衰老动物模型的研究进展

2013-01-24李瑞生

中国比较医学杂志 2013年3期

王喆，李瑞生

(1.空军总医院临床航空医学中心实验室，北京 100142;2.解放军第302医院动物实验中心，北京 100039)

目前我国人口正快速进入老龄化时代，据第六次全国人口普查显示，我国60岁及以上人口已达1.78亿，占总人口的13.26%。预计到本世纪中叶，我国60岁以上老年人将达到4.8亿，占总人口的34%。随着老龄人口的增加，各种老年疾病也随之增加。徐孝平等［1］利用大鼠证明亚健康状态能引起HPA轴反应性失衡、内分泌紊乱和明显的免疫抑制，如何延缓衰老已成为世界各国学者研究的热点。因此，建立衰老动物模型来研究衰老机制显得尤为重要。本文就有关衰老动物模型的研究进展情况进行综述。

1 自发性衰老动物模型

1.1 快速老化的小鼠模型

快速老化小鼠(sensecence accelerated mouse，SAM)［2］是日本东京大学经20多年培育成功的近交系小鼠群。SAM共有12个亚系，不同亚系小鼠具有不同的病理表现型，SAMP8［3］是研究以学习记忆能力老化、阿尔茨海默病(alzheimers disease，AD)等疾病的理想模型，也是目前SAM小鼠中应用最多的亚系，SAMP10［4］是研究与衰老相关的神经元丢失及脑萎缩发生的有益动物模型。另外，SAMP1主要特征为免疫功能低下，SAMP2为肺部病理改变为主，SAMP3为变形性骨关节疾病，SAMP6为骨质疏松，SAMP9为白内障，SAMP11的老化过程更为迅速，病理学改变主要为 β-淀粉样蛋白(β-amyloid protein，β-AP)生成和肾萎缩。因此，研究工作者可根据不同的研究需求来选择不同的亚系。

1.2 自然衰老动物模型

自然衰老模型在生理衰老过程中最符合人类衰老的特点。目前，用于自然衰老模型的实验动物以哺乳类动物为主体，大鼠和小鼠是最常用的实验动物，因为它们寿命短而且饲养费用低廉。造模方法是将1～2月龄小鼠或3～5月龄大鼠，雌性或雄性，饲养在屏障环境动物实验室，直至饲养所需的年龄。常用老年动物的年龄:小鼠12～24月龄，大鼠衰老早期21～26月龄，衰老晚期30～32月龄。另外沙鼠也可建立自然衰老动物模型。王亚芳等［5］对沙鼠皮肤、组织中的酶类等进行检测，结果表明沙鼠可以作为研究抗衰老药物相关的实验动物模型。

1.3 小型鱼类衰老模型

近年来，国内外学者通过研究一些鱼类的基本老年学特征，建立了小型鱼类衰老模型。目前已建立的动物模型主体有孔雀鱼(guppy)、鳉鱼(killifish)和斑马鱼(zebrafish)［6］，以用来探索人类衰老机制，并寻找预防和治疗衰老的新方法。

1.4 果蝇衰老模型

近年来，以果蝇作为衰老模型广泛应用于衰老遗传学和衰老机制方面的研究。研究表明，老年果蝇存在自由基产生过多而清除减少、凋亡加速、蛋白溶解过度、内分泌免疫功能低下的内在机制［7］。Martinez等［8］发现限制饮食均可以延长两种不同果蝇的寿命，其影响程度因遗传背景的不同而有所变化。Magwere等［9］发现通过诱导超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶的生成可以降低线粒体中的活性氧，以此达到延长生命周期的目的。

1.5 其他衰老模型

Cotman等［10］以比格犬为动物模型，研究与衰老相关的疾病。灵长类动物在遗传学上最接近人类，用其建立的衰老模型在特征和发生机制方面能较全面的反映人类衰老基本情况，在未来的衰老和抗衰老药物研究中该类模型有着无限的发展前景［11］。近几年有文献报道，线虫(C.elegans)作为衰老动物模型不仅具有可控的遗传信息、短的生命周期和快速的繁殖能力，还是研究错折叠蛋白在老年病发病机制中作用的最佳模型［12］。Mouton［13］发现扁形虫(macrostomum lignano)可以作为新的衰老模型。

2 诱发性衰老动物模型

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时间内，连续给动物注射大剂量D-半乳糖，使机体细胞内半乳糖浓度增高，在醛糖还原酶的催化下，还原成半乳糖醇，这种物质不能被细胞进一步代谢，而堆积在细胞内，影响正常渗透压，使细胞肿胀，引起机体多器官、多系统的功能障碍，最终导致衰老的发生［14］。该模型的特点是造模时间短、操作简便、模型易于建成、重复性好，表现出与自然衰老动物相似的衰老体征，已成为国内较公认的衰老动物模型［15］。邵丽等［16］利用 D-半乳糖已成功制备了亚急性衰老动物模型。由于受到建模时剂量、途径、时间以及判断标准等因素的影响，对于行为学、免疫学脏器指数等方面的报道观点不尽相同［17－18］。该模型在整体水平上与自然衰老比较相似，因此被广泛应用于脑老化、白内障、筛选药物以及评价具有延缓衰老的保健品等方面的研究。栾海云等［19］证实了松蘑提取液对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)作为强氧化剂，在常温下能与任一种有机分子作用产生超氧阴离子自由基，使细胞膜上不饱和脂肪酸发生脂质过氧化物(LPO)链反应，其产物作用于蛋白质分子及某些酶，使它们的生物活性受到影响，最终导致细胞变性死亡，促进组织衰老［20］。该方法是在封闭通风的 O3柜(2.1 m×0.9 m×0.65 m)内用冷阴极30瓦紫外光灯24 h照射，能产生1.9 mg/m3的O3，将雄性NIH小鼠生活在其中，连续10～20 d后，形成衰老模型。

