糖尿病动物模型的建立

糖尿病动物模型的建立

娄永富

河北大学医学部河北保定071000

【摘要】糖尿病为胰岛素分泌缺陷和（或）胰岛素作用缺陷所引起，并以慢性高血糖为主要特征的一组异质性代谢性疾病。其高发病率、高致残率以及严重并发症等特点使得糖尿病的研究和治疗一直是医学难点。有效的糖尿病动物模型至关重要。现行的糖尿病动物模型主要包括自发性糖尿病动物模型、诱导性动物糖尿病模型和转基因型糖尿病动物模型。本文对上述三种糖尿病模型的建立进行简要综述，以期对此疾病的研究者有所帮助。

【关键词】糖尿病；动物模型；综述

Establishmentofanimalmodelofdiabetesmellitus

YongfuLou

（Departmentofmedicine，HebeiUniversity，BaodingHebei071000）

Abstract:Diabetesiscausedbythedeficiencyofinsulinsecretionand（or）thedeficiencyofinsulinaction，andagroupofheterogeneousmetabolicdiseasescharacterizedbychronichyperglycemia.Itshighincidence，highdisabilityrateandseverecomplicationssuchastheresearchandtreatmentofdiabeteshasbeenthemedicaldifficulties.Aneffectivemodelofdiabetesisessential.Thecurrentanimalmodelsofdiabetesmainlyincludethespontaneousdiabetesmodel，theinducedanimalmodelofdiabetesandthetransgenicanimalmodelofdiabetes.Inthispaper，theestablishmentofthesethreetypesofdiabetesmodelisbrieflyreviewed，inordertohelptheresearchersofthisdisease.

Keywords:diabetesmellitus；animalmodel；review

【中图分类号】R587.1【文献标识码】A【文章编号】2096-0867（2016）-08-001-02

糖尿病为胰岛素分泌缺陷和（或）胰岛素作用缺陷所引起，并以慢性高血糖为主要特征的一组异质性代谢性疾病[1]。2011年国际糖尿病联盟伽temationalDiabetesFederation，IDF）的调查结果表明全世界糖尿病患者已达3.66亿[2]，其中发展中国家发病率逐渐高于发达国家。中国尿病的患病率更是在近10年翻了近两倍，已经成为世界第一糖尿病大国。目前，我国已经确诊的糖尿病患者人数高达9240万人，发病率高达9.7%[3]。动物模型在糖尿病以及其并发症发病机制的研究中有着举足轻重的作用，为了进一步研究探讨糖尿病的发病与治疗，研究者应不断改良糖尿病实验小鼠，寻找和人类糖尿病自然发病过程更为相似的小鼠模型。参阅大量近年来国内外相关文献，本文对糖尿病研究中常用的动模物型进行分类和整理，为研究者寻找和使用更适宜的糖尿病动物模型提供一些依据和资料。

1、自发性糖尿病动物模型

自发性糖尿病动物模型（spontaneousdiabetesanimalmodel）是在自然条件下动物自然产生，或由于基因突变而出现类似人类糖尿病表现的动物模型，该模型更接近人类糖尿病的自然起病及发展，尤其适于研究糖尿病的病因学。以下是几种常见模型。

1.11型糖尿病（T1MD）动物模型

1.1.1BB大鼠加拿大握太华生物培养Bio-Breeding，BB）实验室1974年报道了一组远交系自发性糖尿病Wistar大鼠，系典型的自发遗传T1MD（T1DM}动物模型[4]。凡空腹血糖大于10mmol/L，尿糖（++），即可诊断。临床起病突然，约60-120d龄发病，表现为典型的多尿、高血糖、糖尿、尿酮体阳性和低胰岛素血症，除非给予胰岛素，否则发病最初的1-2周死于酮症酸中毒。发病机制可能与细胞介导的自身免疫有关，发病前2周可以测得胰岛细胞抗体（ICA）、抗淋巴细胞抗体、抗平滑肌和胃壁细胞抗体[5]。该模型与人类青年型糖尿病极为相，常伴有外周神经系统严重改变、肇丸萎缩、甲状腺炎、胃溃疡及恶性淋巴瘤等，可供T1DM遗传、环境以及免疫学方而的研究。

