糖尿病動(dòng)物模型研究概述

朱宏偉，施曉會(huì)，綜述；劉 紅，鄭 倩，審校

(1.川北醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系；2.川北醫(yī)學(xué)院機(jī)能實(shí)驗(yàn)中心，四川 南充 637000)

糖尿病是一種常見的慢性病，隨著人們生活水平的提高，人口老齡化及肥胖的增加，其發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。2011年國(guó)際糖尿病聯(lián)盟調(diào)查結(jié)果表明：全世界糖尿病患者已達(dá)3.66億[1]，其中發(fā)展中國(guó)家明顯高于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)已確診糖尿病患者達(dá)到9 240萬人，發(fā)病率高達(dá)9.7%[2]。糖尿病目前仍是一種終生性疾病，尚無辦法根治，因此建立理想的糖尿病動(dòng)物模型深入研究糖尿病的發(fā)病、治療、預(yù)防及其并發(fā)癥的轉(zhuǎn)歸有著重要意義。本文就糖尿病動(dòng)物模型的構(gòu)建方法及其特點(diǎn)進(jìn)行綜述。

目前用于相關(guān)研究的糖尿病動(dòng)物模型主要有4類，即胰腺部分切除動(dòng)物模型、自發(fā)性遺傳動(dòng)物模型、誘導(dǎo)型動(dòng)物模型和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。

1 胰腺部分切除動(dòng)物模型

Mehring[3]在1890年發(fā)現(xiàn)，狗的胰腺被切除后會(huì)發(fā)生糖尿病。此后，許多研究者對(duì)該手術(shù)不斷完善與改良并成功復(fù)制出Ⅰ型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)模型。主要手術(shù)方法包括：(1)胰島大部切除(80%～90%)加高糖飲食刺激后使胰島B細(xì)胞功能衰竭形成永久性糖尿病，其特征是引起輕度高血糖，而不伴有體重減輕或者胰島素水平的減少，不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的糖尿??；(2)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胰腺的鉤體及胰體、胰尾部的部分切除[4]，并在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物身體局部或全身注射直接損傷胰島B細(xì)胞毒性的藥物，進(jìn)而誘發(fā)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物出現(xiàn)T1DM的臨床癥狀，此法既避免了切除全部胰腺導(dǎo)致的嚴(yán)重創(chuàng)傷和胰腺外分泌障礙的缺點(diǎn)，也同時(shí)避免了大劑量使用胰島B細(xì)胞毒性劑給其他組織器官帶來的損傷；(3)結(jié)扎動(dòng)物胰管加高糖飲食使胰島形成明顯的改變。

2 自發(fā)性遺傳動(dòng)物模型

自發(fā)性糖尿病模型因?yàn)榕c人類的糖尿病發(fā)病機(jī)制近似，使其具有更大的應(yīng)用價(jià)值，目前已在多種動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)。主要包括嚙齒類、貓科類、豬和靈長(zhǎng)類四種動(dòng)物，這些動(dòng)物的患病病情與病理具有不同的特點(diǎn)[5]。

2.1 嚙齒類

嚙齒類動(dòng)物模型是目前篩選出并能成功保留的主要的糖尿病動(dòng)物模型，其中大多數(shù)為基因缺陷型或易感性自發(fā)糖尿病鼠，主要包括BB(bio breeding)鼠、db(diabetes)鼠和NOD(non-obesity diabetes)鼠等常用的T1DM，以及NSY(nagoya-shibata-yasuda)小鼠、NZO(New Zealand obese)小鼠、C57BL/6J小鼠、KKAY小鼠、ZOF(zucker diabetic fatty)大鼠、GK(goto-kakizaki)大鼠、OLETF(otsuka long evans tokushiba fatty)大鼠、Cohen大鼠、黑線倉(cāng)鼠(cricetutusbarabensis)等常用的Ⅱ型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)。一部分T2DM會(huì)緩慢發(fā)生胰島炎導(dǎo)致隱性的自身免疫性糖尿病，最終轉(zhuǎn)變?yōu)門1DM。

2.2 貓科

T2DM貓科動(dòng)物與人類T2DM的臨床癥狀相似度達(dá)80%，共同特征是好發(fā)于中老年階段，其胰島素抵抗和肥胖是糖尿病發(fā)生的早期癥狀。Feldhahn等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在自發(fā)性糖尿病貓科動(dòng)物中均發(fā)現(xiàn)胰島有淀粉樣沉積，而人類90%以上患者也發(fā)生同樣的病理變化。據(jù)推測(cè)這一現(xiàn)象可能與兩者的生活習(xí)性及環(huán)境相似有關(guān)。

