成都华西华科研究所分析骨质疏松老化大鼠模型研究人类老化与QCT骨密度软件体模检测老化大鼠模型研究人类的老化（Aging rat models to study aging in humans)

我们的星球第一次出现生命特征大约是在40亿年 前。对于脊椎的第一次认识，装备无颂的鱼叫作Ag- nathans,在另一个35亿年并未出现，在奥陶纪时期的480 万年后。原始人类已经存在320万年◊进化人类与现代 居民解剖学上类似大约出现在10万年前^在所有的动 物中，包括陆地上跑的，水中游的和空中飞的，仅有小于 3%的为脊椎动物。人类基因组与黑猩猩之间的同源性 (99%)存在令人困惑的相关度，人类与鼠之间（93% >具 有高的相关度，与果蝇（75%)相似性到了令人难以接受 的程度。强烈暗示所有动物种类之间被复杂的联系在一 起。假使杂交的哺乳动物基因组同敢性有高的相关度并 且人类存在一个相对短的时期，那么采用人骨骼疾病的 动物模型将可能提供有价值的关于骨骼老化的病原和病 因学是有道理的。至少在某种程度上是正确的，m是能 够在深人理解这些模型局限性的基础上完成这些換沏是 十分重要的。

通常多数用于研究老化过程的在体研究方案特别是 在老化骨胳中，主要集中在Rattus novegicus,楚一种实验 用大鼠。正如采用大鼠作为研究老化的工具十分重要一 样.必须强调鼠骨骼的生长是不同寻常的，在随后的几个 月里生长会减慢，但从未真正停止生长。实际上，寅到外 源性病痛强加于机体后才会出现骨丢失，例如雌激素或 雄激素缺乏。通过缓慢生长的动物模型来推断人迅速袞 退的情况，使得对于类胰岛素生长因子1(丨GF- 1)或其 他骨形成促进因索（如：运动）在影响老化鼠骨骼中所扮 演的角色的解释变得复杂。因此须慎重，特别是使用关于人类疾病的动物模型时。老化过程固有的复杂性，自 然条件下的恶化过程本质i：不仅仅是一种疾病。因此通 过老鼠实验性的生长紊乱来进行研究是十分困难的。

₁₉94年，美国药品食品监督宵理局对用于治疗或M 防绝经期后骨质疏松的药物临床骱及临床评价的指导原 则中，建议卵巢切除大鼠是临床前评价使用的主要模型 系统。因为大鼠易得并且由于卵巢切除大鼠在骨骼特定 位点处骨丢失具有一致性和可预测性，许多实验室发现 他们的价值。模甩制做越方便越好，其核心是考虑“老化 鼠毋骼”是否能够真实地评价老化人体。

促生长因子C或丨GF-1对骨骼具冇多种效应。首 次发现，当服用生长瀲素后肝脏释放出琉酸化作用的因 子，并显示其能剌激骨骼生长。最重要的是注意到单独 的生长激素并不能启动生长作用，因为其需要IGF-1存 在。在缺乏IGF-1时，正如在多数儿科综合症所描述的 由生长激素耐受所至的情形那样，儿童将不能生长。正 是由于丨GF- 1与生长有直接关系，看起来分离的IGF- 1能够诱导动物或成骨细胞培养中的骨形成足有道理 的。

临床对丨GF-1的应用主要集中于对生长障碍的 治疗，其建议缺乏这种激素可能导致老年个体出现用于 补偿增加的骨吸收而造成的骨形成障碍。为了支持这种 假说，发现f老年人的一个子集中丨GF-丨水平处于低四 分位^[8]。为了直接验证IGF-1缺乏对#骼造成的后果 能否治疗，Wakisaka和其同亊将丨GF- 1局部输注给老 年大鼠的股骨。结采M示在原骨胶脓中能促使骨桥蛋 白，碱性磷酸醣，骨钙索明显增加史进一步，骨形成 速率中这些指标增加与在侵蚀骨表面和破骨细胞表面这 些指标的下降相并彳7,这些使得研究者得出结论即局部 输注IGF- 1能够改#骨小梁的特性。

