劉建亞，馮文靜，王仁萍，毛擁軍*

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院：1老年醫(yī)學(xué)科，2體檢中心，青島 266003)

目前，世界老年人口增長迅速，據(jù)世界衛(wèi)生組織報道，到2050年世界>60歲老年人口將達22%[1]。隨著年齡增加或衰老進程加快，衰老相關(guān)性疾病的發(fā)病率迅速增長，如阿爾茲海默病、高血壓、冠心病等，其所帶來的醫(yī)療負擔也日益加重，因此研究衰老的機制，開發(fā)逆轉(zhuǎn)或延緩衰老的藥物迫在眉睫。而建立合適的衰老動物模型，對探討衰老機制及篩選延緩衰老的藥物、預(yù)防年齡相關(guān)的疾病尤其具有重要意義。目前研究所用的衰老動物模型主要有自然衰老模型、快速老化小鼠模型、D-半乳糖致衰老模型、臭氧損傷衰老模型、去胸腺衰老模型等[2]。我國學(xué)者提出D-半乳糖可誘導(dǎo)和加速衰老的進程， 并開始將D-半乳糖所致的亞急性衰老動物模型應(yīng)

用于衰老的科學(xué)研究，本文主要就D-半乳糖所致各種衰老模型及其可能機制進行綜述，為衰老模型的基礎(chǔ)研究提供參考。

1 D-半乳糖所致衰老模型

1.1 神經(jīng)衰老

神經(jīng)衰老是與年齡密切相關(guān)的神經(jīng)退行性病變，以記憶障礙、認知功能喪失、癡呆為主要癥狀的疾病，如阿爾茲海默病、帕金森病等[3]，其中氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥在神經(jīng)老化的過程中起著重要的作用，可導(dǎo)致神經(jīng)元的丟失及各種神經(jīng)變性疾病。D-半乳糖可引起神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)變性、組織滲透壓升高、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等，促進神經(jīng)衰老的發(fā)生和發(fā)展。有研究表明，連續(xù)8周頸背部皮下注射100 mg/(kg·d)D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老模型小鼠較正常小鼠學(xué)習、記憶及分辨能力明顯下降，大腦組織中活性氧(reactive oxygen species,ROS)和炎癥介質(zhì)如環(huán)氧酶-2、一氧化氮合酶2、白細胞介素-1β(interleukin-1 beta,IL-1β)、IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)等[4, 5]明顯升高。另有研究發(fā)現(xiàn)，D-半乳糖誘導(dǎo)的大鼠模型神經(jīng)元出現(xiàn)線粒體功能障礙，細胞凋亡明顯，加速大腦衰老和認知功能障礙[6]，神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)出明顯衰老特征。

1.2 心臟老化

心血管疾病是引起老年人死亡的重要原因之一，其中心臟老化與心血管疾病的發(fā)生密不可分。在D-半乳糖150 mg/(kg·d)誘導(dǎo)的大鼠衰老模型中，心臟組織蘇木精-伊紅染色顯示心肌細胞結(jié)構(gòu)紊亂、肌纖維變小、心肌細胞核形態(tài)不規(guī)則，且細胞核減少、萎縮，細胞異常形狀增多，心肌之間閏盤減少且不清晰[7]；另外，心臟組織TdT介導(dǎo)的dUTP切口末端標記技術(shù)(TdT-mediated dUTP nick-end labeling，TUNEL)染色提示心肌細胞凋亡數(shù)量增加，超聲心動圖示左室射血分數(shù)下降，心臟功能下降[1]。Sun等[8]亦發(fā)現(xiàn)，D-半乳糖誘導(dǎo)的大鼠衰老模型可見心肌細胞鈣超載、凋亡數(shù)量增加，心臟功能退化。上述文獻表明，一定劑量的D-半乳糖可致心臟衰老動物模型。

