细胞衰老特征是细胞在应答一系列内在和外在的压力时出现DNA复制阻滞。p16和p21已被广泛用作衰老细胞的主要标志物，目前常用于开展体内衰老细胞研究的转基因动物模型包括INK-ATTAC、p16-3MR、p16-Cre等小鼠模型，这些模型在衰老与疾病相关机制探索以及衰老细胞清除药物的筛选中发挥了重要作用。
目前常用于开展体内衰老细胞研究的转基因动物模型均以p16为标记，衰老细胞具有异质性，建立以p21为标志物的衰老研究模型将拓宽我们对衰老生物学的认知。肝细胞衰老在多种肝脏疾病进展和肝细胞移植中发挥重要作用，但其具体作用机制还不清楚。
2024年4月18日，同济大学生命科学与技术学院/附属东方医院何志颖教授团队在期刊《Molecular Therapy》上发表题为“A p21-ATD Mouse Model for Monitoring and Eliminating Senescent Cells and Its Application in Liver Regeneration post Injury”的研究论文。该研究成功构建了p21-（Akaluc-tdTomato-Diphtheria Toxin Receptor[DTR]）（ATD）小鼠模型，以探索老年或衰老诱导动物模型中p21表达阳性衰老细胞的未知机制，并利用该模型首次证明清除衰老肝细胞可促进肝细胞移植再生肝脏。
三个不同的功能基因插入至p21终止密码子前，功能基因之间以2A（切割酶）连接，使其表达蛋白在翻译水平上实现分离，Akaluc 弥补了传统的Luc深层组织发光较弱的缺点，tdTomato是目前亮度最强、稳定性较高的荧光蛋白，DTR-DT自杀系统的特异性可有效保护非衰老细胞。该研究建立的p21-ATD小鼠可同时实现对p21+衰老细胞的体外示踪、流式分选及体内清除，体外和体内的多重衰老诱导实验证实了三个外源插入基因的有效功能。
利用该小鼠模型，研究团队在自然衰老的p21-ATD小鼠的多个组织器官中均发现了一定比例的p21+衰老细胞，而清除老年p21-ATD小鼠体内的p21+衰老细胞可有效改善其生理功能，缓解炎症微环境。基于单细胞测序分析并联合p16-3MR衰老示踪小鼠模型进一步证明了肝脏衰老的异质性，即衰老的肝细胞更倾向于表达p21，而p16更倾向于在衰老的肝脏非实质细胞中表达。
将该模型与肝损伤Fah-/-小鼠模型杂交建立p21-ATD/Fah-/-小鼠后开展肝细胞移植研究，发现先诱导宿主肝细胞衰老为外源肝细胞提供再殖环境，再清除宿主衰老肝细胞为外源肝细胞提供再殖空间这样的两步走策略能有效促进外源肝细胞的再殖效率。研究团队同时发现宿主衰老肝细胞的清除，可有效降低肝脏中SASP因子CCL2的分泌，进而减少了巨噬细胞的募集，进一步提高外源肝细胞的移植效率。
p21-ATD小鼠模型可广泛用于由衰老引起的慢性疾病的研究，并助力衰老细胞在分子生物学上的异质性以及生理功能等相关研究，同时该模型也可作为Senolytics药物筛选以及药物疗效评估的重要动物模型。
何志颖教授为本文通讯作者，同济大学博士研究生陈苗苗、吴国秀，硕士研究生卢艳丽为共同第一作者。该研究获得科技部、基金委及上海市科委等项目的资助。
原文链接：
https://life.tongji.edu.cn/1a/7e/c12615a334462/page.htm
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