|
科研工具丨作图丨实验丨SCI丨统计分析丨国自然 背景
糖尿病（DM）是由遗传因素和环境因素共同作用而导致的慢性全身性代谢性疾病；由于胰腺产生不了足够的胰岛素或者人体无法有效地利用所产生的胰岛素，引起糖、脂肪、蛋白质、水及盐代谢紊乱，表现为高血糖及糖尿等。随着时间的推移，会导致多种并发症，如心脑血管疾病（心肌梗死、心力衰竭、脑卒中）、肾病（肾衰竭、尿毒症）、失明、糖尿病足、多发性神经炎等。糖尿病是目前全世界发病率和死亡率最高的5种疾病之一。现有降糖药物无论是口服还是注射都只能减缓疾病大发展进程并不能治愈，且多数药物对患者血糖控制达标率不足40%，糖尿病药物研发仍然任重道远。糖尿病动物模型是研究糖尿病发病机制及新型治疗药物的关键，建立合适的糖尿病动物模型对于研究糖尿病及其并发症的发病机制、治疗和预防等具有重要的作用。目前，糖尿病的动物模型分为自发性、诱发性、基因工程糖尿病动物模型。本篇将为大家介绍常见的糖尿病动物模型。01 自发性动物模型自发性糖尿病动物模型是指动物未经过任何有意识的人工处置，在自然情况下发生糖尿病的动物模型。该模型绝大多数采用有自发性糖尿病倾向的近交系纯种动物。（1）I型糖尿病模型（胰岛素依赖型糖尿病）：BB大鼠、LETL大鼠、NOD小鼠。NOD小鼠 | 自发性自身免疫Ⅰ型糖尿病模型。NOD小鼠的糖尿病发生率与性别有关，雌鼠发病率显著高于雄鼠，且发病早。 | BB大鼠 | 从Wistar大鼠中筛选出来的一种自发性，遗传性Ⅰ型糖尿病动物模型。BB大鼠在早期常表现胰岛炎症，但是晚期多发生严重的胰岛纤维化。 |
（2）Ⅱ型糖尿病模型（非胰岛素依赖型糖尿病）：KK小鼠、ob/ob小鼠和 db/db小鼠、ZDF大鼠、GK大鼠。 | | | ob/ob小鼠是Ⅱ型糖尿病动物模型，属常染色体隐性遗传，是典型的肥胖 高血糖小鼠。该小鼠因Leptin(ob基因产物)缺乏而引起肝脂肪生成和肝糖原异生，高血糖又刺激胰岛素分泌，引起胰岛素抵抗的恶性循环。 | | 瘦素基因缺陷导致的先天肥胖II型糖尿病小鼠。发病过程与人II型糖尿病非常相似，是目前最好的II型糖尿病动物模型之一。db/db小鼠与ob/ob小鼠不同，可发生明显的肾病。 | | 典型的高胰岛素血症肥胖模型，隐性基因名称为fa，动物有轻度糖耐量异常，高胰岛素血症和外周胰岛素抵抗，无酮症反应，类似人的非胰岛素依赖型糖尿病，血糖正常或轻度升高。 | | ZDF大鼠具备肥胖型Zucker大鼠的大多数特点，包括肥胖、胰岛素抵抗、糖耐量试验异常、高胰岛素血症、高血脂。 | | Goto等人在日本仙台从211个 Wistar大鼠中经口服糖耐量实验选出18个轻度糖耐量减退的大鼠，经过10代左右反复选择高血糖大鼠交配，形成与人类2型糖尿病近似的自发性非肥胖2型糖尿病鼠种，称为GK(Goto-Kakizaki rat)大鼠。 |
02诱发性动物模型实验性糖尿病动物模型是指通过物理、生物、化学等致病因素人工诱发出的具有糖尿病特征的动物模型。具有耗时短，方法简便，易于掌握，重复性好的特点，短期内可诱导出大量模型。（1）手术诱导动物模型胰腺切除法是最早的糖尿病动物模型复制方法（制成1型糖尿病模型）。一般选用较大的实验动物，如狗和家兔等，其次用大鼠（小鼠不适用）。全部或大部分切除实验动物的胰腺，但保存胰十二指肠动脉吻合弓。如果连续两天血糖值超过11.1 mmol/L或者葡萄糖耐量试验120 min时的血糖值仍未恢复到注射前水平则认为DM造模成功。（2）化学药物诱导模型（本文将详细讲解）运用化学药物损伤胰岛β细胞导致胰岛素缺乏而引起糖尿病（一型糖尿病），常用的药物有四氧嘧啶和链脲佐菌素。
STZ诱发的糖尿病动物模型（目前使用最为广泛）STZ全称链脲佐菌素，这种药物的亚硝基脲结构能够选择性地损伤胰岛β细胞，损伤后的胰岛重构，继而纤维化。STZ剂量是关键因素，使用高剂量STZ致动物胰岛完全损伤，胰岛素绝对缺乏，形成I型糖尿病。造模方法：注射前用0.05mol/L柠檬酸(pH4.5)配成2％的 STZ溶液，新鲜使用。大鼠糖尿病STZ的剂量为40～75mg/kg(静脉注射或腹腔注射，一定要注意回抽，严格禁止注入胃肠道)。小鼠对此药敏感性较差，常用量为100～200mg/kg(静脉注射或腹腔注射)。评判标准：注射STZ溶液2天或者3天后，连续3天采用尿糖检测试纸检测尿糖水平，血糖水平采用葡萄糖氧化酶法检测即可，若尿糖≥3 ，血糖持续升高，说明注射是没问题。一周后大鼠可出现三多一少症状，再次检测，若尿糖≥3 ，血糖≥16.67mmol/L，说明造模成功。注意事项 （1）链脲佐菌素室温下极不稳定，数分钟可分解失效，临用前用0.05mol/L柠檬酸(pH4.5)配制。 （2）大鼠需要禁食不禁水12h（动物禁食后对药物较为敏感，应相应减少剂量），尽可能使用雄性，因为雌性对STZ的反应并不均一，这可能与雌激素水平有关。 （3）尽量不用小鼠，因为小鼠对STZ敏感度不高，容易造成组内差异较大。 （4）单次大剂量注射才是可取的，小剂量只会造成胰岛炎。 （5）血糖越高，动物死亡率越高，因此要严格控制STZ的注射剂量，预实验摸索条件是必须的；可以适当补充胰岛素，防止低血糖导致的大量动物死亡。 （6）一次成膜，血糖升高效果一直非常稳定，维持到实验结束，比较适合长期观察，因为这种药物导致的胰岛损伤不易修复，大鼠不易代偿。 （7）静脉注射的死亡率比腹腔注射高。 |
