衰老是一种随着时间积累而发生的退行性变化的过程,年龄相关疾病与衰老密切相关。目前,探索衰老发生发展的原因和机制,寻找能有效延缓衰老、预防或治疗衰老疾病的药物,是人类面临的巨大挑战。衰老动物模型的构建是衰老研究必须涉及的重要手段。各种衰老动物模型都有不同的衰老机制,不同的衰老动物模型各有优缺点,适合不同的研究目的。
自然衰老模型的主要表现是,几乎所有器官结构和功能的退化,学习记忆能力以及免疫功能的下降,最符合人类衰老的特征,也可作为衡量其他衰老模型的尺度。建模时,1-2月龄的小鼠或3-5月龄的大鼠被安置在屏障环境实验室中,按常规饮食喂养。12-24月龄小鼠视为老龄;21-26月龄视为大鼠衰老早期,30-32月龄为衰老晚期。选择雌性SD大鼠喂养22月后,发现老年雌性大鼠中骨钙含量、骨密度、雌激素及雌激素受体发生显著性改变,提示该模型可用于老年骨质疏松症的研究。
快速老化小鼠(SAM模型)是一种选择性近交系小鼠,于1970年在京都大学被开发。经过20多年的发展,该模型已非常成熟,其特点是随着年龄的增长而快速、不可逆地老化。快速老化的P系(SAMP)表现出的病理表型与老年人相似,如SAMP1、P2、P7、P9、P10、P11亚系出现的大脑存在老年淀粉样变性,SAMP6 出现老年骨质疏松症,SAMP8表现出典型的学习和记忆障碍,也是一种自发性痴呆模型。
化学干预模型D-半乳糖在1985年被徐黻本用于构建衰老模型,有研究者发现给小鼠注射D-半乳糖后会导致与自然衰老相似的衰老特征,缩短寿命。该模型操作方法简单、成本低、实验结果明显、稳定,已成为国内公认的衰老动物模型,被广泛应用于抗衰老研究。
胸腺切除术老化模型,胸腺作为T淋巴细胞产生的主要部位和免疫系统的关键器官,其退化直接影响机体的免疫功能。切除小鼠胸腺不仅会降低免疫反应,还会使学习能力下降。切除胸腺会导致小鼠肝中脂质过氧化代谢物丙二醛增加,葡萄糖代谢受损,从而产生与人类衰老相似的病理变化。 因此,切除胸腺也可作为一种模拟衰老的方法。
全身辐射(TBI)早衰模型利用X射线和γ射线的全身放射治疗,可通过直接电离效应和辐射过程间接产生自由基,引起细胞和组织损伤。研究发现,亚致死性全身放射会导致小鼠进行性早衰,与对照组相比,TBI小鼠逐渐出现老化的时间大约提前了2倍。而且,TBI小鼠的老化表型与未受照射的老龄小鼠表型相似,TBI小鼠是一个有效的早衰模型。
臭氧致衰老动物模型臭氧是一种强氧化剂,常温下在机体内促进氧自由基的产生,造成细胞变性死亡,进而引发机体内多器官的功能衰退。根据这一机制,建立了臭氧大鼠衰老模型,作为一种急性衰老模型,该模型操作简便、时间短、成功率高,可用于研究衰老相关疾病的形态学和行为学方面,是国际公认的衰老模型。
基因敲除模型在啮齿类动物机体内敲除Ercc1基因、或者SIRT6基因可缩短动物寿命,同时也表现出多个器官生理性衰老的表型。将小鼠体内SIRT1~SIRT7家族的7个基因依次敲除,敲除SIRT6的小鼠与其他小鼠相比,多个器官出现生理性退化,并伴有骨密度降低、皮下脂肪减少、淋巴细胞减少等早衰症状。SIRT6缺失小鼠的寿命只有大约4周,生存期相对较短,因此,不利于较长时间的干预实验研究。
基因敲入-线粒体DNA聚合酶突变模型PolgA是细胞核中编码线粒体DNA聚合酶的催化亚基。mtDNA突变在机体发育过程中的不断累积,是导致衰老的重要因素之一。 利用PolgA对小鼠进行基因改造,发现mtDNA突变累积比野生型小鼠更快。mtDNA突变会引起不可逆的细胞凋亡,导致组织功能障碍,出现大量与年龄相关的体征变化,例如,体重减轻、渐进性听力丧失、骨质疏松、皮下脂肪减少、脱发、生育率降低、自发活动减少等。