肌少症动物模型的研究进展*

李含笑 姬笑颜 张欣怡 杨艳妮 刘西纺

(1. 陕西中医药大学第一临床医学院研究生院，咸阳 712046)(2. 西安交通大学医学院附属红会医院神经脊柱病区，西安 710054)

随着社会的发展，我国人口老龄化趋势日益明显，老年人的健康逐渐成为现代社会关注的焦点。肌少症又称肌肉减少症(sarcopenia)，是由Rosenberg于1989年首次命名[1]，是一种与增龄相关的进行性和全身性的骨骼肌疾病，表现为全身肌量减少和/或肌强度下降或肌肉生理功能减退[2]。肌少症是多种危险因素和机制相互作用的结果，其发病机制主要包括细胞衰老、氧化应激、线粒体功能障碍、脂肪堆积、低度炎症、营养不足、激素变化、卫星细胞数量和再生能力的减少、遗传因素等[3]。有研究表明，肌少症与骨质疏松症[4]、糖尿病[5]、心血管疾病[6-7]、慢性肾脏病[8]、老年衰弱综合征[9]、慢性萎缩性胃炎[10]、肥胖[11]、肿瘤[12]等疾病的发生发展都密切相关。该病症的有效防治关系到中老年人生活质量，是健康老龄化的关键。目前，对于肌少症的预防及治疗主要包括非药物治疗(营养补充和运动干预)和药物治疗(雄激素、生长激素、甲状腺激素等)。由于肌少症的发病机制复杂且多样，单一疗法效果不显著，故采用多种方式共同干预，其中营养补充联合运动干预(尤其是抗阻训练)被认为是最为有效的治疗方式[13-14]。然而，目前关于肌少症的具体发病机制尚未研究清晰，且对肌少症的治疗无特效疗法,因此建立合适的肌少症动物模型是开展相关研究的基础。

1 实验动物的选择

实验动物的选择直接影响动物模型构建以及相关实验结果，因此实验开始前，需要根据实验设计选择合适的动物进行实验。为了建造拟合度良好且可行性较高的肌少症动物模型，便于更准确、有效地研究肌少症，选择动物造模时需符合以下条件：(1)选用的造模动物生理结构和功能应尽量接近人类；(2)动物造模后引起的肌少症病变应尽可能满足人体肌少症发病的客观规律；(3)造模方法经济有效，操作过程简单易行；(4)模型的重复使用率好，存活率高。目前用于肌少症研究的动物主要有啮齿动物、模式动物、非人灵长类动物等[15-16]。由于大鼠、小鼠具有体型适中、繁殖迅速、饲养相对廉价、遗传背景清晰、品种品系多等优势，一直是模拟大多数人类疾病的首选啮齿动物。像人类一样，大鼠、小鼠也有肌肉干细胞(卫星细胞)，可供研究肌少症以外共病的影响，即同时患有心脏病、肥胖、糖尿病等情况下的肌少症。因此，大鼠、小鼠也是研究与年龄相关肌少症的首选模型动物[17]。与啮齿动物相比，猪、羊等大型动物疾病的病理生理特征与人类更为相似，并可采用与人类相似的临床方法进行研究，但由于其成本高、饲养不便、技术要求严格等因素，在构建动物模型过程中受到一定限制[18]。Christian等[16]认为在肌少症动物模型中使用果蝇、线虫、斑马鱼等模型动物，在分子生物学和遗传学研究方面更易获得实验结果，且成本低，但由于其模型动物体型较小，样本组织不利于后续实验研究，因此有一定的局限性。非人灵长类动物是人类肌少症研究最理想的实验动物，与人类衰老病理生理特征高度接近，但受来源受限、价格昂贵、动物实验伦理要求等因素限制，因此无法得到广泛应用。

2 肌少症动物模型

2.1 高脂饮食喂养动物模型

高脂饮食能促进老化相关疾病的发生，被认为是老化的加速器。鲁飞翔等[19]和汤婷婷[20]将高脂食物喂养小鼠，通过体成分分析仪、水迷宫、转棒式疲劳仪、组织染色、PCR等方法检测相应指标，发现小鼠的脂肪组织明显增加而肌肉组织减少、肌力明显下降，可建立理想的肌少症动物模型。Garcia-Contreras等[18]将高脂食物喂养伊利比亚老年母猪100 d致使其肥胖，发现伴随肌少症的肥胖症，不仅增加内脏脂肪量，还会引起非脂肪组织中的血脂异常、胰岛素抵抗、脂毒性等，从而能够表现出与人类肌少症和肌少性肥胖症相似的某些病理特征，因此该动物模型在一定程度上可以用于肌少症的研究。另外黄榆杰[21]用高脂饲料喂养18月龄老年SD大鼠20周，导致老年大鼠体脂含量增加、血脂水平紊乱、肌肉质量和肌纤维横截面积减少及抓力下降，提示老年大鼠肥胖性肌少症模型建立成功。Kob等[22]用高脂饲料喂养雄性和雌性SD大鼠10个月，发现雄性SD大鼠肌肉横截面积减少及细胞凋亡因子中Caspase-3的含量相对增加，而且在衰老过程中，雄性大鼠比雌性大鼠更容易出现肌少症，认为细胞凋亡因子中Caspase-3的激活可能是年龄相关性肌少症的最重要触发因素，而长期的高脂饮食可进一步加剧肌少症的发生。

