文档介绍：D半乳糖诱导衰老动物模型研究进展
(作者:___________单位: ___________邮编: ___________)
作者:许扬吴涛顾佳黎傅正伟
【关键词】 D半乳糖;衰老模型;氧化应激;线粒体;高级糖基化终产物
在上世纪60年代发现半乳糖会对鸡脑中能量和磷脂代谢产生有害影响〔1〕。1985年,中国学者徐黻本首次提出给予啮齿动物D半乳糖(Dgal)可以诱导类似于加速衰老进程的生理变化〔2〕。近年来,随着该模型被大量深入研究,其致衰老的作用机制也渐为明了,这为这一动物模型的广泛应用奠定了坚实的理论基础。研究发现,经过长期Dgal诱导而导致的模型动物寿命缩短主要是由于氧化应激所致,引起线粒体、神经损伤,进一步表现为认知能力下降。另外,该模型具有衰老相关的高级糖基化终产物(AGE),并且出现免疫力下降等一系列类似自然衰老的变化。本文简要地综述了Dgal半乳糖诱导衰老动物模型的研究进展及其可能的应用领域。
1 半乳糖的主要代谢途径
半乳糖是动物体内的正常代谢产物。哺乳动物从乳糖中获得半乳糖,乳糖在体内水解生成葡萄糖和半乳糖,而半乳糖则在肝脏中迅速被酶解成葡萄糖。半乳糖代谢异常会引起动物生理功能显著变化。半乳糖血症是一种染色体隐性遗传的糖类代谢异常疾病。体内半乳糖及其代谢物浓度异常升高所致代谢障碍使患者的肝脏、肾脏、脑组织和晶状体成为主要受累器官,可引发白内障、肝肿大、肝硬化等并发症。鉴于半乳糖代谢的特点,研究者通过大剂量D
gal的给予而造成动物糖代谢紊乱,成功地建立了具有特殊研究目的的动物模型。
2 Dgal诱导衰老动物模型的研究
寿命缩短根据Hayflick极限,成纤维细胞在体外可传代的次数与物种的寿命有关,其分裂能力与个体的年龄有关。崔旭等〔3〕观察到Dgal使大鼠胎脑神经元出现生长发育缓慢、突起脱落、死亡率增高等退行性变;大鼠肺成纤维细胞的体外分裂代数减少;人胎儿肺二倍体成纤维细胞分裂周期中G2M期细胞减少、GG1期细胞增加,细胞增殖速度减慢,由此可见Dgal抑制细胞生长发育和减少分裂次数,加速细胞衰老。有研究〔4〕通过FlowFish法证实了Dgal能缩短乳鼠心脏成纤维细胞端粒的长度,进一步在细胞水平明确了Dgal加速衰老的作用。
Cui等〔5〕检测了Dgal对于果蝇和家蝇寿命的影响。在家蝇饮水中加入20 mg/ml的Dgal,%%,%%。同样,%的D%%,%%。由此可见,D
gal显著地导致了果蝇和家蝇平均寿命以及最大寿命的缩短。
氧化应激自由基的氧化积累会损伤细胞内DNA、蛋白质、细胞膜脂质等大分子,致使机体逐渐衰老〔6〕。个体的代谢率越高,自由基的氧化积累越快,由此造成的细胞损伤也越大,其寿命也就越短〔7〕。在Dgal诱导衰老模型中,过量的Dgal的给予导致了机体代谢率的提高,由此产生了由于自由基的增加而引起的一系列与氧化应激相关的病理生理学变化。如研究〔8〕发现Dgal处理导致家蝇和果蝇脑组织中丙二醛(MDA)和脂褐质(LF)显著增加,而超氧化物歧化酶(SOD)显著减少。研究〔9〕同样发现,Dgal暴露能引起啮齿类动物氧化应激损伤,如使小鼠血清和脑组织中MDA浓度增加,总抗氧化能力( TAOC)、TSOD、谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)、谷胱甘肽(GSH)活性降低。另外,这种氧化应激损伤与诱导的Dgal浓度有密切的关联,并具有器官选择性〔10〕。在1%或5%浓度的Dgal诱导下,小鼠血液和脑组织中的MDA增多,而SOD活性下降;但是在肝脏中,只有Dgal注射浓度达到5%的时候,才检测到MDA增加,并且在两个浓度下肝脏中SOD相对于对照组均无变化。皮肤的氧化损伤也是衰老的重要标志之一。衰老的胶原交联学说认为随着衰老胶原交联增加,会导致胶原敏感性降低,胶原的分解减少,弹性和韧性降低。皮肤中羟脯氨酸密度是胶原密度的间接标志。在Dgal模型小鼠皮肤中发现羟脯氨酸增加以及皮肤SOD活性下降〔11〕。综上所述,D
gal导致模型动物强烈的氧化应激反应,进一步引起氧化损伤而加速衰老的进程。
线粒体损伤目前线粒体损伤学说已作为衰老学说的一个重点部分。由于线粒体DNA (mtDNA)缺乏组蛋白,复制快速且无校读功能以及缺乏有效的DNA修复机制,所以mtDNDA易受到自由基攻击,较易产生氧化损伤而引起突变,其突变率是核DNA的10倍。mtDNA损伤可导致线粒体功能缺陷,引起细胞衰老与死亡。研究发现在D