环境应答基因JWA缺陷所致小鼠早衰的动物模型研究

Life expectancy has been significantly prolonged due to the rapid development of medical and health care. However, the incidence of age-related diseases has increased year by year, which is the inevitable public health problem. Premature aging mouse models have been widely used in exploring the mechanisms of aging and the strategies to anti-aging and age-related diseases. JWA is a novel environment-responsive gene and is upregulated by oxidative stress to repair the damaged DNA. We have generated the JWA gene knockout mice via Cre-LoxP system. JWA deficient mice exhibit typical premature aging phenotype and the median survive time is 5.8 months, which is regarded as the ideal aging mouse model. In this study, we will systematically analyze the phenotype changes of JWA wild type and knockout mice during their life span and the results will be access for scientists in this field, which could be helpful for aging research. In addition, JWA LoxP mice could be used for toxicological studies of organ-targets.

随着医疗卫生事业的快速发展，人口的预期寿命显著延长，老龄化问题日益突出。衰老引起的相关疾病发病率逐年上升，是全球面临的重大公共卫生问题。目前，小鼠早衰模型被广泛应用于探索衰老发生发展机制及干预策略的研究。JWA是新的环境应答基因，具有多种活跃的生物学功能，包括参与ROS引起的DNA损伤修复。课题组前期采用Cre-LoxP技术构建了JWA基因第二外显子剔除小鼠，该小鼠出现典型的早衰表型，中位生存时间为5.8个月，是较理想的小鼠早衰模型。本研究拟对JWA基因剔除小鼠生命周期不同阶段进行系统的表型分析，以小鼠自然衰老过程中组织器官、生理生化变化、免疫等变化特征为参照，试图建立原创性的生命周期适中、衰老特征明确、器官组织和分子变化规律明显的小鼠衰老模型及其数据库，为阐明衰老发生和发展机制，寻找有效干预策略提供新的有价值的小鼠衰老动物模型；JWA LoxP 模型小鼠还可广泛用于靶器官毒理学研究。

已知JWA是重要的DNA修复基因，JWA基因缺陷小鼠表现为早衰。本项目探讨建立JWA基因缺陷所致小鼠早衰模型。参照国际小鼠表型分析协会指定流程及其它类似模型方法，对多个JWA基因敲除小鼠队列进行全生命周期系列表型分析。结果发现：JWA基因敲除小鼠在寿命、心血管功能、基础代谢、脊柱侧弯等方面均表现出典型的早衰表型；进一步分析发现JWA基因敲除引起小鼠早衰的起始器官在小肠，JWA基因敲除导致小鼠小肠上皮发育不良，影响小鼠出生后小肠上皮对营养物质消化吸收功能，继而影响全身组织器官生长发育和稳态，引起小鼠早衰；JWA基因敲除小鼠体重增长缓慢甚至下降，皮下脂肪明显减少；小肠上皮微绒毛发育不良、稀少、变短，隐窝萎缩、干细胞数量减少；小肠组织蛋白质谱分析结果显示JWA基因敲除小鼠营养物质消化吸收障碍，小肠组织Stat5蛋白水平下降。本研究结果为衰老相关研究提供了一种可供选择的小鼠早衰模型，在抗衰老等研究领域具有较好应用前景。本研究在系统观察和确定JWA缺失引起小鼠早衰的表型特征和始发器官组织基础上，进一步采用课题组近期经高通量筛选获得的JWA基因小分子激动剂对自然衰老小鼠进行抗衰老干预研究。初步结果显示，通过JWA基因小分子激动剂化合物JAC4干预，明显增加小鼠体内抗氧化酶活性，并在调节糖脂代谢平衡，促进肠干细胞再生，维持肠上皮结构稳态等方面都有显著效果，这些结果进一步验证了JWA基因表达水平对小鼠衰老发生的因果关系。JWA小分子化合物激动剂将在抗衰老研究领域有较好的应用前景。此外，我们还发现神经系统JWA基因敲除小鼠对环境毒物的刺激敏感性增加，可作为诱导帕金森症的小鼠模型。最后，我们发现在胃癌细胞中，E3泛素连接酶RNF185可通过蛋白酶体-泛素途径降解JWA蛋白，使组织中JWA蛋白水平降低，这些结果为肿瘤发生发展和衰老发生等过程中JWA的调节机制研究提供了参考。