老化与老龄鼠

迄今为止，近交系小鼠一直是研究老化和年龄相关疾病最广泛使用的动物品系。近亲（通常是兄弟和姐妹）之间交配的繁殖方式增加了后代之间的遗传相似性，因此同一品系的动物之间的差异可归因于环境或实验处理效果。这种设计是为了尽量减少可能影响结果或使研究解释复杂化的其它因素。

在近交系小鼠中，C57BL/6是使用最广泛及首个完成基因组测序的品系。由于其容易饲养、繁殖能力强、寿命较短（约2.5年），所以也是老化研究的理想模型之一。C57BL/6小鼠可用于癌症、痴呆、阿尔兹海默症、年龄相关的听觉丧失、骨密度降低、肥胖和糖尿病等疾病研究。

虽然小鼠与人类基因相似度约为85%，小鼠的成熟速度与人类并非线性相关：在生命的第一个月，它的发育速度快150倍，在接下来的五个月里，它的速度快45倍，在此期间，小鼠会经历成年的成熟阶段。成熟的成年小鼠年龄范围为3-6月，相当于人类生命阶段的20-30岁。类似的，小鼠的10-14月龄大致相当于人类的38-47岁，而18-24月龄相当于人类56-69岁。

C57BL/6J小鼠与人类相比的生活史阶段

（来源：Jackson Laboratory）

老龄鼠生理特征

C57BL/6J小鼠从24周至78周（18月）的体重变化。

30只雄性（左图）和30只雌性小鼠（右图）喂食含有6%脂肪的饲料（LabDiet® 5K52配方），每月称重。箱形表示体重排序的第25到第75百分位。箱形内的水平线表示中位值，+为平均值。线形上下端分别为最大和最小体重。

（来源：Jackson Laboratory. www.jax.org/jax-mice-and-services/strain-data-sheet-pages/body-weight-chart-aged-b6）

老年C57BL/6J小鼠的正常外观包括皮毛和/或触须的变化。

A.老年B6小鼠，具有背尾脱毛（脱落、稀疏）和灰色区域。

B.具有眼周脱毛和被同类“剃毛”迹象的老年B6小鼠，剃毛是指被同笼的另一只动物去除鼻口部的毛发和/或鼻毛（触须）。

C.被“剃毛”的老化B6小鼠。

（来源：Jackson Laboratory）

老年C57BL/6J小鼠皮肤和眼部病变的常见临床表现。

A.一只临床正常的28个月雌性B6小鼠，身体相对较好，头部轻度脱发、眼睛正常、毛皮整洁。

B.一只28个月的雌性B6小鼠，体态蜷曲、角膜浑浊、不能充分理毛。请注意其比A图小鼠更细长的鼻子和更瘦弱的体形。这只小鼠后来被诊断出患有大垂体腺癌。

C.年龄不明的B6小鼠中度斑秃。

（来源：Jackson Laboratory）

更多关于老龄C57BL/6J 小鼠的基础实验数据，例如血液分析(hematology)、临床化学(clinical chemistry)、身体成分(body composition)、器官重量(organ weights)和脾脏流式细胞(spleen flow cytometry)等数据请参考Jackson Laboratory的文档《Aged C57BL/6J mice for research studies: considerations, applications, and best practices》和《Physiological Data Summary-Aged C57BL/6J (000664)》，以及Charles River《Characteristics of Early and Late Adult C57BL/6NCrl Mice》。

