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美凤力临床前大动物实验中心
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衰老是一种自然发生的退行性变化过程，伴随着肿瘤、糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病（如老年痴呆）的发生，严重威胁着人类的健康。据报道，从2020年到2050年，中国超过65岁人口预计将从1.72亿（12.0%）增加到3.66亿（26.0%）[1]。因此，探寻能有效延缓衰老、预防或治疗衰老相关疾病的策略迫在眉睫。
那么在衰老过程中会发生哪些明显的变化呢？
2023年1月，国际顶级学术期刊Cell 上发表了一篇里程碑综述长文Hallmarks of aging: An expanding universe，该文概述了机体衰老的十二大特征。这些特征（图1）彼此密切相关，具体可分为以下三个类型：
1、五大基本特征：基因组不稳定性、端粒损耗、表观遗传改变、蛋白质稳态丧失、大自噬失能。
2、三个拮抗特征：营养感知失调，线粒体功能障碍，细胞衰老。
3、四个综合特征：干细胞耗竭、细胞间通讯改变、慢性炎症和生态失衡。
图1：衰老十二大特征[2]
在实验过程中，应该用什么指标去评价衰老呢？
衰老主要的标志物有以下几点：
β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）表达增多，活性增强。
核纤层蛋白丢失，细胞核变形，胞核形态标记物 LaminB1 在衰老的人和小鼠细胞中出现表达缺失。
衰老相关蛋白激活，包括p16、p21、p53等。
DNA损伤积累，γ-H2A.X增多。
衰老相关分泌表型（SASP）增多等。
在评价衰老过程中应注意联合分析
图2：衰老相关标志物[3]
临床中的八种抗衰老措施如图3所示。目前，抗衰老药物，如Resveratrol（白藜芦醇）、Rapamycin（雷帕霉素）、Metformin（二甲双胍）和Aspirin（阿司匹林），主要是针对影响自噬和炎症的衰老特征。雌激素、孕激素、睾酮等激素类似物广泛用于改善老年人群心血管代谢疾病、神经退行性疾病和与生活质量相关的各种衰老症状。同时，与衰老相关的肠道菌群组成也被证明具有巨大的抗衰老潜力。
图3. 针对衰老及其相关疾病的人体试验中的八种干预措施[4]
这些干预措施的临床前评价都离不开动物模型，其中小鼠因为其①与人类在基因水平上高度同源，发育与代谢过程也与人类十分相似，②易于饲养繁育，③维护费用低等特点，是应用较为广泛的动物模型之一。随着动物模型的建立，小鼠衰老模型的建立方法也逐渐丰富，下面就由小编来向大家介绍一些常用的衰老小鼠模型。
1、 自然衰老小鼠模型
不同种系的小鼠寿命有所不同，在衰老相关研究中，应用比较广泛的是C57BL/6小鼠。根据Jackson实验室的相关研究，小鼠相对于人的年龄可以分为三个阶段（图3）。一般认为，年龄超过18月的小鼠即为老龄小鼠。
图4：C57BL/6小鼠月龄vs.人类年龄的对应关系图
（来源：Jackson Laboratory）
优势：最为贴近老年人衰老模式，实验过程简单，无需处理。
缺点：获得18月龄小鼠耗时较长，后期实验个体差异较大。
2、D-半乳糖诱导衰老模型
致病机制：D-半乳糖（D-Galactose）是一种天然存在于体内和许多食物中的小分子单糖，可被氧化为葡萄糖，为机体提供能量；但当机体中D-半乳糖量过量时，D-半乳糖会被氧化成醛糖和过氧化氢，形成超氧阴离子和氧自由基，进而导致机体生理活性和生理功能发生改变，诱导衰老。
图5：不同剂量D-半乳糖体内代谢模式[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。
优势：应用简单，存活率高，实验重复性好。
缺点：化学损伤造成，难真实反映衰老的生理生化改变情况，免疫、行为等方面与自然衰老小鼠相比尚存在较大差异。
