動物模型誘導——D-半乳糖誘導的衰老模型

D-半乳糖（D-Galactose；D-gal）是一種天然存在的六碳單糖（己糖），與葡萄糖同屬于醛糖家族。它是哺乳動物乳汁中乳糖的重要組成部分，在自然界中廣泛分布于奶制品、某些水果和蔬菜中。在正常生理濃度下，D-半乳糖是維持生命活動的必需營養素，是能量和重要生物大分子的來源。而過量的D-半乳糖通過誘導氧化應激和糖基化反應，成為加速衰老的誘導劑。

D-半乳糖誘導的衰老模型原理

D-半乳糖誘導的衰老模型（Aging Models）是一種通過長期、大劑量給實驗動物（如小鼠、大鼠）注射D-半乳糖，通過外源性D-半乳糖過量攝入，導致機體代謝紊亂，產生過量活性氧（ROS），引發氧化應激和慢性炎癥，從而在短時間內模擬出類似自然衰老的生理、生化及行為學變化的實驗方法。它是一種建立衰老模型的經典手段。

圖1 衰老的特征^[1]

1、氧化應激（Oxidative Stress）

過量D-半乳糖在體內被半乳糖氧化酶氧化，在此過程中會產生大量的活性氧（ROS），如超氧陰離子和過氧化氫（H?O?）。當ROS的產生超過機體抗氧化系統（如SOD、GSH-Px）的清除能力時，就會引發氧化應激。氧化應激會損傷細胞的脂質、蛋白質和DNA，特別是線粒體功能，導致細胞功能紊亂、衰老和凋亡。這與自然衰老的核心機制高度一致^[2]。

2、晚期糖基化終末產物（AGEs）的形成

高濃度D-半乳糖可與蛋白質、氨基酸的游離氨基發生非酶促糖基化反應，形成AGEs。GEs的積累會破壞蛋白質的正常功能，并通過與其受體（RAGE）結合，激活炎癥通路，導致慢性低度炎癥，這也是衰老的一個重要特征（“炎癥衰老"）^[3]。

圖2 D-半乳糖在正常劑量和高劑量下的代謝^[4]

D-半乳糖誘導的衰老模型建立方法

(1)實驗動物

通常使用6–8周的嚙齒類動物，而不是老年動物。這樣可以觀察其從“年輕"到“衰老"的變化過程。實驗常用昆明鼠（KM），其對許多致衰老因素（如D-半乳糖）誘導的衰老模型反應良好，能夠較快地表現出類似自然衰老的生理和生化指標變化。

(2)給藥途徑

常用的是皮下注射（s.c.） 或者是腹腔注射（i.p.）。

(3)給藥劑量與周期

劑量：小鼠的常用劑量為200-300mg/kg/天。劑量過高可能導致急性毒性，過低則效果不明顯。

周期：連續給藥6-10周。通常認為連續給藥6周以上可以成功建立衰老模型。

D-半乳糖誘導的衰老模型優點

造模成本低、周期短：僅需6周以上即可模擬出衰老表型，而自然衰老模型需要飼養18-24個月以上，成本高。

造模操作簡單、易重復：給藥方案標準化，結果穩定。

模型表型典型：能較好地模擬學習記憶衰退、氧化應激和炎癥增加等核心衰老特征。

模型應用廣泛：常用于篩選具有抗衰老、抗氧化、增強記憶力功能的藥物或保健品。

文獻實驗驗證

文獻一

1、實驗方法

實驗動物：雄性昆明鼠

動物飼養：在恒溫(25℃)下，12h光/12h暗周期

給藥方式：皮下注射

藥物劑量：500 mg/kg/天

給藥時間：連續8周，每天一次^[5]

^{2、實驗結果}

圖3 飲食中添加三種油可改善

D-半乳糖誘導的小鼠的認知行為

圖4 飲食中添加三種油可修復

D-半乳糖誘導的小鼠海馬區損傷

圖5 飲食中添加三種油可抑制D-半乳糖誘導的

小鼠的氧化應激和神經炎癥，并調節神經遞質

文獻二

1、實驗方法

實驗動物：雄性昆明鼠

動物飼養：相對恒定的環境(溫度25±1℃，濕度60%±5%)中交替光照和黑暗循環12h

給藥方式：腹腔注射

藥物劑量：300 mg/kg/天

給藥時間：連續42天^[6]

^{2、實驗結果}

圖6 GAS對D-半乳糖小鼠記憶

和認知功能的保護作用

圖7 GAS對D-半乳糖小鼠腦形態結構的

保護作用(A：H&E，B：Nissl)

圖8 小鼠(×200)海馬β-半乳糖苷酶染色結果

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D-半乳糖(用于動物造模)