2.3 β-淀粉样蛋白致衰老模型

β-淀粉样蛋白(β-AP)是 AD患者大脑中一种特有的蛋白，且与AD的病理形成过程密切相关，双侧海马内单次注射β-AP引起大鼠学习记忆功能下降。若在D-半乳糖所致动物模型基础上，海马内注射β-AP可望成为一种更佳的衰老动物模型，王芝兰等［21］在D-半乳糖腹腔注射致衰老的基础上双侧海马注射 β-AP，建立了大鼠的 AD模型。王忆杭等［22］利用 C57BL/6小鼠以 β-淀粉样蛋白损伤自然衰老小鼠建立一种新的复合式老年痴呆(AD)小鼠模型，连翘酯苷对改善学习记忆具有良好的作用。

2.4 AlCl3致衰老模型

采用AlCl3致大鼠急性衰老模型是公认的 AD模型［23］。铝进入大脑使神经原纤维形成异常的 T型结构，使其相互缠绕。大脑细胞产生淀粉样蛋白，过量的氧自由基堆积造成脑神经系统的损害。

2.5 辐照γ射线致衰老模型

让大鼠辐照γ射线能使机体内产生多种自由基，导致生物膜受氧自由基的攻击。同时，辐射也能使氧化酶和非氧化酶活性系统的防御机制减弱，白细胞总数和血红蛋白明显降低［24］。大鼠的辐照吸收剂量为3 Gy较为理想，辐照面积为25×25 cm2，辐照源距动物高度为80 cm，每次辐照为4 min 53 s，连续辐照5 d能快速有效的建立衰老动物模型。

2.6 去除胸腺致衰老模型

在衰老与抗衰老的研究中发现，免疫系统的功能状态与衰老的发生与发展有着十分密切的联系。在模型复制中，用乙醚麻醉大鼠仰卧固定，沿胸骨正中线纵行切开皮肤1.0～1.5 cm，用眼科镊子分离皮下组织，再用眼科组织剪小心剥离并取出胸腺，缝合切口并在创口上滴加青霉素，继续常规饲养6个月复制成衰老动物模型［25］。

2.7 环境刺激致衰老模型

利用环境刺激可造成蜜蜂衰老现象，在实验室模拟运输过程中的缺氧、振动、噪声和高温环境等，并加以控制，成功建立了蜜蜂快速衰老模型。苗明三等［26］根据蜜蜂生活过程中所遭受的不良环境进行模拟衰老现象，结果表明蜜蜂在35℃、缺氧及噪声环境中4 h，可造成蜜蜂衰老模型。

3 转基因衰老动物模型

3.1 GLuT4转基因小鼠

GLuT4基因可在小鼠的脂肪组织、心脏和骨骼肌上表达，并显示低血浆葡萄糖水平。

3.2 APP转基因小鼠

该小鼠携带了不同编码淀粉前体蛋白的突变基因，并在转基因小鼠脑中表达，可作为研究 AD、淀粉状蛋白沉积的病理作用。

3.3 CRH Knockout小鼠

这种小鼠的前皮质甾酮择致激素基因的全部序列被删除。该纯合子小鼠显示了正常的皮质甾酮水平，但在饮食限制的情况下，没能显示出血浆皮质甾酮的水平增加。因此，这类小鼠可作为研究在衰老过程中糖皮质激素的作用。

3.4 Sod2杂合子Knockout小鼠

此类小鼠的Mn-SOD基因的第三外显子被删除，这种杂合的Knockout小鼠的Mn-SOD活性被减低50%。因此，可用于衰老中的氧化应力理论研究。

综上所述，采用自然衰老动物或人为因素致衰老的动物为模型是人类研究衰老过程的有效手段。赵永寿等［27］利用大鼠证实了长期有氧训练对改善海马组织细胞机能，延缓其衰老，提高学习与记忆能力等方面有积极意义。结合各类实验动物的自身特点以及生理特性，建立与临床衰老症状相似的动物模型，已成为探索人类衰老机制，并寻找预防和治疗衰老的新方法［28］。衰老动物模型的种类虽较多，但目前尚无一种模型可以完全再现衰老的主要病理、生化、神经递质以及行为等方面的全部特征性变化，因此，只能根据不同的研究方向来选择不同类型的衰老动物模型。这些模型动物的复制为人类衰老机制的研究提供了广阔的实验平台。

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