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老龄鼠应用领域：

• 覆盖寿命(lifespan)和健康期(healthspan)的基础生物学研究；

• 免疫学、肿瘤学研究；

• 饮食、运动、心血管、内分泌和代谢等疾病研究；

• 学习、记忆、认知、睡眠和神经退行性疾病研究；

• 年龄相关的视力、听力障碍研究；

• 骨骼、肌肉、身体组成相关研究

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C57BL/6 品系在老年学研究中的遗传背景与历史演进

C57BL/6 小鼠，通常被称为“Black 6”或简称“B6”，是生物医学研究领域中应用最广泛的近交系小鼠，其在老年学研究中的核心地位源于其高度稳定的遗传背景和明确的疾病易感性 [1, 2]。该品系由 C.C. Little 于 1921 年在 Bussey 研究所通过连续近交培育而成，其名称中的“C”代表 Cold Spring Harbor，“57”为品系编号，“B”代表黑色皮毛，而“6”则代表特定的亚系 [2]。作为 2002 年第一个完成全基因组测序的哺乳动物，C57BL/6 小鼠已成为整个啮齿类动物遗传研究的参考基因组，为研究人员在肿瘤学、神经科学和免疫学领域精确定位基因突变提供了不可或缺的工具 [2]。

在免疫学特征方面，C57BL/6 表现出独特的免疫响应模式。该品系在主要组织相容性复合体（MHC）位点上表现为 $H{2}^b$ 单倍型，这一遗传特征深刻影响了其对病原体的敏感性以及在衰老过程中的免疫退化（Immunosenescence）表现 [2]。此外，B6 小鼠表现出对高脂饮食诱导的肥胖、2 型糖尿病以及动脉粥样硬化的高度易感性，这使其成为模拟人类代谢综合征及相关老年慢性病的理想模型 [2]。其特有的生物学缺陷，如对酒精的高偏好性、早发性高频听力损失以及部分亚系中存在的自发性视网膜变性，虽然在某些实验中被视为干扰因素，但在特定的老年疾病研究中却提供了宝贵的自然病理平台 [2]。

亚系分化与生存动力学：J 与 N 亚系的异质性分析

随着近几十年的繁殖和地理隔离，C57BL/6 已分化出超过 20 个亚系，其中最显著的差异存在于 C57BL/6J（由杰克逊实验室维护）和 C57BL/6N（由国立卫生研究院及其授权供应商维护）之间 [1, 3]。这两个亚系在 12 号染色体（如 $Mthfr$ 基因多态性）和免疫相关基因簇上存在微小但关键的遗传差异，这些差异直接导致了其在寿命、行为和代谢特征上的显著分歧 [1, 4]。

根据生存曲线分析，C57BL/6J 的平均寿命通常比 C57BL/6N 长约 15% [1]。国家衰老研究所（NIA）的老龄啮齿类动物群落数据显示，在严格受控的特定病原体消除（SPF）环境下，B6 小鼠的存活特征表现出明显的性别和亚系差异 [5]。

数据来源：NIA Aged Rodent Colony [5]。

在对 B6J 和 B6N 亚系的直接比较研究中，研究人员发现 B6J 小鼠在 24 个月前的存活率显著高于 B6N，但超过 24 个月后，B6J 的死亡率开始迅速攀升，表现出明显的生存拐点 [3, 6]。平均寿命方面，B6J 雄性约为 $756\pm 130$ 天，雌性约为 $798\pm 161$ 天；相比之下，B6N 雄性仅为 $700\pm 235$ 天，雌性为 $763\pm 163$ 天 [3]。这种生存差异在雄性 B6N 中尤为突出，其早期死亡率远高于同龄的其他群体，这种现象可能与 B6N 亚系更频繁出现的皮肤溃疡性感染和肝脏病理有关 [3]。此外，热量限制（CR）已被证明是延长 B6 小鼠寿命的最有效手段，持续 30% 的热量限制可使中位寿命增加 32%，最长寿命甚至可延长至 42 个月 [1]。

形态学与生理机能的全生命周期演变

体重与体成分的动态波动

C57BL/6 小鼠的体重变化呈现出典型的非线性规律。在正常发育阶段，体重持续增加直至 15-20 个月，随后在进入高龄（衰老期）时出现显著下降 [7]。这种体重下降往往伴随着脊柱后凸、皮毛颜色变浅（发灰）以及脱毛等宏观衰老特征 [7]。

