研究背景

在心血管疾病研究中，血管衰老始终是核心机制之一。随着机体老化，血管逐渐丧失弹性、内膜增厚、慢性炎症加剧，最终导致动脉硬化、高血压及心衰等疾病。传统研究多依赖于长期饲养的老年动物模型（如18-24月龄小鼠），但这类模型耗时长达两年、成本高昂，且伴随显著的意外死亡率与个体差异，严重制约了衰老机制的动态研究与药物筛选效率。

在血管研究领域，如何构建一种既能模拟生理衰老、又高效可控的血管模型，一直是未解难题。此前常用模型如ApoE?/?小鼠结合高脂饮食，虽可加速动脉粥样硬化，却难以区分“病理性硬化”与“生理性衰老”；而血管紧张素Ⅱ微泵模型虽能快速诱导血管氧化应激，却无法排除该通路长期激活带来的非衰老特异性干扰。因此，学界亟需一种更贴近自然衰老进程、且周期短、可控性强的血管研究模型。本研究以博来霉素诱导DNA损伤致衰老为理论基础，结合离体主动脉培养与基质胶皮下移植，试图构建一种能在数周内模拟血管自然老化特征的新型实验体系，为血管衰老的机制解析与干预策略开发提供全新平台。

文章概述

血管衰老是心血管疾病的重要诱因，但传统研究方法依赖长期饲养的老年动物，耗时费力且成本高昂，制约了相关机制与干预策略的研究进展。

近日，中国江苏大学附属医院团队在Advanced Biology发表研究，成功建立了一种结合离体主动脉培养与基质胶皮下移植的新型血管衰老模型。该模型利用博来霉素诱导血管细胞衰老，首次在不依赖长期动物老化的条件下，高效模拟出接近自然衰老的血管结构与功能变化。研究不仅揭示了血管外膜在衰老过程中的屏障作用，还系统阐明了该模型中衰老相关分泌表型（SASP）与转录组特征，为血管衰老机制研究提供了更快速、更经济的实验平台，也为未来抗衰老药物筛选与干预策略开发奠定了重要的方法学基础。

主要结果

1. 离体博来霉素诱导的血管衰老模型构建与验证

为建立一种快速、可控的血管衰老模型，研究首先将8周龄C57BL/6J小鼠主动脉外膜剥离或保留，采用博来霉素（5 µg/mL）体外处理3天，随后通过SA-β-gal染色、Western Blot和qRT-PCR评估衰老标志物表达。结果显示，博来霉素处理组血管SA-β-gal阳性细胞显著增加（图1A、B），且p16、p21和p53在mRNA与蛋白水平均明显上调（图1C、D）。尤为重要的是，外膜剥离进一步增强了博来霉素诱导的衰老效应，提示外膜在药物渗透中具有屏障作用。该结果表明，博来霉素在离体条件下可有效诱导血管细胞衰老，且外膜移除能显著提升模型的敏感性与一致性。

图1. 外膜剥离增强博来霉素诱导的血管衰老

2. 移植时间对血管衰老进程的影响

为探究移植后血管在体内环境中的衰老动态，研究将经博来霉素处理并剥离外膜的血管片段与Matrigel混合，移植至受体小鼠皮下，分别于第0、5、10天取材分析。SA-β-gal染色显示，移植10天的血管阳性染色比例显著高于第5天（图2A）。同时，p16、p21和p53的mRNA与蛋白表达均随移植时间延长而逐步上升（图2B、C），表明该模型能模拟血管在体内环境中随时间推进的衰老进程，为研究衰老的动态变化提供了可控时间窗口。

图2. 移植时间对血管衰老的影响

3. 离体衰老血管模型的SASP表型分析

为阐明该模型是否重现衰老相关的慢性炎症表型，研究收集模型培养液，通过Luminex液相芯片技术检测23种炎症细胞因子。结果显示，与对照组相比，衰老模型血管中IL-2、IL-1β、IL-6、RANTES及嗜酸性粒细胞趋化因子等10种细胞因子显著升高（图3B），而G-CSF、GM-CSF、IL-10等6种细胞因子表达降低（图3C）。该结果证实，该模型成功复现了衰老相关分泌表型（SASP），为研究血管衰老与慢性炎症的相互作用提供了可靠平台。