1.1.2NOD鼠1980年Tochino等通过近亲交配选择繁殖，从Jcl-ICR小鼠中获得T一种纯系的自发性NOD（nonobesitydiabetes）小鼠。其发病多突然，表现明显多饮、多尿、消瘦，血糖，升高显著，不用胰岛素治疗的动物多于1个月内死亡，是典型的T1MD模型。病理特征是3-5周龄逐渐出现胰岛炎，且有淋巴细胞浸润。其发生机制有明确证据提示有免疫学机制参与:环磷酞胺可使NOD鼠糖尿病发生时间提前；运用免疫治疗（如IL-2、环抱霉素A、雷公藤多贰等）[6]可使胰岛炎和糖尿病不再发生；通过同种骨髓移植完全取代免疫系统可有效防止NOD鼠发生糖尿病等。

此外，常见的还有BHE大鼠、中国地鼠，NSY小鼠，GK大鼠等非肥胖糖尿病动物模型。

1.22型糖尿病（T2MD）动物模型

1.2.1KK小鼠KK小鼠是日本学者培育的一种轻度肥胖型T2MD动物。从5周龄起，血糖、血循环中的胰岛素水平以及HbA1c水平逐步升高。β细胞有脱颗粒和糖原浸润，随后出现胰岛肥大和中心气泡。肝脂肪化和脂肪组织增多。脂肪组织的胰岛素敏感性降低比KK小鼠明显，且到16周龄时完全丧失，肾脏病变发生早。用KK-Ay鼠可评价抗糖尿病药物的胰腺外作用。

1.2.2OLETF大鼠OLETF（OtsukaLong-EvansTokushimaFatty）大鼠为隐性遗传，OLETF大鼠贪食，不好运动，体形肥胖，逐渐出现糖尿病的临床表现。在糖尿病早期尿糖增加，体重可轻度下降。随着年龄增长其餐后血糖、血浆胆固醇、甘油三醋、肾脏重量、尿蛋白都有不同程度的增加，其疾病过程与人T2MD极为相似。

1.2.3ob/ob小鼠T2MD动物模型，属常染色体隐性遗传。纯合体动物表现为肥胖，高血糖及高胰岛素血症。症状的轻重取决于遗传背景，ob/ob小鼠与C57BL/KsJ交配的子代症状严重，而ob/ob与C57BL/6J交配的子代症状则较轻，后者是杂合体。ob/ob小鼠leptin缺乏，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。

1.3自发性糖尿病动物模型的优缺点

自发性糖尿病动物模型是在自然条件下或由于基因突变而出现类似人类糖尿病表现的动物模型。其优点有:遗传特性和病程发展特点与人类糖尿病类似；大多数纯系动物致病遗传因子单一且环境因素易控制，对糖尿病这一多致病因素疾病进行遗传剖析时可降低研究难度；个体差异性较小。同时它亦具有一些缺点:纯系动物模型都是近亲交配，属于单基因遗传动物，这与人类基因遗传特点小符；某此品系（db/db鼠，ZDF大鼠等）胰岛细胞先天性脆弱，致酮症发病致死率高，不利于实验统计；动物对环境变化敏感，饲养条件苛刻；只能用于糖尿病研究且价格十分昂贵。

2、诱导性糖尿病动物模型

诱发性糖尿病动物模型是通过物理、化学、生物等致病因素人工诱发出具有糖尿病特征的动物模。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。

2.1T1MD动物模型

2.1.1手术法手术切除法是最早的糖尿病动物模型复制方法，1890年狗胰腺切除法建立的糖尿病动物模型确立了动物在糖尿病研究中的重要地位。全胰切除术制造的糖尿病模型胰岛素缺乏，伴高血糖、糖尿和酮症酸中毒，为保持动物良好的健康状况，则需保留部分胰腺组织。