从Oxkmd及其合作者们的研究中可以找到关于剌 激老鼠IGF-1/生长激素功能轴的更全面的理解^h°³。21 月龄老鼠被注射生长激索后随即出现IGF- 1明显增加。 正如猜淛，这种介入使得股骨形成明显增加并连带改# 股骨断裂负栽和坚硬度。适度的运动加上IGF- 1可剌 激骨形成协同增加并伴随骨强度参数进一步提高。初步 检测这些数据明显支持IGF-丨在治疗骨疾病方面所扮 演角色这一情况。然而，进一步检测明显表明，IGF-1 使骨骼生长在长度和宽度及强度上都冇所增加是由于激 素控制的动物中较大尺寸的骨骼，而不是某种意义上骨 骼重塑中骨形成增加。因此虽然IGF-1是一种有效剌 激鼠骨板生长的方法，但其从具有骨骼持续生长的动物 骨生长数据外推至长久失去这种生长能力的人骨骼时仍 存在问题。

鼠模甩已经被频繁使用来预测对于老年人骨骼有益 的治疗方法。甲状旁腺激素能够剌敝卵巢切除老化大鼠 骨形成，基础成纤维细胞生长因子所起的作用。对于不 生长动物是否同样真实仍不十分清楚。研究评估候选化 合物：例如雄激索，其保持鼠骨骼质最的作用可以替代用 于重新建立更快速率的#生长，因此骨密度增加由整个骨尺寸增加引起。即便在推测简明易懂的情况下，即评 价剌激W素对基因表达不同影响的潜在机理（例如，对成 纤维箪因的探索 >，研究齐仍面临笤对所使用的老鼠的这 些基闪进行区分的任务，这些基闪包括在正常生长模式 及与之相对的由机械性负载的骨塑造过程；具有讽剌意 味的进，出在寻找的基因或许被掩盖而其可能同样在骨 生长和痊愈中发挥作用。

实际上，任何动物的生长过程均足一个多元现象，因 此为分析制造了许多问題。然而，当思考如何控制老化 鼠使其對密度及强度诱导发生改变时，充分考虑到老鼠 具冇持续生长能力且老化骨骼可能比描述的情形即生长 随激索环境的改变而发生变化更优越这两种情况是十分 重要的。尽管老鼠可以作为鉴定促合成剂的冇效初始筛 选X具.但是我们必须接受其在推断骨慢速生长紊乱及 渐进性骨形态退化中的局限性。

三、老化细胞{Aging cell)

骨骼可以从许多层次水子上进行检测。没有人不同 意这样的观点，即细狍功能是产生这些水平的基础，因为 每一个水平都需要激活丹结构排列的生物过程及对形成 和审塑矿化环境的信号产生应答。考虑到老化代表着对 这种彼此相互依赖复杂过程恶意性拆解，我们可以得出 介意义的结论，即对老化病脒学研究蒞要老化细胞方面 的实验。然而，在首先定义老化细胞究竞为何物，强加于 培养mi中的各种限制是否会使我们对于逐渐恶化的生理 系统的细胞功能理解产生迷惑等方面涌现了大量的 问题

或许，竹先出现的问题中包括选择何种细胞进行研 究。由于成骨细胞主要负责钟形成，使得出现了一个合 理的区域来启动研究。实际上，证据表明老年人中呈现 减少的#前驱细胞库进一步表明，老年个体的骨骼 与年轻人的骨骼存在趋异^[|2]。一个乐观的计划提出老 年人骨形成不足或许可以通过将年轻供体的骨祖细胞移 植到老年个体来解决。与老化因索诱导的成钟细胞活件 变弱相呼应，骨吸收速度超过#形成速率，因此提出这样 的观点，这些所出现的问题中的一部分面临这样一种情 况：老化哲骼中包含了过多的从骨髓骨祖细胞库中增飱 形成的破骨细胞。是细胞自身功能丧失了吗？交袢控制 细胞征召反应的骨前驱细胞或破骨细胞-或许随年龄增 加而功能丧失。

考虑到骨Z•失的A然斶忭，超过十年的进行性发展 及在骨骼中贮存的成骨细胞和破骨细胞在细胞中所占极 小的比例，实际上随着年龄增加同步发生的功能丧失可 能由其他细胞的激活（或失活）造成。或许并非骨形成或 骨吸收细胞产生缺陷：这种细胞能够控制其他细胞（实际 为骨细胞）的应答。针细胞悬f钙化的基质中，与邻近的 骨细胞和骨线件细胞紧密胞间连接，其被稳妥地放置并 设且设叶用于对机械性或激家的倍号产生应答。十分不 幸的是.骨细胞通过填充以表现型被固定在骨骼中，很难 收获和培养。即使对于已经成功培养了这些不顺从细胞的科学家来说，必须考虑如果否认这些细胞所处的基质 环境，事实上会否认他们的功能性的表现型。无论如何， 通过检定特定类艰细胞来研究老化必须慎重，因为用于 研究而特别选择的细胞将传达出不同的信息。尽管离体 的研究可以产生令人振奋的结果，但是细胞培养器皿单 一的环境得到的结果外推至有机体中单一环境时须谨懊 行之。

