效的建立衰老動(dòng)物模型。

2.6 去除胸腺致衰老模型

在衰老與抗衰老的研究中發(fā)現(xiàn)，免疫系統(tǒng)的功能狀態(tài)與衰老的發(fā)生與發(fā)展有著十分密切的聯(lián)系。在模型復(fù)制中，用乙醚麻醉大鼠仰臥固定，沿胸骨正中線縱行切開皮膚1.0～1.5 cm，用眼科鑷子分離皮下組織，再用眼科組織剪小心剝離并取出胸腺，縫合切口并在創(chuàng)口上滴加青霉素，繼續(xù)常規(guī)飼養(yǎng)6個(gè)月復(fù)制成衰老動(dòng)物模型［25］。

2.7 環(huán)境刺激致衰老模型

利用環(huán)境刺激可造成蜜蜂衰老現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)室模擬運(yùn)輸過(guò)程中的缺氧、振動(dòng)、噪聲和高溫環(huán)境等，并加以控制，成功建立了蜜蜂快速衰老模型。苗明三等［26］根據(jù)蜜蜂生活過(guò)程中所遭受的不良環(huán)境進(jìn)行模擬衰老現(xiàn)象，結(jié)果表明蜜蜂在35℃、缺氧及噪聲環(huán)境中4 h，可造成蜜蜂衰老模型。

3 轉(zhuǎn)基因衰老動(dòng)物模型

3.1 GLuT4轉(zhuǎn)基因小鼠

GLuT4基因可在小鼠的脂肪組織、心臟和骨骼肌上表達(dá)，并顯示低血漿葡萄糖水平。

3.2 APP轉(zhuǎn)基因小鼠

該小鼠攜帶了不同編碼淀粉前體蛋白的突變基因，并在轉(zhuǎn)基因小鼠腦中表達(dá)，可作為研究 AD、淀粉狀蛋白沉積的病理作用。

3.3 CRH Knockout小鼠

這種小鼠的前皮質(zhì)甾酮擇致激素基因的全部序列被刪除。該純合子小鼠顯示了正常的皮質(zhì)甾酮水平，但在飲食限制的情況下，沒(méi)能顯示出血漿皮質(zhì)甾酮的水平增加。因此，這類小鼠可作為研究在衰老過(guò)程中糖皮質(zhì)激素的作用。

3.4 Sod2雜合子Knockout小鼠

此類小鼠的Mn-SOD基因的第三外顯子被刪除，這種雜合的Knockout小鼠的Mn-SOD活性被減低50%。因此，可用于衰老中的氧化應(yīng)力理論研究。

綜上所述，采用自然衰老動(dòng)物或人為因素致衰老的動(dòng)物為模型是人類研究衰老過(guò)程的有效手段。趙永壽等［27］利用大鼠證實(shí)了長(zhǎng)期有氧訓(xùn)練對(duì)改善海馬組織細(xì)胞機(jī)能，延緩其衰老，提高學(xué)習(xí)與記憶能力等方面有積極意義。結(jié)合各類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的自身特點(diǎn)以及生理特性，建立與臨床衰老癥狀相似的動(dòng)物模型，已成為探索人類衰老機(jī)制，并尋找預(yù)防和治療衰老的新方法［28］。衰老動(dòng)物模型的種類雖較多，但目前尚無(wú)一種模型可以完全再現(xiàn)衰老的主要病理、生化、神經(jīng)遞質(zhì)以及行為等方面的全部特征性變化，因此，只能根據(jù)不同的研究方向來(lái)選擇不同類型的衰老動(dòng)物模型。這些模型動(dòng)物的復(fù)制為人類衰老機(jī)制的研究提供了廣闊的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

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