1.3 免疫功能退化

老年人免疫功能退化，各種疾病發(fā)病率增加，其中，淋巴細胞增生不良可能在免疫功能中起著重要的作用。連續(xù)10周皮下注射100 mg/(kg·d)D-半乳糖誘導(dǎo)的小鼠衰老模型，可見淋巴細胞增生降低，同時T淋巴細胞和B淋巴細胞有絲分裂減少，免疫調(diào)節(jié)因子IL-2降低[9]，血清免疫球蛋白G(immunoglobulin,IgG)、IgM、IgA降低[10]。此外，皮下注射200 mg/(kg·d)D-半乳糖的衰老模型小鼠胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)也均見明顯下降[11]，電鏡顯示，與正常衰老模型相似，小鼠衰老模型淋巴細胞凋亡與壞死比例增加，凋亡小體形成[12]，免疫功能受損，提示適當劑量的D-半乳糖可成功制作免疫功能衰老的動物模型。

1.4 肝臟功能退化

增齡可導(dǎo)致老年人肝功能減退并引起一系列代謝紊亂，對機體損害明顯。連續(xù)8周皮下注射300 mg/(kg·d)D-半乳糖誘導(dǎo)的大鼠可見血清天冬氨酸轉(zhuǎn)移酶、堿性磷酸酶、總膽紅素、直接膽紅素均升高；另外，D-半乳糖還可直接引起肝細胞復(fù)制性衰老，導(dǎo)致肝功能損傷，如肝臟結(jié)構(gòu)破壞，肝竇擴張，肝巨噬細胞、凋亡細胞、壞死細胞增多，炎性細胞浸潤，進而可引起肝功能減退[13]。

1.5 生殖功能退化

生殖功能隨著年齡的增長逐漸退化，一部分成年人因生殖功能過早退化而不孕不育。有研究表明，與正常小鼠相比，皮下注射D-半乳糖250 mg/(kg·d) 40 d的雌性小鼠異常卵母細胞數(shù)量、卵母細胞碎片數(shù)量、第一極體破壞程度、染色體變異比率均顯著增加，且卵母細胞凋亡加劇，雌鼠產(chǎn)仔數(shù)量大量減少[14]。另有研究顯示，與對照組比較，200 mg/(kg·d)D-半乳糖作用8周的雄性小鼠睪丸比率(睪丸質(zhì)量/體質(zhì)量)和精子數(shù)量下降，不運動精子和畸形精子數(shù)量增加[15]，血清睪酮水平降低，促黃體生成素和卵泡刺激素水平升高[16]，不孕不育率顯著升高。由此可表明，D-半乳糖可以成功誘導(dǎo)生殖功能退化模型。

D-半乳糖所致的亞急性衰老動物模型在多種器官水平與自然衰老類似，并且與一些臨床疾病密切相關(guān)，因此該模型被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究，但誘導(dǎo)衰老的機制尚不明確，目前存在多種學(xué)說。

2 D-半乳糖致衰老機制

D-半乳糖是一種還原單糖，大量存在于乳制品及其他非乳制品食物中(如水果、蔬菜等)，在正常情況下可代謝葡萄糖，但過量時產(chǎn)生ROS和高級糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products, AGEs)[5]，后者作用于高級糖基化終末產(chǎn)物受體，可導(dǎo)致氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、細胞損傷和炎癥反應(yīng)；也有研究表明AGEs先引起ROS升高，進一步誘導(dǎo)機體氧化應(yīng)激[17]，促進衰老發(fā)生，茲分述于下。

2.1 氧化應(yīng)激

自由基的產(chǎn)生可加速細胞衰老的進程，因此氧化應(yīng)激致衰老理論已被廣泛接受。研究表明，連續(xù)7周皮下注射D-半乳糖100mg/(kg·d)誘導(dǎo)的大鼠衰老模型大腦組織細胞中ROS水平升高，脂質(zhì)過氧化作用標志物丙二醛水平升高[3]，而機體內(nèi)抗氧化酶(超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶及谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶)水平顯著下降[18]；另外，D-半乳糖還可通過誘導(dǎo)線粒體功能障礙，進一步誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生，促進細胞和機體組織衰老。