图3. 离体衰老血管模型的衰老相关分泌表型分析

4. 转录组学揭示离体衰老模型的分子特征

为在全基因组层面解析该模型的分子机制，研究对离体衰老血管与对照血管进行RNA测序。共鉴定出475个差异表达基因，其中243个上调、232个下调（图4A）。GO功能富集分析显示，上调基因集中于细胞黏附、细胞过程、突触功能及催化活性等生物学过程，而下调基因则富集于生殖过程、生长、抗氧化活性及细胞连接等功能（图4C）。KEGG通路分析进一步提示，p53信号通路、细胞周期及DNA复制通路在模型中被显著激活（图4D），从转录组层面证实了该模型在模拟自然衰老关键通路方面的有效性。

图4. 离体衰老血管模型的转录组分析

5. 离体模型与自然衰老血管的比较研究

为评估该模型与生理性衰老的相似性，研究比较了离体衰老血管与自然衰老（2年龄）小鼠主动脉在衰老标志物、炎症因子及SA-β-gal活性方面的差异。Western Blot与qRT-PCR结果显示，两者在p16、p21、p53表达上无显著差异（图5A、B）。然而，ELISA检测发现离体模型血管分泌的IL-6、IL-1β和IL-2水平显著高于自然衰老血管（图5C）。此外，离体模型的SA-β-gal阳性细胞比例也更高（图5D）。这些结果表明，该模型在关键衰老标志物表达上高度模拟自然衰老，但在炎症分泌表型上更为显著，提示其可作为研究血管衰老机制及干预策略的强化模型。

图5.离体衰老模型与自然衰老模型的比较

研究结论

本研究通过建立并验证一种结合离体培养与皮下移植的新型实验体系，系统探究了博来霉素诱导的血管衰老模型的构建方法、分子特征及其与自然衰老的相似性。研究人员利用C57BL/6J小鼠主动脉，通过外膜剥离、博来霉素处理及Matrigel包埋移植等技术，在数周内成功模拟出血管在老化过程中出现的细胞衰老标志物上调、慢性炎症表型激活以及关键信号通路变化。研究发现，该模型不仅能重现p16/p21/p53等经典衰老标志物的表达，还可诱导出以IL-6、IL-1β等为核心的衰老相关分泌表型（SASP），并在转录组层面富集于p53信号通路、细胞周期等与衰老密切相关的生物学过程。尤为重要的是，外膜剥离可显著增强药物渗透与衰老诱导效率，而移植时间延长则进一步模拟了衰老的动态进展。这些结果表明，这一整合离体与体内环境的模型，能够高效、可控地模拟血管生理性衰老的核心特征，为在较短时间内开展血管老化机制研究、抗衰老药物筛选及干预策略开发提供了一个可靠、经济且接近生理状态的新型实验平台。

论文信息

An Ex Vivo Aorta Culture Model to Study Vascular Cellular Senescence

Yijie Yu, Shihui Bian, Yu Jiang, Bo Li, Xinggang Cui, Shu Ding, Zhiyin Dai, Rui Chen, Wei Zhong, Wei Yuan

Advanced Biology

DOI:10.1002/adbi.202300140

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adbi.202300140

期刊介绍

Advanced Biology是Wiley出版社旗下Advanced 系列期刊之一。Advanced系列是Wiley倾力打造的自主旗舰品牌，涵盖了各学科领域的优秀期刊。作为Advanced系列的第一本生命科学类期刊，Advanced Biology （IF:2.6）创刊于2017年，旨在成为生命科学领域具有国际影响力的原创成果发表平台，涵盖从分子到整个生命体以及更高尺度的生命科学研究。期刊致力于报道重要新颖具有广泛生物学意义的基础及应用研究，包括但不限于以下领域：细胞与分子生物学、系统生物学、合成生物学、组织工程与再生医药、生物技术与生物工程、免疫学、微生物学、结构生物学、神经生物学、癌症研究、发育生物学、遗传学与表观遗传学、生态系统与进化生物学等。作为Hybrid期刊，Advanced Biology为作者提供Gold Open Access发表选项。

扫码查看原文