体成分的分析揭示了更深层次的衰老逻辑。在 4 个月到 20 个月之间，雄性小鼠通常比雌性更重，但其体脂率的演变模式不同 [8]。20 个月大的雌性小鼠表现出最高的体脂占比，而 32 个月大的雌性体重则显著低于 20 个月或 28 个月的个体 [8]。雄性在 28 个月后也会出现明显的体脂率下降，这种从肥胖向消瘦（Sarcopenic Obesity 后期）的转变是高龄小鼠衰弱（Frailty）的重要标志 [8, 9]。值得注意的是，老龄小鼠体内游离体液（Free Body Fluid）的增加可能预示着潜在的炎症或多器官功能衰竭（如心功能不全或肾衰竭） [9]。

骨骼肌机能：从力量到功率的全面衰退

老龄 B6 小鼠最显著的物理机能退化体现在骨骼肌动力学上。研究表明，肌肉的最大收缩力（$P^0$）和最大功率（$P^{max}$）随年龄显著下降 [10]。这种衰退不仅表现在绝对力量的丧失，更关键在于收缩速度的下降，特别是在应对重负荷（超过 50% $P^0$）的向心收缩任务中 [10]。

在分子层面，伸趾长肌（EDL）表现出肌球蛋白轻链和重链同工型分布的显著偏移，导致达到峰值收缩力的时间延长 [10]。这种“动力缺失”现象在临床上表现为运动迟缓和协调性下降，为研究人类肌少症（Sarcopenia）提供了精确的实验模型 [10]。物理机能的衰减通常始于 6 个月龄，早于认知功能的衰退，这提示在设计衰老干预实验时，应尽早监测运动指标 [11, 12]。

数据来源：[3, 10, 12, 13]。

代谢综合征与胰岛素敏感性的“高龄悖论”

C57BL/6 小鼠是代谢研究领域的“活教材”。在 60% 脂肪供能的高脂饮食诱导下，B6 小鼠可在 12 周内建立典型的代谢综合征模型：体重增加 45-55%，空腹血糖轻松突破 $11.1mmol/L$ [1]。

胰岛素抵抗的阶段性演变

年龄对 B6 小鼠代谢的影响并非简单的线性恶化。研究发现了一个有趣的“高龄逆转”现象：18 个月大的雄性 B6J 小鼠表现出显著的肥胖和胰岛素抵抗，其糖耐量曲线下面积（AUC）远高于年轻小鼠 [9]。然而，当小鼠到达 28 个月的高龄时，其体成分和糖耐量居然出现了显著改善，这种代谢状态的“回春”可能源于高龄存活个体的生存偏倚或内源性代谢重编程 [9]。

相比之下，雌性 B6 小鼠表现出显著的代谢保护效应。即便在 18 个月的老年期，雌性也基本不受年龄诱导的肥胖或胰岛素抵抗影响 [9]。此外，老龄雄性小鼠表现出肝脏胰岛素清除率的下降，这导致其在外周血液中维持较高的胰岛素水平，尽管其胰岛 $beta$ 细胞的反应性在极高龄（25 个月）时可能反而因胰岛肥大而增强 [14, 15]。

脂质代谢与肝脏病理

衰老增加了 B6 小鼠对非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的敏感性。在面临代谢压力时，老龄小鼠表现出更严重的肝脏脂肪变性、脂质过氧化水平增加以及超氧化物歧化酶活性失衡 [16]。这种代谢脆弱性使得抗氧化治疗（如使用 Apocynin 或 Tempol）在老龄群体中显示出比年轻群体更显著的治疗潜力 [16]。