2.2 線粒體功能障礙

線粒體是細胞的能量代謝工廠，對維持細胞的正常新陳代謝起著重要作用。較多證據(jù)表明，線粒體功能與年齡相關(guān)疾病有緊密聯(lián)系，線粒體脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)突變可誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生大量自由基，促進細胞和組織衰老[19]。在D-半乳糖誘導(dǎo)的大鼠衰老模型中，耳蝸神經(jīng)腹側(cè)核細胞中H2O2水平、還原性輔酶Ⅱ及其亞基P22phox、P47phox、P67phox表達量均升高，且線粒體DNA缺失增加，三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)水平下降，電子傳遞鏈復(fù)合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ水平均下降，線粒體膜電位下降，超微結(jié)構(gòu)亦見異常等，提示線粒體功能明顯受損[19，20]，而線粒體功能障礙可導(dǎo)致多種年齡相關(guān)性疾病，如阿爾茲海默病、帕金森病、亨廷頓病等[6,18]。

2.3 免疫炎癥

炎癥對機體是一把雙刃劍，當內(nèi)源性或外源性病原體侵襲機體時，炎癥應(yīng)答激活對機體具有保護性作用；然而，系統(tǒng)性、低水平的慢性炎癥與許多年齡相關(guān)性疾病或衰老有著密切關(guān)系[21]，即炎性衰老。研究發(fā)現(xiàn)，100 mg/(kg·d)D-半乳糖誘導(dǎo)的小鼠衰老模型免疫器官退化、免疫功能降低、促炎癥因子(如IL-1β、IL-6及TNF-α等)分泌增加、抗炎癥因子(如IL-10)分泌降低[4, 5, 13]，機體轉(zhuǎn)變成一種慢性炎癥狀態(tài)，從而促進細胞和機體老化。此外，D-半乳糖還可激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB[13]、促分裂素原活化蛋白激酶[22]等炎癥信號通路，促進炎癥因子的釋放，從而加速機體炎性狀態(tài)形成，加速衰老。

2.4 端?？s短

端粒位于真核細胞染色體末端，由端粒DNA和端粒蛋白組成，對染色體的穩(wěn)定性有重要作用，端粒縮短可抑制細胞分裂和組織再生，在衰老及衰老相關(guān)性疾病中扮演著重要角色[23]。D-半乳糖誘導(dǎo)小鼠衰老模型發(fā)現(xiàn)，端粒長度和端粒酶活性顯著降低，提示D-半乳糖可能通過誘導(dǎo)端?？s短促進衰老的發(fā)生和發(fā)展[24]。但有其他研究發(fā)現(xiàn)，D-半乳糖并不能使小鼠的卵巢端粒長度和端粒酶活性發(fā)生改變[14]。因此，D-半乳糖促進端?？s短及抑制端粒酶活性是否可作為致衰老的機制還有待進一步證明。

2.5 代謝障礙

ATP是機體細胞能量的主要來源，當能量代謝紊亂時，ATP合成下降，細胞正常功能受到抑制，促進細胞衰老。皮下注射150 mg/(kg·d) D-半乳糖誘導(dǎo)的小鼠衰老模型研究發(fā)現(xiàn)，模型組能量代謝相關(guān)酶的活性發(fā)生明顯變化，其中乳酸脫氫酶活性增加，谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、谷氨酰胺合成酶、肌酸激酶活性顯著下降[25]，提示D-半乳糖可能通過影響代謝，促進衰老的發(fā)生發(fā)展。

3 小結(jié)

長壽與衰老是人類永恒的話題，人口老齡化已經(jīng)成為人類面對的共同問題。人類對衰老的研究從未停止，通過對衰老的研究，提出了遺傳基因?qū)W說、自由基學(xué)說、端?？s短學(xué)說、DNA損傷學(xué)說、代謝失調(diào)學(xué)說及免疫學(xué)說等一系列與衰老相關(guān)的理論，然而其具體的作用機制仍有待進一步深入研究。D-半乳糖誘導(dǎo)的亞急性衰老動物模型，在生理、生化等指標上可有效模擬自然衰老，成本低廉，結(jié)果穩(wěn)定可靠，為衰老的機制研究及抗衰老藥物的篩選提供了很好的平臺，具有重要意義。

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