衰老動物模型的研究進展

王 喆，李瑞生

(1.空軍總醫院臨床航空醫學中心實驗室，北京 100142;2.解放軍第302醫院動物實驗中心，北京 100039)

目前我國人口正快速進入老齡化時代，據第六次全國人口普查顯示，我國60歲及以上人口已達1.78億，占總人口的13.26%。預計到本世紀中葉，我國60歲以上老年人將達到4.8億，占總人口的34%。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能引起HPA軸反應性失衡、內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學者研究的熱點。因此，建立衰老動物模型來研究衰老機制顯得尤為重要。本文就有關衰老動物模型的研究進展情況進行綜述。

1 自發性衰老動物模型

1.1 快速老化的小鼠模型

快速老化小鼠(sensecence accelerated mouse，SAM)［2］是日本東京大學經20多年培育成功的近交系小鼠群。SAM共有12個亞系，不同亞系小鼠具有不同的病理表現型，SAMP8［3］是研究以學習記憶能力老化、阿爾茨海默病(alzheimers disease，AD)等疾病的理想模型，也是目前SAM小鼠中應用最多的亞系，SAMP10［4］是研究與衰老相關的神經元丟失及腦萎縮發生的有益動物模型。另外，SAMP1主要特征為免疫功能低下，SAMP2為肺部病理改變為主，SAMP3為變形性骨關節疾病，SAMP6為骨質疏松，SAMP9為白內障，SAMP11的老化過程更為迅速，病理學改變主要為 β-淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，β-AP)生成和腎萎縮。因此，研究工作者可根據不同的研究需求來選擇不同的亞系。

1.2 自然衰老動物模型

自然衰老模型在生理衰老過程中最符合人類衰老的特點。目前，用于自然衰老模型的實驗動物以哺乳類動物為主體，大鼠和小鼠是最常用的實驗動物，因為它們壽命短而且飼養費用低廉。造模方法是將1～2月齡小鼠或3～5月齡大鼠，雌性或雄性，飼養在屏障環境動物實驗室，直至飼養所需的年齡。常用老年動物的年齡: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物模型。王亞芳等［5］對沙鼠皮膚、組織中的酶類等進行檢測，結果表明沙鼠可以作為研究抗衰老藥物相關的實驗動物模型。

1.3 小型魚類衰老模型

近年來，國內外學者通過研究一些魚類的基本老年學特征，建立了小型魚類衰老模型。目前已建立的動物模型主體有孔雀魚(guppy)、鳉魚(killifish)和斑馬魚(zebrafish)［6］，以用來探索人類衰老機制，并尋找預防和治療衰老的新方法。

1.4 果蠅衰老模型

近年來，以果蠅作為衰老模型廣泛應用于衰老遺傳學和衰老機制方面的研究。研究表明，老年果蠅存在自由基產生過多而清除減少、凋亡加速、蛋白溶解過度、內分泌免疫功能低下的內在機制［7］。Martinez等［8］發現限制飲食均可以延長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］發現通過誘導超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶的生成可以降低線粒體中的活性氧，以此達到延長生命周期的目的。

1.5 其他衰老模型

Cotman等［10］以比格犬為動物模型，研究與衰老相關的疾病。靈長類動物在遺傳學上最接近人類，用其建立的衰老模型在特征和發生機制方面能較全面的反映人類衰老基本情況，在未來的衰老和抗衰老藥物研究中該類模型有著無限的發展前景［11］。近幾年有文獻報道，線蟲(C.elegans)作為衰老動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，還是研究錯折疊蛋白在老年病發病機制中作用的最佳模型［12］。Mouton［13］發現扁形蟲(macrostomum lignano)可以作為新的衰老模型。