2.1.2应用化学药物破坏胰腺方法:采用一次性大剂量注射或多次小剂量注射化学药物来破坏胰岛β细胞，造成胰岛素的完全缺乏。常见的胰岛β细胞毒剂有链脉佐菌素（STZ）、四氧嚓吮、环丙庚呱和水合阿脉，其中应用最为广泛的是STZ。

链服佐菌素（STZ）对动物胰岛β细胞有很强的选择性杀伤作用，大剂量或小剂量多次注射可完全破坏胰岛俘细胞功能，使胰岛素分泌缺乏，形成T1MD。STZ诱导T1DM小鼠模型接近于人类T1DM发病过程，并且操作简单、价格低廉、可行性高、模型稳定，被广泛应用于T1DM研究领域中。但因地域差异或品系差异等原因，即使是相同品系，不同研究者STZ诱导小鼠T1DM造模方法与标准也不尽相同，国内外研究者仍未建立统一的STZ诱导小鼠T1DM造模方法与标准。

四氧嘧啶能选择性破坏多种属动物的胰岛β细胞，引起实验性糖尿病。将四氧嘧啶用生理盐水新鲜配制成浓度为1%-3%溶液，实验大鼠空腹12h尾静脉1次注射40mg/kg，血糖值可出现3个时限变化，注射后2~4h为初期高血糖相，约6h左右为低血糖，12h后出现持续高血糖伴多饮、多尿等，并且血糖达16.7mmol/L以上，稳定2周后可作为成功模型，造模最初成功率约85%；最终成功率约60%。

2.2T2MD动物模型

STZ处理的新生大白鼠成年后将呈典型的T2MD表现。将自发性高血压鼠（SHR）在新生期予STZ处理，成年可获得T2MD合并原发性高血压模型。Simionescu等给雄性Syrian金黄地鼠注射STZ，同时予高脂饮食可诱发糖尿病合并高脂血症模型，有助于研究糖尿病慢性血管并发症[7]。

3、转基因性糖尿病动物模型

转基因糖尿病动物主要通过转移特定的功能性遗传基因，或删除特殊的内源性基因（即基因敲除），或重新设定特定的启动子位置进行造模。此系列动物模型与基因突变动物模型发病机理相似，不同点在于，其缺失或突变的基因由人为控制和设定。目前基因敲除动物多限于细胞生化实验类研究，作为糖尿病药理筛选的基因敲除动物模型仍较少。

转基因技术[8]包括①重新指导功能基因表达的水平和/或位点；②将新的外来基因转移到实验动物体内；③阻止目标基因的表达；④以特异的基因变异株取代原基因。应用这些方法可更好地评估特异基因产物的生理功能，能形成选择性生理缺陷并研究其对复杂综合征的潜在作用。

已运用基因转移技术证实动物发生T1MD与MHC基因异常、病毒感染、T细胞介导胰岛日细胞损伤等有关。有关T1DM的转基因动物模型报道甚多[9]。

T2MD是多基因遗传，有许多机制参与发病。运用转基因动物研究胰岛素分泌调节、肝葡萄糖产生、胰岛素分子结构、胰岛素受体敏感性及受体后水平缺陷等在T2MD发生中的作用已有文献报道[10]。

已明确糖尿病是由于某种特定基因突变而引发的，某些基因的突变使胰岛素受体的敏感性下降及胰岛素抵抗的产生，此时体内胰岛素的分泌并没有减少。基因敲除动物模型是基于以往大量研究的基础上，在染色体水平剔除某些特定的已知可以引起人T2MD的基因。此类大鼠模型与人类的发病情况最为相似，发生机理最为接近，客观地反映出其真实的状况，已有多种转基因糖尿病大鼠模型用于研究的报道，而国内仍然处于起步阶段。

