Bmi1作为一种多梳蛋白,具有转录抑制子作用,参与调控细胞周期和细胞衰老。先前研究报道Bmi1基因敲除小鼠呈现生长阻滞、神经及造血功能异常、成熟前骨质疏松、肾脏衰老、线粒体功能紊乱导致DNA损伤和细胞衰老增加,呈现成熟前衰老表型。鉴于大鼠模型较小鼠模型更接近于人类的模式动物,在生理、毒理和高级功能的研究中极具优势,我们利用第二代基因编辑工具TELEN技术构建了Bmi1基因敲除(Bmi1-/-)大鼠模型,利用影像学、组织病理学和分子生物学等方法比较分析了WT和Bmi1-/-大鼠的表型差异,观察了Bmi1基因敲除是否引起大鼠早衰。首先我们利用Western blot方法检测了Bmi1蛋白在WT和Bmi1-/-大鼠组织中的表达,结果发现Bmi1蛋白在WT大鼠表达,但不在Bmi1-/-大鼠表达,因此说明我们成功构建了Bmi1基因敲除大鼠模型。通过体重测量和生存期统计发现Bmi1缺失大鼠体型较小,体重下降,平均生存期只有72天;利用X-射线摄影、Micro-CT扫描及三维重建检测发现Bmi1缺失引起长骨长度明显缩短,骨密度、骨容量、小梁骨数目和厚度均显著降低;利用HE染色、抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）组织化学染色及图像分析发现Bmi1缺失引起成骨细胞骨形成明显降低,破骨细胞骨吸收明显增加;利用骨髓间充质干细胞（BM-MSC）培养、细胞化学染色、流式细胞术和Western blot的方法检测发现Bmi1缺失引起BM-MSC增殖和向成骨细胞分化降低,ROS水平升高,抗氧化酶SOD2和NQO1蛋白表达水平明显下调;利用免疫荧光染色和衰老相关β半乳糖苷酶（SA-βgal）染色方法检测发现Bmi1缺失引起γ-H2AX和衰老相关β半乳糖苷酶（SA-βgal）阳性BM-MSC百分比明显增加;利用8-OHd G、53BP1和p-CHK2免疫组织化学染色的方法检测发现Bmi1缺失引起大鼠肺、肝、肾组织中DNA损伤显著增加;利用SA-βgal染色检测发现Bmi1缺失引起大鼠肺、肝、肾衰老细胞显著增加。这些结果说明Bmi1缺失能够通过增加BM-MSC氧化应激、DNA损伤和衰老,抑制其增殖和向成骨细胞分化,降低成骨细胞骨形成,促进破骨细胞骨吸收,从而引起大鼠成熟前骨质疏松。Bmi1缺失也能够通过增加多器官组织的DNA损伤和细胞衰老,而引起大鼠生长阻滞和早衰。鉴于近年来的研究表明抗糖尿病药物二甲双胍具有抗衰老的作用,因此,本研究提出二甲双胍是否能够改善Bmi1缺失引起的早衰呢?为了回答这一问题,4周龄Bmi1-/-大鼠通过饮水给予二甲双胍,剂量为1mg/ml,以正常饮水的同窝WT和Bmi1-/-大鼠作为对照,利用影像学、组织病理学和分子生物学等方法比较分析了三组大鼠的表型差异。结果发现:二甲双胍给药使Bmi1-/-大鼠1)体型和胸腺、脾脏、肾脏的器官增大,体重显著增加,平均生存期从72天延长到97天;2)胫骨长度和生长板宽度明显增加,骨密度、骨容量、小梁骨数目和厚度显著增加,成骨细胞数和Ⅰ型胶原阳性面积显著增加,破骨细胞数显著降低;3)BM-MSC中ROS水平显著降低,抗氧化酶Nrf2、SOD2及NQO1蛋白表达水平明显上调;4)肺、肝、肾组织中8-OHd G、53BP1和p-CHK2阳性细胞百分比和SA-βgal阳性面积显著降低;5)骨、肺、肝/肾组织中p16和p19蛋白和m RNA表达水平显著下调。这些结果说明二甲双胍能够通过提高BM-MSC的抗氧化能力、抑制骨细胞衰老、促进成骨细胞骨形成,抑制破骨细胞骨吸收,从而发挥改善Bmi1缺失引起的大鼠成熟前骨质疏松的作用。此外,二甲双胍也能通过降低DNA损伤,灭活p16和p19信号通路,抑制多器官细胞衰老,从而发挥延缓Bmi1缺失引起的早衰的作用。本研究成功构建了一种Bmi1基因敲除的大鼠早衰模型,将为研究抗衰老药物的作用机制提供了一种大鼠模型。本研究还初步阐述了二甲双胍在延缓Bmi1缺失引起的大鼠早衰中的作用机制,增加了我们对二甲双胍在抗衰老中的作用机制的理解。