肌少癥動物模型的研究進展*

李含笑 姬笑顏 張欣怡 楊艷妮 劉西紡

(1. 陜西中醫藥大學第一臨床醫學院研究生院，咸陽 712046)(2. 西安交通大學醫學院附屬紅會醫院神經脊柱病區，西安 710054)

隨著社會的發展，我國人口老齡化趨勢日益明顯，老年人的健康逐漸成為現代社會關注的焦點。肌少癥又稱肌肉減少癥(sarcopenia)，是由Rosenberg于1989年首次命名[1]，是一種與增齡相關的進行性和全身性的骨骼肌疾病，表現為全身肌量減少和/或肌強度下降或肌肉生理功能減退[2]。肌少癥是多種危險因素和機制相互作用的結果，其發病機制主要包括細胞衰老、氧化應激、線粒體功能障礙、脂肪堆積、低度炎癥、營養不足、激素變化、衛星細胞數量和再生能力的減少、遺傳因素等[3]。有研究表明，肌少癥與骨質疏松癥[4]、糖尿病[5]、心血管疾病[6-7]、慢性腎臟病[8]、老年衰弱綜合征[9]、慢性萎縮性胃炎[10]、肥胖[11]、腫瘤[12]等疾病的發生發展都密切相關。該病癥的有效防治關系到中老年人生活質量，是健康老齡化的關鍵。目前，對于肌少癥的預防及治療主要包括非藥物治療(營養補充和運動干預)和藥物治療(雄激素、生長激素、甲狀腺激素等)。由于肌少癥的發病機制復雜且多樣，單一療法效果不顯著，故采用多種方式共同干預，其中營養補充聯合運動干預(尤其是抗阻訓練)被認為是最為有效的治療方式[13-14]。然而，目前關于肌少癥的具體發病機制尚未研究清晰，且對肌少癥的治療無特效療法,因此建立合適的肌少癥動物模型是開展相關研究的基礎。

1 實驗動物的選擇

實驗動物的選擇直接影響動物模型構建以及相關實驗結果，因此實驗開始前，需要根據實驗設計選擇合適的動物進行實驗。為了建造擬合度良好且可行性較高的肌少癥動物模型，便于更準確、有效地研究肌少癥，選擇動物造模時需符合以下條件：(1)選用的造模動物生理結構和功能應盡量接近人類；(2)動物造模后引起的肌少癥病變應盡可能滿足人體肌少癥發病的客觀規律；(3)造模方法經濟有效，操作過程簡單易行；(4)模型的重復使用率好，存活率高。目前用于肌少癥研究的動物主要有嚙齒動物、模式動物、非人靈長類動物等[15-16]。由于大鼠、小鼠具有體型適中、繁殖迅速、飼養相對廉價、遺傳背景清晰、品種品系多等優勢，一直是模擬大多數人類疾病的首選嚙齒動物。像人類一樣，大鼠、小鼠也有肌肉干細胞(衛星細胞)，可供研究肌少癥以外共病的影響，即同時患有心臟病、肥胖、糖尿病等情況下的肌少癥。因此，大鼠、小鼠也是研究與年齡相關肌少癥的首選模型動物[17]。與嚙齒動物相比，豬、羊等大型動物疾病的病理生理特征與人類更為相似，并可采用與人類相似的臨床方法進行研究，但由于其成本高、飼養不便、技術要求嚴格等因素，在構建動物模型過程中受到一定限制[18]。Christian等[16]認為在肌少癥動物模型中使用果蠅、線蟲、斑馬魚等模型動物，在分子生物學和遺傳學研究方面更易獲得實驗結果，且成本低，但由于其模型動物體型較小，樣本組織不利于后續實驗研究，因此有一定的局限性。非人靈長類動物是人類肌少癥研究最理想的實驗動物，與人類衰老病理生理特征高度接近，但受來源受限、價格昂貴、動物實驗倫理要求等因素限制，因此無法得到廣泛應用。

2 肌少癥動物模型

2.1 高脂飲食喂養動物模型

高脂飲食能促進老化相關疾病的發生，被認為是老化的加速器。魯飛翔等[19]和湯婷婷[20]將高脂食物喂養小鼠，通過體成分分析儀、水迷宮、轉棒式疲勞儀、組織染色、PCR等方法檢測相應指標，發現小鼠的脂肪組織明顯增加而肌肉組織減少、肌力明顯下降，可建立理想的肌少癥動物模型。Garcia-Contreras等[18]將高脂食物喂養伊利比亞老年母豬100 d致使其肥胖，發現伴隨肌少癥的肥胖癥，不僅增加內臟脂肪量，還會引起非脂肪組織中的血脂異常、胰島素抵抗、脂毒性等，從而能夠表現出與人類肌少癥和肌少性肥胖癥相似的某些病理特征，因此該動物模型在一定程度上可以用于肌少癥的研究。另外黃榆杰[21]用高脂飼料喂養18月齡老年SD大鼠20周，導致老年大鼠體脂含量增加、血脂水平紊亂、肌肉質量和肌纖維橫截面積減少及抓力下降，提示老年大鼠肥胖性肌少癥模型建立成功。Kob等[22]用高脂飼料喂養雄性和雌性SD大鼠10個月，發現雄性SD大鼠肌肉橫截面積減少及細胞凋亡因子中Caspase-3的含量相對增加，而且在衰老過程中，雄性大鼠比雌性大鼠更容易出現肌少癥，認為細胞凋亡因子中Caspase-3的激活可能是年齡相關性肌少癥的最重要觸發因素，而長期的高脂飲食可進一步加劇肌少癥的發生。