2 誘發性衰老動物模型

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間內，連續給動物注射大劑量D-半乳糖，使機體細胞內半乳糖濃度增高，在醛糖還原酶的催化下，還原成半乳糖醇，這種物質不能被細胞進一步代謝，而堆積在細胞內，影響正常滲透壓，使細胞腫脹，引起機體多器官、多系統的功能障礙，最終導致衰老的發生［14］。該模型的特點是造模時間短、操作簡便、模型易于建成、重復性好，表現出與自然衰老動物相似的衰老體征，已成為國內較公認的衰老動物模型［15］。邵麗等［16］利用 D-半乳糖已成功制備了亞急性衰老動物模型。由于受到建模時劑量、途徑、時間以及判斷標準等因素的影響，對于行為學、免疫學臟器指數等方面的報道觀點不盡相同［17－18］。該模型在整體水平上與自然衰老比較相似，因此被廣泛應用于腦老化、白內障、篩選藥物以及評價具有延緩衰老的保健品等方面的研究。欒海云等［19］證實了松蘑提取液對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)作為強氧化劑，在常溫下能與任一種有機分子作用產生超氧陰離子自由基，使細胞膜上不飽和脂肪酸發生脂質過氧化物(LPO)鏈反應，其產物作用于蛋白質分子及某些酶，使它們的生物活性受到影響，最終導致細胞變性死亡，促進組織衰老［20］。該方法是在封閉通風的 O3柜(2.1 m×0.9 m×0.65 m)內用冷陰極30瓦紫外光燈24 h照射，能產生1.9 mg/m3的O3，將雄性NIH小鼠生活在其中，連續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的病理形成過程密切相關，雙側海馬內單次注射β-AP引起大鼠學習記憶功能下降。若在D-半乳糖所致動物模型基礎上，海馬內注射β-AP可望成為一種更佳的衰老動物模型，王芝蘭等［21］在D-半乳糖腹腔注射致衰老的基礎上雙側海馬注射 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合式老年癡呆(AD)小鼠模型，連翹酯苷對改善學習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的 AD模型［23］。鋁進入大腦使神經原纖維形成異常的 T型結構，使其相互纏繞。大腦細胞產生淀粉樣蛋白，過量的氧自由基堆積造成腦神經系統的損害。

2.5 輻照γ射線致衰老模型

讓大鼠輻照γ射線能使機體內產生多種自由基，導致生物膜受氧自由基的攻擊。同時，輻射也能使氧化酶和非氧化酶活性系統的防御機制減弱，白細胞總數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，輻照源距動物高度為80 cm，每次輻照為4 min 53 s，連續輻照5 d能快速有效的建立衰老動物模型。

2.6 去除胸腺致衰老模型

在衰老與抗衰老的研究中發現，免疫系統的功能狀態與衰老的發生與發展有著十分密切的聯系。在模型復制中，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，縫合切口并在創口上滴加青霉素，繼續常規飼養6個月復制成衰老動物模型［25］。

2.7 環境刺激致衰老模型

利用環境刺激可造成蜜蜂衰老現象，在實驗室模擬運輸過程中的缺氧、振動、噪聲和高溫環境等，并加以控制，成功建立了蜜蜂快速衰老模型。苗明三等［26］根據蜜蜂生活過程中所遭受的不良環境進行模擬衰老現象，結果表明蜜蜂在35℃、缺氧及噪聲環境中4 h，可造成蜜蜂衰老模型。

3 轉基因衰老動物模型

3.1 GLuT4轉基因小鼠

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

3.2 APP轉基因小鼠

該小鼠攜帶了不同編碼淀粉前體蛋白的突變基因，并在轉基因小鼠腦中表達，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甾酮水平，但在飲食限制的情況下，沒能顯示出血漿皮質甾酮的水平增加。因此，這類小鼠可作為研究在衰老過程中糖皮質激素的作用。

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力理論研究。

綜上所述，采用自然衰老動物或人為因素致衰老的動物為模型是人類研究衰老過程的有效手段。趙永壽等［27］利用大鼠證實了長期有氧訓練對改善海馬組織細胞機能，延緩其衰老，提高學習與記憶能力等方面有積極意義。結合各類實驗動物的自身特點以及生理特性，建立與臨床衰老癥狀相似的動物模型，已成為探索人類衰老機制，并尋找預防和治療衰老的新方法［28］。衰老動物模型的種類雖較多，但目前尚無一種模型可以完全再現衰老的主要病理、生化、神經遞質以及行為等方面的全部特征性變化，因此，只能根據不同的研究方向來選擇不同類型的衰老動物模型。這些模型動物的復制為人類衰老機制的研究提供了廣闊的實驗平臺。

［1］徐孝平，潘永明，劉瑞敏，等.亞健康狀態大鼠的神經-免疫-內分泌機制的研究［J］.中國比較醫學雜志，2012，22(8):33－39.

［2］Chiba Y，ShimadaA，KumagaiN，etal. Thesenescenceaccelerated mouse(SAM):a higher oxidative stress and agedependent degenerative diseases model［J］.Neurochem Res.2009，34(4):679 －682.