需要综合考虑不同品系，不同实验目的，根据相关文献报道确定最终诱导方案。
3、γ-射线诱导衰老模型
γ射线照射能产生多种自由基，导致生物膜损伤，进而诱导衰老的发生。
优势：操作相对简单，造模时间与药物造模相比也明显缩短。
缺点：γ射线有极强的穿透力，对人体有一定的危险，实验室难以获得。
4、快速衰老模型
快速衰老小鼠（senescence accelerated mouse，SAM）是由日本京都大学研究人员培育的一种近交系衰老模型小鼠，分为抗快速老化的R系统（SAMR）和快速老化的P系统（SAMP）。
SAMP系小鼠在4 ~ 6月龄后迅速出现行动迟缓、脱毛、脊柱弯曲等老龄化特征，SAMR系则表现为正常衰老，因此常作为SAMP的对照。与SAMR相比，SAMP 的衰老过程更快，寿命更短。SAMP系小鼠有多种不同的亚系，不同亚系常用于不同的研究方向，具体如下表：
表1：不同快速衰老品系的适用范围
优势：饲养周期短，衰老特征明显。
缺点：价格较贵，且SAM动物繁殖能力较弱，来源较少，具有一定的局限性。
5、Hutchinson-Gilford早衰综合症小鼠模型
除上述常规模型鼠及诱导模型外，对衰老相关基因进行基因编辑进而获得早衰小鼠模型也是常用手段之一。
HGPS（Hutchinson-Gilford progeria syndrome）是一种罕见的早衰综合征，呈现加速衰老的特征，包括体型矮小、皮肤萎缩、骨骼畸形、关节弯曲、心血管疾病和早期动脉硬化等。早衰综合征主要有以下两种小鼠模型：
5.1 Lmna点突变小鼠模型
LmnaG609G小鼠，也叫Lmna-c.C1827T小鼠
小鼠Lmna基因第11号外显子609位氨基酸由G替换为G（GGC→GGT），该点突变导致核纤层蛋白A前体（prelamin A）肽链C端50个氨基酸残基被切除，该被截短的prelamin A被称为早衰蛋白（progerin）。
LmnaG609G小鼠在出生后迅速出现生长速度减慢，体重下降，脊柱后凸等现象，且100天左右死亡。
图6：Phenotypes of LmnaG609G mice[6]
5.2 金属蛋白酶ZMPSTE24缺失型小鼠模型
Zmpste24是一种金属蛋白酶，参与核纤层蛋白A的成熟。Zmpste24缺失的小鼠在出生时正常，但是很快就出现了生长迟缓、脱发、肌肉无力、扩张型心肌病和过早死亡等早衰综合症特征[7]。
图7：Post-translational processing of pre-lamin A in (A) normal condition and of truncated pre-lamin A (“pre-progerin”) in (B) HGPS[8]
图8：Generation of Zmpste24-deficient mice[9]
6、Werner综合征小鼠模型
Werner综合征（Werner syndrome，WS）又称成人早老症，是一种罕见的常染色体隐性遗传病，由WRN（一种ATP依赖性解旋酶基因）基因突变所致。该病会导致患者出现一些加速衰老的病理学表征，如眼部变化、皮肤病变、头发灰白稀疏等，还可能产生糖尿病、骨质疏松、肿瘤等并发症。
目前应用较多的是Wrn△hel/△hel小鼠。实验结果表明，WrnΔhel/Δhel小鼠的寿命大约为18.7个月，Wrn纯合敲除小鼠的寿命大约为21.4个月，同窝野生型小鼠的寿命大约为22.8个月。
图9：Phenotypic traits of Wrn△hel/△hel and Wrn-/- mice[10]
7、其他
还存在一些DNA修复缺陷小鼠如Ercc1-/Δ、PolgTG/TG、LAKITG/TG、Xpg-/-；其他基因编辑小鼠Klotho-/-等均被报道与小鼠衰老相关。
图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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