2.2 后肢卸载动物模型

后肢卸载动物模型在微重力或失重条件模拟中得到了广泛的应用，并已经作为检查骨骼肌适应减少的方法[23]。Oliveira等[24]通过固定装置将小鼠的后肢固定在笼子顶部的金属转圈上，使小鼠能够360°的旋转和移动且后肢抬离地面(小鼠躯干与地面的夹角<30°)来移除负重制作后肢卸载模型。有研究表明，后肢减质量会导致骨骼肌氧化应激增加、线粒体功能障碍、自噬和异常的蛋白质合成或降解[25-27]。Tsika等[28]发现在大鼠后肢卸载4周后，比目鱼肌中可以观察到肌原纤维蛋白损失50%，而在肌原纤维中的蛋白质浓度是稳定的；而且比目鱼肌和跖肌的收缩张力和质量减少了约50%。后肢卸载实验动物可表现出肌少症的特征，用来模拟研究人类肌少症的防治。但是，后肢卸载动物模型是一种与静止相关，而不是与骨骼肌自然老化相关的肌少症动物模型。因此，后肢卸载动物模型并不能够完全复制人类肌少症疾病，在应用中具有一定的局限性。

2.3 基因敲除动物模型

在肌少症的研究中基因敲除小鼠的使用率逐步增加。Le Bacquer等[29]通过测量4E-BP1/4E-BP2双敲除(DKO)小鼠的肌肉质量和功能发现，4E-BP的缺失与骨骼肌能量代谢紊乱有关，并指出4E-BP是治疗肌少症的潜在靶点。白细胞介素10(IL-10)是公认的抗炎细胞因子，Romanick等[30]研究发现IL-10基因敲除模型动物能表现出人类衰弱、肌肉无力、炎症、身体功能下降等典型特征，因此IL-10基因敲除动物模型在炎症存在下的肌少症研究中具有一定的应用价值，但不能广泛的作为肌少症的动物模型[31]。肌肉的质量和功能与线粒体有着密不可分的关系，Romanello等[32]在线粒体融合蛋白OPA1敲除小鼠中，发现小鼠的肌肉质量明显减少、肌力下降且肌肉明显萎缩，并指出OPA1可以控制肌肉蛋白的水解及合成。基因敲除小鼠表现出典型的肌少症特征可能是正常衰老条件下无法观察到的，且小鼠基因敲除一次只能检查几个特定的通路，所以基因敲除动物模型对肌少症的研究存在局限性。

2.4 自发性动物模型

由于肌少症是一种与增龄相关的骨骼肌疾病，因此自发性动物模型是最可靠的动物模型，既能够显示自然衰老的过程，也最有可能表现出肌少症的病理生理过程。Zhou等[33]将通过老年组大鼠与青年组大鼠比较分析，并结合肌肉生理参数及SD大鼠骨骼肌衰老相关的变化，揭示老年组大鼠的肌肉指数和相对握力均低于青年组大鼠，表现出肌少症的特征。虽然老年啮齿动物肌少症的发病率和发病机制与人类高度相似，但由于老年啮齿动物的高成本、耗时长和有限的可获得性，使得该模型的使用有些困难[15]。快速老化小鼠(Senescence accelerated mouse/prone，SAMP8)是一种加速衰老动物模型。Guo等[34]研究表明，SAMP8小鼠在第8个月时开始出现肌少症的症状，处于肌少症前期；在第10个月时出现肌少症的典型特征，即肌肉质量显著减少、肌肉力量下降、收缩性下降等，处于肌少症期。另外，线粒体功能障碍致SAMP8小鼠高氧化应激状态及早期线粒体质量控制和自噬通量的改变使肌少症发病前的肌肉微环境恶化，导致SAMP8小鼠的加速衰老及肌少症的进展[35-36]。Guo等[37]证实，SAMP8小鼠衰老过程中与年龄相关的病理表现与人类衰老过程中出现的老年病相似。因此，SAMP8小鼠是肌少症研究的高成本效益动物模型。

2.5 其他动物模型

肌少症和肌肉营养不良的共同病理生理机制主要包括线粒体功能障碍、凋亡增加、自噬异常调节、卫星细胞下降、活性氧生成增多、信号通路和应激反应通路的异常调节等[38]，表现为肌肉质量的减少和肌纤维化的增加。Haba等[39]通过对实验动物行全胃切除术，引起急性肌肉萎缩，可观察到肌肉萎缩盒F基因(Atrogin-1)和肌肉环状指基因1(MuRF1)表达增强，促进蛋白质的分解。全胃切除引起相对快速营养紊乱导致的肌少症与后肢卸载或肌肉固定的原理相似，与年龄引起的肌少症无关。

3 小结与展望

肌少症是一种增龄性疾病，无显著性别差异，与活动能力下降、跌倒、失能、病死率等不良预后密切相关，严重影响老年人的生活质量。合适的肌少症动物模型，对人类肌少症的防治研究具有重大意义。由于人类肌少症发病机制的复杂性，还没有能够完全复制人类肌少症的动物模型。为进一步研究肌少症的病理生理特征与发病机制，评估新的治疗方法，构建能更好模拟人类肌少症的动物模型仍是未来研究的方向。