人類(lèi)衰老之謎，就藏在這些小鼠里
衰老是一種自然發(fā)生的退行性變化過(guò)程，伴隨著腫瘤、糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾?。ㄈ缋夏臧V呆）的發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的健康。據(jù)報(bào)道，從2020年到2050年，中國(guó)超過(guò)65歲人口預(yù)計(jì)將從1.72億（12.0%）增加到3.66億（26.0%）[1]。因此，探尋能有效延緩衰老、預(yù)防或治療衰老相關(guān)疾病的策略迫在眉睫。
那么在衰老過(guò)程中會(huì)發(fā)生哪些明顯的變化呢？
2023年1月，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Cell?上發(fā)表了一篇里程碑綜述長(zhǎng)文Hallmarks of aging: An expanding universe，該文概述了機(jī)體衰老的十二大特征。這些特征（圖1）彼此密切相關(guān)，具體可分為以下三個(gè)類(lèi)型：
1、五大基本特征：基因組不穩(wěn)定性、端粒損耗、表觀遺傳改變、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失、大自噬失能。
2、三個(gè)拮抗特征：營(yíng)養(yǎng)感知失調(diào)，線粒體功能障礙，細(xì)胞衰老。
3、四個(gè)綜合特征：干細(xì)胞耗竭、細(xì)胞間通訊改變、慢性炎癥和生態(tài)失衡。
圖1：衰老十二大特征[2]
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)該用什么指標(biāo)去評(píng)價(jià)衰老呢？
衰老主要的標(biāo)志物有以下幾點(diǎn)：
β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）表達(dá)增多，活性增強(qiáng)。
核纖層蛋白丟失，細(xì)胞核變形，胞核形態(tài)標(biāo)記物 LaminB1 在衰老的人和小鼠細(xì)胞中出現(xiàn)表達(dá)缺失。
衰老相關(guān)蛋白激活，包括p16、p21、p53等。
DNA損傷積累，γ-H2A.X增多。
衰老相關(guān)分泌表型（SASP）增多等。
在評(píng)價(jià)衰老過(guò)程中應(yīng)注意聯(lián)合分析
圖2：衰老相關(guān)標(biāo)志物[3]
臨床中的八種抗衰老措施如圖3所示。目前，抗衰老藥物，如Resveratrol（白藜蘆醇）、Rapamycin（雷帕霉素）、Metformin（二甲雙胍）和Aspirin（阿司匹林），主要是針對(duì)影響自噬和炎癥的衰老特征。雌激素、孕激素、睪酮等激素類(lèi)似物廣泛用于改善老年人群心血管代謝疾病、神經(jīng)退行性疾病和與生活質(zhì)量相關(guān)的各種衰老癥狀。同時(shí)，與衰老相關(guān)的腸道菌群組成也被證明具有巨大的抗衰老潛力。
圖3. 針對(duì)衰老及其相關(guān)疾病的人體試驗(yàn)中的八種干預(yù)措施[4]
這些干預(yù)措施的臨床前評(píng)價(jià)都離不開(kāi)動(dòng)物模型，其中小鼠因?yàn)槠洧倥c人類(lèi)在基因水平上高度同源，發(fā)育與代謝過(guò)程也與人類(lèi)十分相似，②易于飼養(yǎng)繁育，③維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，是應(yīng)用較為廣泛的動(dòng)物模型之一。隨著動(dòng)物模型的建立，小鼠衰老模型的建立方法也逐漸豐富，下面就由小編來(lái)向大家介紹一些常用的衰老小鼠模型。
1、?自然衰老小鼠模型
不同種系的小鼠壽命有所不同，在衰老相關(guān)研究中，應(yīng)用比較廣泛的是C57BL/6小鼠。根據(jù)Jackson實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研究，小鼠相對(duì)于人的年齡可以分為三個(gè)階段（圖3）。一般認(rèn)為，年齡超過(guò)18月的小鼠即為老齡小鼠。
圖4：C57BL/6小鼠月齡vs.人類(lèi)年齡的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖
（來(lái)源：Jackson Laboratory）
優(yōu)勢(shì)：最為貼近老年人衰老模式，實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需處理。
缺點(diǎn)：獲得18月齡小鼠耗時(shí)較長(zhǎng)，后期實(shí)驗(yàn)個(gè)體差異較大。
2、D-半乳糖誘導(dǎo)衰老模型
致病機(jī)制：D-半乳糖（D-Galactose）是一種天然存在于體內(nèi)和許多食物中的小分子單糖，可被氧化為葡萄糖，為機(jī)體提供能量；但當(dāng)機(jī)體中D-半乳糖量過(guò)量時(shí)，D-半乳糖會(huì)被氧化成醛糖和過(guò)氧化氫，形成超氧陰離子和氧自由基，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體生理活性和生理功能發(fā)生改變，誘導(dǎo)衰老。
圖5：不同劑量D-半乳糖體內(nèi)代謝模式[5]
品系：C57小鼠，Wistar大鼠，SD大鼠，昆明鼠等。
方式：腹腔注射，皮下注射等。