［3］周偉勤，畢明剛，杜冠華.快速老化小鼠 SAMP8研究進展［J］.中國藥理學通報，2009，25(5):565 －568.

［4］高琳娜，畢明剛.快速老化小鼠 SAMP10的老化特征及其研究進展［J］.中國藥理學通報，2012，28(9):1196－1199.

［5］王亞芳，包天桐.沙鼠作為衰老實驗動物模型的探索［J］.實驗動物科學與管理，2001，18(1):8 －10.

［6］Gerhard GS.Small laboratory fish as models for aging research［J］.Ageing Res Rev.2007，6(1):64 － 72.

［7］左星，郭紀鋒，唐北沙.果蠅模型在帕金森病發病機制中的應用［J］.卒中與神經疾病，2009，16(6):375－377.

［8］Martinez VG，Javadi GS，Ngo E，et al.Age-related changes in climbing behavior and neural circuit physiology in Drosophila［J］.Dev Neurobiol，2007，67(6):778 －791.

［9］Magwere T，West M，Riyabi K，et al.The effects of exogenous antioxidantson lifespan and oxidative stress resistance in Drosophila melanogaster［J］.Mech Ageing Dev，2006，127(4):356－370.

［10］Cotman CW，Head E.The canine(dog)model of human aging and disease:dietary，environmental and immunotherapy approaches［J］.J Alzheimers Dis.2008，15(4):685 － 707.

［11］Nadon N L.Of mice and monkeys:National institute on aging resources supporting the use of animal models in biogerontology research［J］.J Gerontol A Biol Sci Med Sci，2006，61(8):813－815.

［12］Brignull H R，Morley J F，Morimoto R I.The stress of misfolded proteins:C.elegans models for neurodegenerative disease and aging［J］.Adv Exp Med Biol，2007，594:167 － 189.

［13］Mouton S，Willems M，Braeckman BP，et al.The free-living flatworm Macrostomum lignano:a new model organism for ageing research［J］.Exp Gerontol，2009，44(4):243 － 249.

［14］許揚，吳濤，顧佳黎.D-半乳糖衰老動物模型研究進展［J］.中國老年學雜，2009，29(13):1710 －1713.

［15］雷鳴，朱祖健.D-半乳糖致衰老的研究進展［J］.解剖科學進展，2011，17(1):83 －85.

［16］邵麗，葛許華，耿德勤，等.亞急性衰老動物模型的建立及機制［J］.中風與神經疾病雜志，2012，29(6):499－501.

［17］王喆，陸承榮，宋建貞.D-半乳糖亞急性中毒大鼠擬衰老生理生化改變［J］.中國比較醫學雜志，2003，13(4):236 －238.

［18］李春海，劉亞千，陳華.口服D-半乳糖致動物衰老效應的評價［J］.實驗動物科學，2008，25(3):5－7.

［19］欒海云，王桂華，許勇，等.松蘑提取液對 D-半乳糖致衰老小鼠抗氧化作用的研究［J］.安徽農業科學，2012，40(15):8471－8472.

［20］苗明三，朱飛鵬.常用醫藥研究動物模型［M］.北京:人民衛生出版.2007:411－415.

［21］王芝蘭，王榮田，郭立新，等.益腦靈對老年性癡呆大鼠模型學習記憶力及海馬細胞超微結構的影響［J］.中醫藥學報，2005，33(3):50 －52.

［22］王憶杭，肖培根，劉新民.連翹酯苷對擬AD復合動物模型小鼠學習記憶的改善作用及其機制研究［J］.中國實驗動物學報，2011，19(5):423 －427.

［23］魏小龍，張永祥.老年性癡呆動物模型研究進展［J］.中國藥理學通報，2000，16(4):372 －376.

［24］李云，楊素青.急性致衰老動物模型的探討［J］.衛生研究，2002，3(4):290 －291.

［25］彭宗根，陳紫榕.胸腺素在神經內分泌系統中的延緩衰老作用［J］.國外醫學:老年醫學分冊，2003，24(4):178 －180.

［26］苗明三，張楠，唐曹輝.蜜蜂快速衰老模型的建立［J］.中藥新藥與臨床藥理，2009，20(4):388 －390.

［27］李樹梅，盧勝明，康峰，等.衰老動物模型的研究進展及應用［J］.中國老年學雜志，2011，31(19):3869－3872.

［28］趙永壽.運動訓練大鼠長期停訓后海馬一氧化氮合成酶的表達變化［J］.實驗動物科學，2011:28(4):9－14.