四氧嘧啶诱发糖尿病动物模型四氧嘧啶(Alloxan)是一种特异的胰岛细胞毒剂，可以通过超氧自由基破坏胰岛β细胞，使得胰岛素分泌减少，它常用于制备I型糖尿病动物模型。造模方法：一般配成1%-3%浓度即可使用。给药剂量依动物及给药途径不同而异（均需临用前配置），大鼠150-200 mg/kg（ip），40-60 mg/kg（iv）；小鼠200 mg/kg（ip），85-100 mg/kg（iv）。评判标准：用药后2～3小时后出现初期高血糖，持续6～12小时后进入低血糖期，动物出现痉挛。注射后18h，大鼠即可出现高血糖、多尿、多饮等典型症状，血糖会升高至16.67mmol/L以上。随着时间的推移，2周左右即可形成1型糖尿病模型。注意事项： （1）四氧嘧啶水溶液不稳定，对光敏感，可氧化为四氧嘧啶酸而失效，且其血浆半衰期约为1-2 min，故注射时推药的快慢会影响模型成模率。有人研究过，30s快速静推的成模率比缓慢注射要高。 （2）很多研究都显示，注射allxon一个月之后，部分大鼠的血糖会恢复至正常水平，这可能是由于大鼠胰岛代偿作用导致的，因此allxon造出的模型可能更加适合短期观察。 （3）大剂量的 Alloxan可致动物酮症酸中毒而死亡,可致肝、肾组织中毒性损害。因此，使用Alloxan制备糖尿病模型时要严格控制剂量。 （4）不要用豚鼠，豚鼠对allxon不敏感，甚至还有抵抗作用。 （5）尽可能全部选用雄性，造模前禁食不禁水12h。这样可以增大动物对allxon的敏感性。 |
（3）食物 化学诱导模型高脂高糖加链脲佐菌素诱导II型糖尿病模型
这种模型就是先给大鼠喂高脂高糖饲料，以诱发胰岛素抵抗，随后再腹腔注射少量的链脲佐菌素（STZ）使得部分胰岛细胞遭到破坏，从而引起血糖的升高。8周龄的SD大鼠高热量饲喂2个月后，用15-30mg/kg剂量一次性腹腔注射2%STZ溶液，可建立外周胰岛素抵抗和胰岛功能轻度受损的糖尿病动物模型，与人Ⅱ型糖尿病的发生、发展过程相似，且STZ用量小，减少了对其他组织的损害。| 高糖高脂饲料配方：66.5%普通饲料，20%蔗糖，10%猪油，2.5%胆固醇，1%胆酸盐，配方来自《人类疾病动物模型的复制》第2版。 |
评判标准：造模3天后测定大鼠尾静脉血糖，随机血糖＞16.7mmol/L视为建模成功。造模方法简便易行，成功率高，重复性好，是研究II型糖尿病发病机制、相关并发症及药物学评价的较理想的模型。注意事项 （1）高脂高糖饮食的动物非常容易死亡，尤其是在注射了STZ之后依然采用高质高糖喂养，这个死亡率真的说不准。 （2）糖尿病动物极易发生感染，动物间的撕咬伤也不易愈合；此外要经常换垫料，因为动物都是多尿的，潮湿的饲养笼更容易出问题。唯一的办法就是勤快点，细心照料你的动物。 |
（4）食物诱导模型高能饮食诱导建立Ⅱ型动物模型
给实验动物过量的食物或高蛋白、高脂、高糖饮食，可使动物胰岛β细胞负荷过重而发生萎缩，从而引发糖尿病，建立胰岛素抵抗的动物模型。造模方法：给出生2天的新生鼠皮下注射L-谷氨酸钠4g/(kg.d)，连续6-7天。断乳后，定期记录体重，约8周开始出现明显肥胖，并逐步表现为脂代谢异常，胰岛素抵抗等特征。03 转基因和基因敲除模型转基因技术是20世纪80年代初发展起来的生物高新技术，对生命科学的发展起到了重要的推动作用。转基因糖尿病模型的建立有两种方法，一种是传统的转基因方法，即新基因信息的转入和在动物体内的表达，另一种是基因打靶方法，即将特定的内源性基因断裂或以其他基因代替。该模型主要有GK/IRS-1 双基因剔除小鼠、MODY 动物模型、GDM（妊娠糖尿病）模型。 | | | | 遗传特异性和病程发展与人类糖尿病相似，致病遗传因子单一且环境因素易控制，个体差异性较小。 | ①纯系动物模型与人类基因遗传特点不符，对环境变化敏感，价格昂贵。 | | | | | | | | | | | | |
参考来源： [1]糖尿病动物模型及研究进展，2005 [2]糖尿病动物模型研究进展及在中药研究中的应用，2015 [3]常用糖尿病肾病动物模型研究概述，2020 
|