2.2 后肢卸載動物模型

后肢卸載動物模型在微重力或失重條件模擬中得到了廣泛的應用，并已經作為檢查骨骼肌適應減少的方法[23]。Oliveira等[24]通過固定裝置將小鼠的后肢固定在籠子頂部的金屬轉圈上，使小鼠能夠360°的旋轉和移動且后肢抬離地面(小鼠軀干與地面的夾角<30°)來移除負重制作后肢卸載模型。有研究表明，后肢減質量會導致骨骼肌氧化應激增加、線粒體功能障礙、自噬和異常的蛋白質合成或降解[25-27]。Tsika等[28]發現在大鼠后肢卸載4周后，比目魚肌中可以觀察到肌原纖維蛋白損失50%，而在肌原纖維中的蛋白質濃度是穩定的；而且比目魚肌和跖肌的收縮張力和質量減少了約50%。后肢卸載實驗動物可表現出肌少癥的特征，用來模擬研究人類肌少癥的防治。但是，后肢卸載動物模型是一種與靜止相關，而不是與骨骼肌自然老化相關的肌少癥動物模型。因此，后肢卸載動物模型并不能夠完全復制人類肌少癥疾病，在應用中具有一定的局限性。

2.3 基因敲除動物模型

在肌少癥的研究中基因敲除小鼠的使用率逐步增加。Le Bacquer等[29]通過測量4E-BP1/4E-BP2雙敲除(DKO)小鼠的肌肉質量和功能發現，4E-BP的缺失與骨骼肌能量代謝紊亂有關，并指出4E-BP是治療肌少癥的潛在靶點。白細胞介素10(IL-10)是公認的抗炎細胞因子，Romanick等[30]研究發現IL-10基因敲除模型動物能表現出人類衰弱、肌肉無力、炎癥、身體功能下降等典型特征，因此IL-10基因敲除動物模型在炎癥存在下的肌少癥研究中具有一定的應用價值，但不能廣泛的作為肌少癥的動物模型[31]。肌肉的質量和功能與線粒體有著密不可分的關系，Romanello等[32]在線粒體融合蛋白OPA1敲除小鼠中，發現小鼠的肌肉質量明顯減少、肌力下降且肌肉明顯萎縮，并指出OPA1可以控制肌肉蛋白的水解及合成。基因敲除小鼠表現出典型的肌少癥特征可能是正常衰老條件下無法觀察到的，且小鼠基因敲除一次只能檢查幾個特定的通路，所以基因敲除動物模型對肌少癥的研究存在局限性。

2.4 自發性動物模型

由于肌少癥是一種與增齡相關的骨骼肌疾病，因此自發性動物模型是最可靠的動物模型，既能夠顯示自然衰老的過程，也最有可能表現出肌少癥的病理生理過程。Zhou等[33]將通過老年組大鼠與青年組大鼠比較分析，并結合肌肉生理參數及SD大鼠骨骼肌衰老相關的變化，揭示老年組大鼠的肌肉指數和相對握力均低于青年組大鼠，表現出肌少癥的特征。雖然老年嚙齒動物肌少癥的發病率和發病機制與人類高度相似，但由于老年嚙齒動物的高成本、耗時長和有限的可獲得性，使得該模型的使用有些困難[15]。快速老化小鼠(Senescence accelerated mouse/prone，SAMP8)是一種加速衰老動物模型。Guo等[34]研究表明，SAMP8小鼠在第8個月時開始出現肌少癥的癥狀，處于肌少癥前期；在第10個月時出現肌少癥的典型特征，即肌肉質量顯著減少、肌肉力量下降、收縮性下降等，處于肌少癥期。另外，線粒體功能障礙致SAMP8小鼠高氧化應激狀態及早期線粒體質量控制和自噬通量的改變使肌少癥發病前的肌肉微環境惡化，導致SAMP8小鼠的加速衰老及肌少癥的進展[35-36]。Guo等[37]證實，SAMP8小鼠衰老過程中與年齡相關的病理表現與人類衰老過程中出現的老年病相似。因此，SAMP8小鼠是肌少癥研究的高成本效益動物模型。

2.5 其他動物模型

肌少癥和肌肉營養不良的共同病理生理機制主要包括線粒體功能障礙、凋亡增加、自噬異常調節、衛星細胞下降、活性氧生成增多、信號通路和應激反應通路的異常調節等[38]，表現為肌肉質量的減少和肌纖維化的增加。Haba等[39]通過對實驗動物行全胃切除術，引起急性肌肉萎縮，可觀察到肌肉萎縮盒F基因(Atrogin-1)和肌肉環狀指基因1(MuRF1)表達增強，促進蛋白質的分解。全胃切除引起相對快速營養紊亂導致的肌少癥與后肢卸載或肌肉固定的原理相似，與年齡引起的肌少癥無關。

3 小結與展望

肌少癥是一種增齡性疾病，無顯著性別差異，與活動能力下降、跌倒、失能、病死率等不良預后密切相關，嚴重影響老年人的生活質量。合適的肌少癥動物模型，對人類肌少癥的防治研究具有重大意義。由于人類肌少癥發病機制的復雜性，還沒有能夠完全復制人類肌少癥的動物模型。為進一步研究肌少癥的病理生理特征與發病機制，評估新的治療方法，構建能更好模擬人類肌少癥的動物模型仍是未來研究的方向。