或许，问题的难点在于关键细胞类型的选抒•，即选择 一种恰当的体外模型用于研究细胞老化过程。老化细胞 模型中的两个范例在文献中被广泛的使用。第一是允许 细胞持续分化,最终在培养皿中达到疑似衰老的时间点， 并且在末期分化过程中鉴定能够存活的细胞群变化。第 二是从老化动物中收获细胞并且比较这些细胞弓从年轻 动物中收获的细胞在培养时应答方式的差异。考虑这些 结果的厲性和限制条件是十分审要的。

正常二倍体人类细胞在体外还未显现具有明显增 殖。这一现象引发了这样的理论，即正常细胞在复制能 力上具冇固定的限制条件。f要的问題是这些离体过程 是否可以与组织中发生的过程相比较。这里存在许多差 异，最广泛的差异是有机体内细胞增殖的数目的计算表 明这些细胞分化能力并不固定并且不仅仅依赖于器官自 我更新的谣求。对于某种特定组织或器官持续性自然复 制以远远超过了所标定的珣体界限。“Hayflick极限 认为在二维培养皿中细胞的复制具有固定限。这种不一 致出现了这种问题，在细胞从具有空间的、化学的及时间 丰亩信息的环境中被转移到一个人工单层培养环境时， 我们能够获得什么信息。这些细胞处于含有丰富生长剌 激因子的培养环境中，自身可能会发生完全的改变，从而 掩盖f任何由于特定宿主环境所产生的信号。同时，我 们必须接受体外细胞培养是揭示生物事件机制的重要途 径，我们也必须意识到培养皿对于老化研究是一个薄弱 的替代品。事实上，由环境信息历经多年编码而出现的 生物过程的细微转变，将不可能通过实验室环境下细胞 衰老过程而达到。

或许细胞袞老的水平能够根据骨前驱细胞的供体年 龄而被指定。许多研究已经表明老年个体仅储备很少的 骨前驱细胞，并且骨髄复制能力（例如：储备的骨干细胞） 随年龄增长会持续下降。遗传件器官上微小获得性破坏 使得从老年动物中收获的骨前驱细胞与新生个体获得的 骨前驱细胞相比，可能具有行为上的差异。同时，细胞应 答也会存差异，因为由老化环境所呈现的故障程序将被 与年龄相关的疾病发作而扩大。为了表明这一观点，进 行了如下的实验，分别从负载和非负栽的老鼠骨骼中收 获骨前驱细胞。5d时间的后肢提起导致骨髄细胞增殖 能力和功能性参数的显著喊退。这一工作表明这些细胞 能够对其供体的环境保持记忆。沿着同样的线索，例如， 供体环境对程序性细胞所具有的能力，系统性摄取钟骼 促合成剂前列腺素E2将使收获的骨髄细胞骨生成能力 明M提商^im◊因为在老年人中处于疾病状态十分苷遍， 不仅仅是年龄自身，疾病的存在可能解释不同的结果，即

供体年龄与人群在体外相关性的双倍倒置。关于丹骼， 回答这一问题可通过如下方式：采用老化的骨前驱细胞， 为鉴定而采用相关标记并且移棺给年轻动物或将年轻细 胞移椬到一个衰老的环境中。通过这种方式，环境的贵 献-瀲索、细胞因子和结构性环境在老年个体中存在将 能够被评价。

能够将老化细胞增殖能力（例如，新鲜的骨形成单 位）从细胞执行功能所具有能力中完全区分开来同样是 十分重要的。与此同时，研究已经聚焦于捕获一个骨前 驱细胞储备，其特征如同成骨细胞，具有执行细胞显性功 能的能力，同时能持续增殖。然而仍不能确定具有强烈 增殖能力的骨前驱细胞是否能够恰当的执行功能。有这 样一个实验，采用老鼠齿槽骨进行实验，结果表明老化背 骼对机械性刺激产生应答方面存在缺陷。机械性压迫鼠 齿槽骨表明骨形成能力随年龄而下降。成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
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