神经行为与认知功能的衰老表型

C57BL/6 小鼠的神经行为学改变是其整体生理衰老的宏观体现。其核心特征可以概括为：探索欲望的丧失、焦虑水平的极化以及认知灵活性的退化。

探索驱动力与情感稳态

老龄（22-28 个月）B6 小鼠在几乎所有行为测试中表现出的最显著改变是探索活动的下降。在高架十字迷宫（EPM）测试中，老龄个体进入开放臂的次数和停留时间均剧烈减少，显示出极高的焦虑样行为 [4, 17]。这种探索欲的减弱被认为是评估老年个体生理功能和“生物学年龄”的核心指标，且该指标能有效预测其剩余寿命 [7, 17]。

亚系之间的情感演变存在差异：C57BL/6J 随衰老表现出焦虑水平的显著提升，而 C57BL/6N 则在这一指标上相对稳定，但 B6N 在社交新颖性偏好（Social Novelty Preference）方面的退化比 B6J 更早且更严重 [4]。

认知与记忆的深度损害

虽然基础的工作记忆（如简单的对象识别任务）在 28 个月的高龄时仍可能部分保留，但复杂的空间记忆、记忆巩固和运动技能习得能力在 22 个月时已出现显著损害 [7, 12, 17]。这些认知缺陷与海马 CA1 区树突棘密度的降低以及中枢单胺类神经递质通路的受损密切相关 [1, 17]。

数据来源：[1, 7, 12, 17]。

感觉系统的退行性病变：听力、视觉与嗅觉

C57BL/6 小鼠是研究年龄相关性感觉丧失（Presbyacusis 和视网膜变性）的典型天然模型。

听觉系统：早发性损失与中枢重塑

B6 小鼠（特别是 J 亚系）表现出极早发的听力损失。早在 1-2 月龄，其对高频声波的敏感性就开始下降，并随年龄增长向低频扩展 [18]。

• 外周病理： 高频段损失主要源于毛细胞的快速死亡，而全频段的缓慢下降则与耳蜗血管纹（Stria Vascularis）的退化及侧壁病变有关 [18, 19]。

• 中枢超敏现象： 尽管听力阈值升高，但 6 月龄后的 B6 小鼠对强刺激（3-6 kHz）表现出惊跳反射（ASR）增强，这种类似于人类“重听”或耳鸣的现象是由中枢神经系统的频率图谱（Tonotopic Map）重组导致的 [18, 19, 20]。

视觉与嗅觉：早期的功能警示

• 视觉系统： 白内障是老龄 B6 小鼠最常见的眼部病变。随着年龄增长（从 4 个月到 24 个月），白内障的严重程度呈线性增加，常伴有角膜不透明和视网膜退化 [21, 22, 23]。

• 嗅觉系统： 嗅觉辨别能力的丧失被认为是衰老的最早行为标志之一。这与嗅球中 $NA{D}^{+}$ 水平的下降、DNA 损伤标志物（如 $gamma-H2AX$）的积累以及小胶质细胞的激活密切相关。研究显示，通过饮水补充烟酰胺核苷（NR）可部分逆转这种嗅觉衰退并延长寿命 [24]。

心血管与呼吸系统的老龄化表型

主动脉硬化：人类血管老化的精准镜像

C57BL/6N 小鼠在模拟人类血管硬化方面具有极高的保真度。随年龄增长，其体内动脉脉搏波速度（PWV）显著升高，反映了主动脉硬化程度的加剧 [25]。这一过程涉及主动脉弹性模量的降低、弹力纤维断裂以及基质金属蛋白酶-9（MMP-9）的过表达 [25]。有趣的是，这种血管老化现象在雌雄小鼠中均有体现，使其成为研究女性心血管老化的理想工具 [23, 25]。

呼吸系统：酸嗜性巨噬细胞肺炎

在老龄 B6 小鼠的肺部，酸嗜性巨噬细胞肺炎（AMP）是一种常见的自发性病理改变，发病率约为 13% [21]。此外，老年个体在应对炎症挑战（如过敏性哮喘模型）时，表现出显著的气道基底膜增厚（增加 2.1 倍）和嗜酸性粒细胞异常浸润 [1]。