糖尿病动物模型研究的热点集中在基因方而的研究，如果能从动物模型身上得到致病基因在染色体上的位置，就能够从人和大小鼠之间的比较基因图谱中找到与动物模型相同的人的致病基因，并可判断其在染色体上的位置。如果能从模型动物中分离和鉴定出致病基因，那么人的基因分析也就比较容易了，用从动物模型中分离出来的致病基因制作转基因小鼠就能更详尽地研究该基因的作用，从而为今后的研究提供新的方向。随着对糖尿病研究的逐步深人，相应的动物模型发展势在必然。越接近人类糖尿病的动物模型将越受欢迎。转基因动物的建立将为糖尿病研究提供更科学有效的工具。

4、展望

综上所述，目前应用于糖尿病研究领域的诸多动物模型的发病机制无非有以下几种:通过近亲繁殖后获得的先大性肥胖、胰岛素受体敏感性降低、胰岛素抵抗等众多遗传因素；单基因突变或单基因缺陷导致的与葡萄糖利用或酵解相关物质的缺失；自身免疫反应或外源性给予化学药物或毒物诱导后导致的胰岛破坏；人为选择性地修改与糖尿病有关的基因。其中，遗传因素与人类糖尿病的发生和病理改变最相近，适合用于糖尿病药物药理活性的临床前研究。自体免疫反应作为人类T1MD中最主要的致病因素，此系列的动物模型适用于T2MD治疗药物以及胰岛保护及修复性药物的研究与开发。随着人类基因组计划的不断推进，作为应用于糖尿病致病基因以及与糖尿病相关的内源性物质的编码基因等研究模型的单基因突变动物和转基因、基因敲除类动物，将是揭开糖尿病全部致病基因的关键钥匙。开发新的基因敲除动物模型，小仅有利于开发基因靶向的糖尿病治疗药物，更有利于阐明糖尿病这一困扰人类百年之久的疑难病症的致病机理，无论是科学贡献或是市场前景都无可限量。

参考文献：

[1]KakleasK，SoldatouA，KarachaliouF，etal.Associatedautoimmunediseasesinchildrenandadolescentswithtype1diabetesmellitus（T1DM）[J].Autoimmunityreviews.2015Sep；14（9）:781-97.

[2]刘烨，张琳，洪天配.2011年糖尿病学领域的研究进展和热点同顾田.[J]中国医学前沿杂志，20113（6）:27-31.

[3]YangW，LuJ，WengJ，etal.PrevalenceofdiabetesamongmenandwomeninChina[J].NEnglJMed，2010，362（12）:1090-1101.

[4]MathewsCE.Utilityofmurinemodelsforthestudyofspontaneousautoimmunetype1diabetes[J].PediatrDiabetes，2005，6（3）:165-177.

[5]MendezJD，RamosHG.Animalmodelsindiabetesresearch[J].Archivesofmedicalresearch.1994.4:367-375.

[6]李玲，涌上民雄，滕卫平等.雷公藤甲素对糖尿病小鼠胰岛炎的免疫抑制效果及对正常小鼠糖代谢的影响.[J]中国糖尿病杂志，1994，2:69.

[7]SimionescuM，PopovD，SimaA，etal.Pathobiochemistryofcombineddiabetesandatherosclerosisstudiedonanovelanimalmodel.Thehyperlipemic-hyperglycemichamster.AmJPathol，1996，148:997.

[8]YokoiN.Identificationofamajorgeneresponsiblefortype1diabetesintheKomedadiabetes-pronerat[J].ExpAnim，2005，54（2）:111-115.

[9]WangH，Hagenfeldt-JohanssonK，OttenLA，etal.Experimentalmodelsoftranscriptionfactor-associatedmaturity-on-setdiabetesoftheyoung[J].Diabetes，2002，51Supp13；S333-342.

[10]KatoH，OhueM，KatoK，etal.ElleclofcorosolicacidondietaryhypercholesterolemiaandhepaticsteatosisinKK-Aydiabeticmice[J]Biomedicalresearch-Tokyo，2011，31（4）:213-218.

＊国家级大学生创新项目：201510075030。

作者简介:娄永富（1992-），男，满族，河北承德人，河北大学2012级临床医学系在读。