摘要：随着人口老龄化问题日益加重，衰老相关疾病的预防和治疗已逐渐成为研究热点。秀丽隐杆线虫凭借个体小、生命周期短、繁殖迅速、遗传背景清晰、易于培养和观察、与人类基因同源性高等优点，目前已被广泛用于抗衰老、抗感染、神经退行性疾病和药物筛选等领域。文章综述了以秀丽线虫为模型的衰老分子机制、衰老评价指标以及构建的相关衰老模型，以期为抗衰老领域的发展开辟新路径。
关键词：秀丽隐杆线虫,衰老,分子机制,评价指标
在抗衰老研究中，一直存在实验对象选择困难、样本数量有限、实验周期长、资金投入大等问题，而秀丽隐杆线虫具有个体小、生命周期短、繁殖迅速、遗传背景清晰、易于培养和观察、与人类基因同源性高等优点，同时线虫随着年龄增长会表现出生理功能下降、行为迟钝等现象，因此，秀丽隐杆线虫被广泛应用于抗衰老领域的研究。近年来，以秀丽隐杆线虫为动物模型进行的衰老及抗衰老研究取得了极大的进展，有助于人们进一步认识衰老机制，从而为抗衰老提供有效的策略和方法。本文综述了以秀丽隐杆线虫为模型的衰老分子机制、衰老评价指标以及构建的相关衰老模型。
1秀丽隐杆线虫生物学特征
秀丽隐杆线虫是一种生活在土壤中的真核生物，其生命周期包括胚胎期、幼虫期（L1~L4）和成虫期。在遇到食物短缺或生存空间拥挤等不利条件时，线虫会进入dauer时期，发育停滞。当生存条件得到改善时，线虫又会从L4期重新进入正常的生命周期。
线虫具有独特的生殖系统，包括雌雄同体和雄性两种性别。绝大多数线虫都为雌雄同体，通过自体受精产生后代。而雄性个体仅占线虫群体的0.05%，通过与雌雄同体交配产生后代。线虫的消化系统由口腔、咽、肠、肛门等部分组成。咽部由肌肉和神经组成，用于研磨摄入的食物；肠道呈长管状，会分泌消化酶，用于消化和吸收营养物质；肛门负责排出代谢废物，具有严格的调控周期。线虫的神经系统较为复杂，雌雄同体线虫拥有302个神经元，占其体细胞总数的37%。此外，线虫具有与人类相似的神经递质，如多巴胺、5-羟色胺和乙酰胆碱等[1]。
2秀丽隐杆线虫衰老模型相关的分子机制
2.1胰岛素/胰岛素样生长因子1（IGF-1）信号通路
20世纪90年代初期，研究发现，线虫胰岛素样受体的同源蛋白DAF-2缺失可以使成年线虫的寿命延长一倍。这种寿命的延长依赖于转录因子DAF-16，该蛋白是人类FOXO蛋白在线虫中的直系同源蛋白。抑制DAF-2可以激活DAF-16，促进DAF-16从细胞质进入细胞核内，从而广泛调控抗应激、解毒以及与代谢相关的下游基因的表达水平[2]。
2.2西罗莫司受体信号通路
西罗莫司受体（target of rapamycin，TOR）是细胞的生长调控中心，其活性受营养物质影响。当营养物质充足时，TOR会被激活，进行蛋白质调节、核酸、脂质合成及基因转录等生物学过程，促进细胞生长与增殖。当营养缺乏时，TOR活性会被抑制，使细胞停止生长，从而起到延缓衰老的效果。在线虫中，LET-363编码西罗莫司受体同源蛋白，通过RNAi敲除LET-363可以显著延长其寿命[3]。
2.3抑制线粒体呼吸链/ATP合成体系
线粒体是进行有氧呼吸和产生能量的主要场所，其活动产生的活性氧（ROS）水平与线虫衰老密切有关。适当抑制线粒体呼吸链的活动可能具有延长寿命的作用。通过RNAi干扰敲低呼吸链复合体I、Ⅲ、IV和ATP合成酶，可以延长野生型线虫的寿命。编码复合体Ⅲ铁硫蛋白基因Isp-1和线粒体羟化酶基因clk-1表现出了比野生型线虫寿命延长的现象。
2.4性腺缺失
生殖与衰老密切相关，对线虫、果蝇等多种生物的研究发现寿命与生殖之间存在一种“权衡利弊”机制，生物体寿命延长会以降低或丧失生殖能力为代价[4]。在线虫中，调控性腺的基因为glp-1，通过RNAi技术敲除glp-1可以延长线虫的寿命，该效应依赖于转录因子DAF-16。此外，秀丽隐杆线虫生殖细胞凋亡能使其寿命延长60%。
2.5自噬
近期研究发现，自噬是细胞的自我保护机制，能够降解受损蛋白质和细胞器等结构，参与衰老及与衰老相关的各种病理过程。在线虫中敲除自噬基因Atg-7和Atg-12会导致野生型和DAF-2突变型线虫寿命缩短。此外，Bec-1、Lgg-1、Atg-18和Vps-34等自噬基因是延长DAF-2突变型线虫寿命所不可或缺的[5]。
3线虫与衰老相关的模型
3.1饮食限制模型
饮食限制（dietary restriction，DR）是指在保证充足营养的条件下减少食物摄入。秀丽隐杆线虫饮食结构单一，以大肠杆菌（E.coli，OP50）为食，因此，是研究DR衰老机制的理想模型。可以通过间歇禁食、稀释食物浓度、进食缺陷突变体线虫（eat-2）等方法构建DR模型。在研究衰老的过程中，可以利用线虫建立疾病模型再通过DR研究疾病治疗的新靶点，或者先构建DR模型再加入疾病诱导因素，从而为研究DR的抗衰老机制提供新的理论依据。
3.2神经退行性疾病模型