自发性肿瘤与老年退行性病变谱

了解 C57BL/6 小鼠的自然死亡原因和背景病变，对于区分干预效应与自然变异至关重要。

肿瘤发生率与类型

肿瘤是导致 B6 小鼠死亡的最主要因素。研究表明，老龄 B6J 小鼠群落中，造血系统肿瘤（主要是淋巴瘤和组织细胞肉瘤）的发生率高达 67% [21, 26]。

• 亚系差异： 在 B6 NCrj 亚系中，组织细胞肉瘤占所有肿瘤的 72.1%；而在 B6 CrSlc 亚系中，恶性淋巴瘤占 62.3% [27]。

• 垂体腺瘤： 雌性老龄小鼠极易发生垂体泌乳素细胞腺瘤，这与下丘脑多巴胺抑制作用的下降有关，肿瘤往往位于垂体远侧部的侧区 [21, 28, 29]。

关键非肿瘤病理

1. 溃疡性皮炎 (UD)： 这是 B6 及其背景品系最顽固的临床问题。表现为颈部、肩部和腋下区域的严重瘙抓、脱毛及深层溃疡 [26, 30]。UD 与遗传因素、饮食以及强迫性行为有关，常伴有皮肤中中性粒细胞和肥大细胞的大量浸润 [30, 31]。

2. 淀粉样变性 (Amyloidosis)： 肾小球淀粉样变（41%）和肠道淀粉样变（14%）是 B6 小鼠衰老过程中的高发病变 [21]。

3. 直肠脱垂： 由于盆底肌肉随年龄减弱，老龄个体常发生直肠脱垂。在雌性中，需注意将其与子宫或阴道脱垂区分 [21]。

4. 肾脏与肝脏损害： 雄性 B6J 小鼠表现出极高的肾脏损害发生率，而 B6N 则更容易出现肝脏炎症和变性 [3, 6]。

衰老生物标志物：从 SASP 到表观遗传钟

为了精确量化衰老，研究人员开发了涵盖分子、细胞和系统层面的监测工具。

细胞衰老标志物与 SASP

衰老相关分泌表型（SASP）是驱动组织退化的生化引擎。

• Mmp12 (基质金属蛋白酶-12)： 被认为是跨组织最稳健的 SASP 标志物，在老龄肝脏中其表达量可飙升 26 倍 [32]。

• $p16^{Ink4a}$ 与 $p21^{Cip1}$： 这些周期抑制因子在心、肝、肾中随年龄稳步上调，但在下丘脑等脑区表达极低，显示了衰老程序的组织特异性 [32]。

表观遗传钟 (Epigenetic Clock)

基于 DNA 甲基化（DNAm）的“衰老钟”是目前预测生物学年龄最精确的方法。

• Petkovich 血液钟： 通过对小鼠血液 DNA 的减数代表性亚硫酸氢盐测序（RRBS），研究者建立了一个包含 90 个 CpG 位点的模型，能极精确地预测 3-35 月龄小鼠的年龄 [33, 34]。

• 3-CpG 极简预测因子： 利用 $Prima1$、$Hsf4$ 和 $Kcns1$ 三个位点的甲基化状态，即可建立一个 $R^2=0.96$ 的预测模型，误差仅为 4.86 周 [35]。这种工具已被广泛用于验证热量限制或药物干预（如雷帕霉素）的抗衰老效果 [33]。

衰弱指数 (Frailty Index) 与衰老评估工具

在老年学研究中，区分“年资”（Chronological Age）与“功能状态”（Biological Age）是核心任务。

FI vs. PP 评估模型

目前存在两种主流评估路径：

1. 衰弱指数 (Frailty Index, FI)： 侧重于临床缺陷的累积。通过对毛发质量、震颤、脊柱侧弯等 30 余项指标的视觉评估得出分数 [13, 36]。FI 能敏感地捕捉到高龄个体的细微退化，但倾向于高估物理衰弱 [36]。

