李含笑 姬笑顏 張欣怡 楊艷妮 劉西紡

(1. 陜西中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院研究生院，咸陽 712046)(2. 西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬紅會醫(yī)院神經(jīng)脊柱病區(qū)，西安 710054)

隨著社會的發(fā)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(xiàn)代社會關(guān)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(guān)的進行性和全身性的骨骼肌疾病，表現(xiàn)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(jié)果，其發(fā)病機制主要包括細(xì)胞衰老、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、脂肪堆積、低度炎癥、營養(yǎng)不足、激素變化、衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)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(zhì)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(fā)生發(fā)展都密切相關(guān)。該病癥的有效防治關(guān)系到中老年人生活質(zhì)量，是健康老齡化的關(guān)鍵。目前，對于肌少癥的預(yù)防及治療主要包括非藥物治療(營養(yǎng)補充和運動干預(yù))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(fā)病機制復(fù)雜且多樣，單一療法效果不顯著，故采用多種方式共同干預(yù)，其中營養(yǎng)補充聯(lián)合運動干預(yù)(尤其是抗阻訓(xùn)練)被認(rèn)為是最為有效的治療方式[13-14]。然而，目前關(guān)于肌少癥的具體發(fā)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(guān)研究的基礎(chǔ)。

1 實驗動物的選擇

實驗動物的選擇直接影響動物模型構(gòu)建以及相關(guān)實驗結(jié)果，因此實驗開始前，需要根據(jù)實驗設(shè)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)和功能應(yīng)盡量接近人類；(2)動物造模后引起的肌少癥病變應(yīng)盡可能滿足人體肌少癥發(fā)病的客觀規(guī)律；(3)造模方法經(jīng)濟有效，操作過程簡單易行；(4)模型的重復(fù)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(yǎng)相對廉價、遺傳背景清晰、品種品系多等優(yōu)勢，一直是模擬大多數(shù)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(xì)胞(衛(wèi)星細(xì)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(guān)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(yǎng)不便、技術(shù)要求嚴(yán)格等因素，在構(gòu)建動物模型過程中受到一定限制[18]。Christian等[16]認(rèn)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(xué)和遺傳學(xué)研究方面更易獲得實驗結(jié)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(xù)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(yīng)用。

2 肌少癥動物模型

2.1 高脂飲食喂養(yǎng)動物模型

高脂飲食能促進老化相關(guān)疾病的發(fā)生，被認(rèn)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(yǎng)小鼠，通過體成分分析儀、水迷宮、轉(zhuǎn)棒式疲勞儀、組織染色、PCR等方法檢測相應(yīng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)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(yǎng)伊利比亞老年母豬100 d致使其肥胖，發(fā)現(xiàn)伴隨肌少癥的肥胖癥，不僅增加內(nèi)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(xiàn)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(yǎng)18月齡老年SD大鼠20周，導(dǎo)致老年大鼠體脂含量增加、血脂水平紊亂、肌肉質(zhì)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(yǎng)雄性和雌性SD大鼠10個月，發(fā)現(xiàn)雄性SD大鼠肌肉橫截面積減少及細(xì)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(xiàn)肌少癥，認(rèn)為細(xì)胞凋亡因子中Caspase-3的激活可能是年齡相關(guān)性肌少癥的最重要觸發(fā)因素，而長期的高脂飲食可進一步加劇肌少癥的發(fā)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(yīng)用，并已經(jīng)作為檢查骨骼肌適應(yīng)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(zhuǎn)圈上，使小鼠能夠360°的旋轉(zhuǎn)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(fù)重制作后肢卸載模型。有研究表明，后肢減質(zhì)量會導(dǎo)致骨骼肌氧化應(yīng)激增加、線粒體功能障礙、自噬和異常的蛋白質(zhì)合成或降解[25-27]。Tsika等[28]發(fā)現(xiàn)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(zhì)濃度是穩(wěn)定的；而且比目魚肌和跖肌的收縮張力和質(zhì)量減少了約50%。后肢卸載實驗動物可表現(xiàn)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(guān)，而不是與骨骼肌自然老化相關(guān)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(fù)制人類肌少癥疾病，在應(yīng)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(zhì)量和功能發(fā)現(xiàn)，4E-BP的缺失與骨骼肌能量代謝紊亂有關(guān)，并指出4E-BP是治療肌少癥的潛在靶點。白細(xì)胞介素10(IL-10)是公認(rèn)的抗炎細(xì)胞因子，Romanick等[30]研究發(fā)現(xiàn)IL-10基因敲除模型動物能表現(xiàn)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(yīng)用價值，但不能廣泛的作為肌少癥的動物模型[31]。肌肉的質(zhì)量和功能與線粒體有著密不可分的關(guān)系，Romanello等[32]在線粒體融合蛋白OPA1敲除小鼠中，發(fā)現(xiàn)小鼠的肌肉質(zhì)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(xiàn)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(fā)性動物模型

由于肌少癥是一種與增齡相關(guān)的骨骼肌疾病，因此自發(fā)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(xiàn)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(jié)合肌肉生理參數(shù)及SD大鼠骨骼肌衰老相關(guān)的變化，揭示老年組大鼠的肌肉指數(shù)和相對握力均低于青年組大鼠，表現(xiàn)出肌少癥的特征。雖然老年嚙齒動物肌少癥的發(fā)病率和發(fā)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]?？焖倮匣∈?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(xiàn)肌少癥的癥狀，處于肌少癥前期；在第10個月時出現(xiàn)肌少癥的典型特征，即肌肉質(zhì)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(yīng)激狀態(tài)及早期線粒體質(zhì)量控制和自噬通量的改變使肌少癥發(fā)病前的肌肉微環(huán)境惡化，導(dǎo)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(guān)的病理表現(xiàn)與人類衰老過程中出現(xiàn)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(yǎng)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(diào)節(jié)、衛(wèi)星細(xì)胞下降、活性氧生成增多、信號通路和應(yīng)激反應(yīng)通路的異常調(diào)節(jié)等[38]，表現(xiàn)為肌肉質(zhì)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(shù)，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(huán)狀指基因1(MuRF1)表達(dá)增強，促進蛋白質(zhì)的分解。全胃切除引起相對快速營養(yǎng)紊亂導(dǎo)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(guān)。

3 小結(jié)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(yù)后密切相關(guān)，嚴(yán)重影響老年人的生活質(zhì)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(fā)病機制的復(fù)雜性，還沒有能夠完全復(fù)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(fā)病機制，評估新的治療方法，構(gòu)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。