衰老往往伴随着各种神经退行性疾病的出现，如阿尔茨海默病（AD）、帕金森病、亨廷顿氏病等，会给社会和家庭带来沉重的负担。AD是一种常见的神经退行性疾病，表现为β淀粉样蛋白（Aβ)沉积形成细胞外老年斑和Tau蛋白过度磷酸化形成神经纤维缠结。研究者先构建了关于C.elegans的Aβ模型，用于Aβ细胞毒性和沉积机制研究。随后建立了Tau蛋白模型，通过观察线虫运动能力、寿命、神经元的受损情况来评估AD疾病。
4秀丽隐杆线虫模型评价衰老的指标
4.1自然寿命
秀丽隐杆线虫的寿命约为2~3周，在寿命研究方面具有显著优势。线虫寿命检测一般采用同步化后培养至L4时期的线虫，将其放置在线虫寿命培养基中培养24 h后即作为线虫寿命的第一天，从第八天后每24 h更换一次培养基并进行镜检，统计线虫的死亡数和存活数，直至线虫全部死亡。
4.2抗性指标
生物体的生命周期与其对外界的抗胁迫能力密切相关，因此，胁迫状态下线虫的生存率是重要的评价指标。常见的胁迫环境有热应激、氧化应激、细菌感染等。
线虫的最适生长温度为20~25℃,而在30~42℃的环境下，线虫就会发生热应激反应。研究发现，在线虫生命早期对其实施热刺激能使其寿命延长20%，而在线虫的整个生命周期中给予其多次轻微的热刺激能使其寿命延长约50%[6]。
随着线虫年龄的增长，其体内的抗氧化酶逐渐减少，导致细胞内ROS累积，造成细胞氧化损伤，加速线虫衰老。线虫抗氧化应激能力的增强与其寿命的延长密切相关，大多数长寿突变体线虫都会表达高水平的抗氧化应激相关蛋白，且对百草枯诱导的氧化应激的抗性会增强。
随着年龄增长，机体免疫功能逐渐衰退，免疫功能与衰老互为因果关系。因此，将线虫感染后的生存时间作为免疫衰老的评价指标，感染后线虫生存时间越短说明其免疫衰老越严重。
4.3生理指标
随着衰老发生，人体会表现出皮肤褶皱、色素沉积、动作迟缓、组织器官的退行性改变等现象。线虫衰老同样伴随着生理功能的衰退，可通过脂褐质、运动能力、咽部吞咽频率等指标来量化线虫的生命质量。
脂褐质又称为“年龄斑块”，是线虫衰老的标志物。有研究发现，经褐藻多糖（FSP）处理后，线虫体内的自发荧光强度降低，脂褐素积累减少，线虫的衰老得以延缓[7]。
随着衰老的发生，运动能力也会逐渐减弱，常以头部摆动和身体弯曲频率作为线虫运动能力的分析指标。通常将线虫放置在M9溶液中，在显微镜下计数30 s内线虫的身体弯曲和头部摆动的次数来评估其运动能力。
线虫吞咽动作是神经肌肉系统调控下的规律性收缩。衰老会导致线虫的吞咽频率下降。因此，在显微镜下通过观察线虫30 s内的咽部肌肉抽动次数来量化线虫的衰老程度。
5结语
综上所述，秀丽隐杆线虫因其个体小、生命周期短、繁殖迅速、遗传背景清晰、易于培养和观察、与人类基因同源性高等优点，目前被广泛用于机体衰老研究。虽然已有研究利用线虫衰老模型开展了大量研究，但对衰老相关分子机制还需要进行深入研究。利用线虫衰老模型进行衰老、神经退行性疾病、抗衰老药物筛选等研究，具有潜在的广阔前景。
参考文献
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［2］陈迪.秀丽线虫胰岛素类生长因子和雷帕霉素受体信号通路对衰老的调节作用［J］.生物化学与生物物理进展,2014,41(3):305-312.
［3］KAILIANG J,DI C,L D R.The TOR pathway interacts with the insulin signaling pathway to regulate C.elegans larval development,metabolism and life span.［J］.Development(Cambridge,England),2004,131(16):3897-906.
［4］JAN G,YEW S T,BARRY H.Evidence for a trade-off between survival and fitness caused by resveratrol treatment of Caenorhabditis elegans.［J］.Annals of the New York Academy of Sciences,2007,1100(1):530-42.
［5］杜建财,郭忠琴,张翻弟,等.自噬和健康长寿的研究进展［J］.中国老年保健医学,2015,13(5):3-6.
［6］I K Z,ZACHARY P,J F S.Longevity and stress in Caenorhabditis elegans.［J］.Aging,2011,3(8):733-53.
［7］王猛,关思宇,于杰,等.褐藻多糖的体外抗氧化活性及其延长秀丽隐杆线虫的寿命［J］.现代食品科技,2022,38(4):1-9.
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