2. 物理表型 (Physical Phenotype, PP)： 侧重于功能输出。包括步行速度、握力、耐力、自发活动和体重变化五项核心标准 [13, 36]。

3. 活力表型 (Vitality Phenotype, VP)： 综合了上述两者，通过将 FI 指标作为 PP 的补充维度，提供了更全面、平衡的评估视图 [36]。

性别差异与衰弱悖论

研究发现，雌性 B6 小鼠在同龄时的 FI 分数往往高于雄性（表现出更多“小毛病”），但其死亡风险却并未成比例增加，这种“病而不死”的特性模拟了人类社会中的“性别-衰弱悖论” [13]。

实验设计、伦理与老龄小鼠群落管理

饲养环境与环境富化 (Environmental Enrichment)

老龄小鼠由于体温调节能力和社交应激阈值的改变，其对饲养环境的要求极为特殊。

• 富化策略： 应提供至少一种筑巢材料（如 Nestlets）和隐藏空间（如小鼠屋），以促进物种特有行为并减少刻板行为 [37, 38]。对于单笼饲养的个体，应提供额外的咀嚼玩具或复杂的笼具设施以补偿社交缺失 [37]。

• 可及性设计： 由于握力和活动力下降，应将水瓶和饲料放置在小鼠伸手可及的位置，必要时在笼底放置补充饲料 [39]。

纵向研究的设计规范

设计老龄小鼠纵向研究（如 NIA 支持的 SLAM 项目）时，需注意以下技术细节：

• 纵向尿液追踪： 尿液点分析（Urine Spotting）可无创监测自主神经功能。通过 UV 荧光分析 4 小时内的尿液分散模式，可有效识别代谢紊乱（如糖尿病倾向）或排尿动力学改变 [40]。

• 行为学实验室环境： 环境噪音应严格控制，可使用 HEPA 空气净化器产生的白噪音来掩盖外界突发声音。光照强度应维持在 150 lux 左右，以减少老龄个体对强光的应激反应 [41]。

• 统计校正： 在进行药物干预实验时，由于药物往往通过集体饮食/饮水给予，统计上应视其为“集群随机试验”（Cluster-randomized trial），使用混合效应模型处理笼内个体的相关性 [42]。

人道终点与健康监测

老龄小鼠的研究往往涉及“生存至死亡”的设计，但必须设定严格的人道终点。

• 死亡预测指标： 体重在短时间内下降超过 20% 或基础体温大幅降低是预测死亡的最有力指标 [43]。

• 区分“常态化衰老”与“急性疾病”： 临床观察员需熟悉老龄 B6 小鼠的常态（如轻微的头部脱毛或步伐稍缓），以避免因误判正常的年龄相关性衰弱而过度中止实验（Censoring） [21, 44]。

结论与未来研究方向

C57BL/6 小鼠在老年学研究中的价值不仅在于其标准化的遗传背景，更在于其在衰老过程中表现出的多维异质性。从早发的听力损失到中后期的代谢重组，该品系为我们提供了一个解析衰老时序的精密窗口。

未来的研究应更深入地探讨：

1. 亚系偏倚的分子解释： 揭示 J 和 N 亚系在免疫和肾脏病理上分歧的遗传学基础。

2. 高龄代谢适应机制： 解析为什么在极高龄阶段会出现胰岛素敏感性的改善，这可能隐藏着促进健康长寿的内生通路。

3. 精准衰老时钟的整合： 将表观遗传钟与多维衰弱指数结合，开发出能够实时反映干预效果的综合评估体系。

总之，C57BL/6 老龄小鼠依然是目前乃至未来跨国、跨实验室衰老研究的最可靠基石。通过标准化的管理和科学的解读，这一模型将继续引领我们攻克阿尔茨海默病、肌少症及代谢退化等全球老龄化社会的重大挑战。