優(yōu)勢(shì)：應(yīng)用簡(jiǎn)單，存活率高，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好。
缺點(diǎn)：化學(xué)損傷造成，難真實(shí)反映衰老的生理生化改變情況，免疫、行為等方面與自然衰老小鼠相比尚存在較大差異。
需要綜合考慮不同品系，不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，根?jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道確定最終誘導(dǎo)方案。
3、γ-射線誘導(dǎo)衰老模型
γ射線照射能產(chǎn)生多種自由基，導(dǎo)致生物膜損傷，進(jìn)而誘導(dǎo)衰老的發(fā)生。
優(yōu)勢(shì)：操作相對(duì)簡(jiǎn)單，造模時(shí)間與藥物造模相比也明顯縮短。
缺點(diǎn)：γ射線有極強(qiáng)的穿透力，對(duì)人體有一定的危險(xiǎn)，實(shí)驗(yàn)室難以獲得。
4、快速衰老模型
快速衰老小鼠（senescence accelerated mouse，SAM）是由日本京都大學(xué)研究人員培育的一種近交系衰老模型小鼠，分為抗快速老化的R系統(tǒng)（SAMR）和快速老化的P系統(tǒng)（SAMP）。
SAMP系小鼠在4 ~ 6月齡后迅速出現(xiàn)行動(dòng)遲緩、脫毛、脊柱彎曲等老齡化特征，SAMR系則表現(xiàn)為正常衰老，因此常作為SAMP的對(duì)照。與SAMR相比，SAMP 的衰老過(guò)程更快，壽命更短。SAMP系小鼠有多種不同的亞系，不同亞系常用于不同的研究方向，具體如下表：
表1：不同快速衰老品系的適用范圍
優(yōu)勢(shì)：飼養(yǎng)周期短，衰老特征明顯。
缺點(diǎn)：價(jià)格較貴，且SAM動(dòng)物繁殖能力較弱，來(lái)源較少，具有一定的局限性。
5、Hutchinson-Gilford早衰綜合癥小鼠模型
除上述常規(guī)模型鼠及誘導(dǎo)模型外，對(duì)衰老相關(guān)基因進(jìn)行基因編輯進(jìn)而獲得早衰小鼠模型也是常用手段之一。
HGPS（Hutchinson-Gilford progeria syndrome）是一種罕見(jiàn)的早衰綜合征，呈現(xiàn)加速衰老的特征，包括體型矮小、皮膚萎縮、骨骼畸形、關(guān)節(jié)彎曲、心血管疾病和早期動(dòng)脈硬化等。早衰綜合征主要有以下兩種小鼠模型：
LmnaG609G小鼠，也叫Lmna-c.C1827T小鼠
小鼠Lmna基因第11號(hào)外顯子609位氨基酸由G替換為G（GGC→GGT），該點(diǎn)突變導(dǎo)致核纖層蛋白A前體（prelamin A）肽鏈C端50個(gè)氨基酸殘基被切除，該被截短的prelamin A被稱為早衰蛋白（progerin）。
LmnaG609G小鼠在出生后迅速出現(xiàn)生長(zhǎng)速度減慢，體重下降，脊柱后凸等現(xiàn)象，且100天左右死亡。
圖6：Phenotypes of LmnaG609G mice[6]
Zmpste24是一種金屬蛋白酶，參與核纖層蛋白A的成熟。Zmpste24缺失的小鼠在出生時(shí)正常，但是很快就出現(xiàn)了生長(zhǎng)遲緩、脫發(fā)、肌肉無(wú)力、擴(kuò)張型心肌病和過(guò)早死亡等早衰綜合癥特征[7]。
圖7：Post-translational processing of pre-lamin A in (A) normal condition and of truncated pre-lamin A (“pre-progerin”) in (B) HGPS[8]
圖8：Generation of Zmpste24-deficient mice[9]
6、Werner綜合征小鼠模型
Werner綜合征（Werner syndrome，WS）又稱成人早老癥，是一種罕見(jiàn)的常染色體隱性遺傳病，由WRN（一種ATP依賴性解旋酶基因）基因突變所致。該病會(huì)導(dǎo)致患者出現(xiàn)一些加速衰老的病理學(xué)表征，如眼部變化、皮膚病變、頭發(fā)灰白稀疏等，還可能產(chǎn)生糖尿病、骨質(zhì)疏松、腫瘤等并發(fā)癥。
目前應(yīng)用較多的是Wrn△hel/△hel小鼠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，WrnΔhel/Δhel小鼠的壽命大約為18.7個(gè)月，Wrn純合敲除小鼠的壽命大約為21.4個(gè)月，同窩野生型小鼠的壽命大約為22.8個(gè)月。
圖9：Phenotypic traits of Wrn△hel/△hel and Wrn-/- mice[10]
7、其他
還存在一些DNA修復(fù)缺陷小鼠如Ercc1-/Δ、PolgTG/TG、LAKITG/TG、Xpg-/-；其他基因編輯小鼠Klotho-/-等均被報(bào)道與小鼠衰老相關(guān)。
圖10：(a) Schematic representation of premature mouse strains, tissues collected, and timepoints taken. (b) Evolution of body weight until the euthanize point. (c) Methylation biological age of Ercc1?/Δ, Xpg?/?, LAKITG/TG, and PolgTG/TG mice[11]
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