2.3 豬

自發(fā)性T2DM豬模型中，主要是小型豬品種。其應(yīng)用領(lǐng)域是進(jìn)行糖尿病并發(fā)癥的研究，如心血管、腎臟、眼病等[7]。這類研究在國(guó)內(nèi)相對(duì)較少。

2.4 猴類

研究者在大多數(shù)猴類中均發(fā)現(xiàn)和報(bào)道與人類及其相似的糖尿病病情。對(duì)靈長(zhǎng)類動(dòng)物糖尿病模型的研究，除了可用于糖尿病一般病理生理研究外，于研究糖尿病并發(fā)心血管和大血管疾病方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[8]。

3 誘導(dǎo)型動(dòng)物模型

3.1 催肥

通過破壞動(dòng)物下丘腦的飽食中樞，讓動(dòng)物過度飲食，繼而發(fā)生高血糖、高胰島素血癥和胰島素抵抗(IR)。但這種方法導(dǎo)致動(dòng)物死亡率高，成模率也不到30%[9]。

3.2 化學(xué)誘導(dǎo)法復(fù)制模型

3.2.1 四氧嘧啶(Alloxan) 在鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)用于復(fù)制糖尿病動(dòng)物模型前，Alloxan是最廣泛的糖尿病動(dòng)物模型復(fù)制藥物，常用劑量為100～200 mg/kg[10]。其原理主要是在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生自由基，選擇性損傷B細(xì)胞，胰島素合成受阻，血糖升高[11]。Alloxan法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，價(jià)格價(jià)廉，復(fù)制周期短。缺點(diǎn)是Alloxan可致動(dòng)物肝、腎損害，用量偏大會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物死亡率上升，偏小又會(huì)降低成模率，因此使用時(shí)，最好預(yù)試該批動(dòng)物的適合劑量。

3.2.2 STZ STZ是從鏈霉菌中提取出來的一種廣譜抗生素，其造模原理可能與以下因素有關(guān)：直接損傷胰島B細(xì)胞；通過激活自身免疫，破壞B細(xì)胞；提高機(jī)體氧化能力損傷胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞，最終使胰島素分泌下降，導(dǎo)致血糖水平升高[12-15]。應(yīng)用STZ造模，根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道，大致可以分為兩種方法。其一：一次性或連續(xù)3 d給予SD或Wistar大鼠大劑量(65～95 mg/kg)腹腔注射，誘發(fā)1型糖尿病動(dòng)物模型[16]。該方法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成膜快；缺點(diǎn)是模型與人類大多數(shù)糖尿病模型發(fā)病機(jī)理與病理變化并不相符，而且動(dòng)物血糖偏高，體重下降迅速，遠(yuǎn)期死亡率很高，一般存活時(shí)間不超過1年，個(gè)別報(bào)道存活時(shí)間能達(dá)到18個(gè)月。其二：多次小劑量注射誘發(fā)糖尿病模型，有報(bào)道給予2～3月齡SD或Wistar大鼠多次小劑量(15～45 mg/kg)腹腔注射，成功復(fù)制出糖尿病動(dòng)物模型，該模型穩(wěn)定性和遠(yuǎn)期存活率都優(yōu)于前一種方法。也有報(bào)道多次小劑量給予新生大鼠注射STZ，在大鼠成年后可以發(fā)生典型的T2DM臨床癥狀[17]。這兩種方法復(fù)制的糖尿病動(dòng)物模型均可作為糖尿病兼脂質(zhì)代謝異常方面的研究。

3.2.3 Alloxan-STZ聯(lián)合給藥誘發(fā)糖尿病 劉晟等[18]報(bào)道，給予成年大鼠STZ 30 mg/kg和Alloxan 50 mg/kg，可以快速?gòu)?fù)制出糖尿病動(dòng)物模型。該方法優(yōu)點(diǎn)是聯(lián)合用藥，不但可以提高成模率，還能降低動(dòng)物死亡率，減輕大劑量使用Alloxan對(duì)動(dòng)物肝腎損害。

3.2.4 靜脈注射水合阿脲 給烏克坦小型豬一次靜脈注射水合阿脲200 mg/kg，可產(chǎn)生典型的急性糖尿病。給大鼠用環(huán)丙庚哌4周，可產(chǎn)生高血糖癥狀。

3.3 中西醫(yī)結(jié)合

3.3.1 高脂誘發(fā)非胰島素依耐型糖尿病(noninsulin-dependent-diabetes mellitus，NIDDM)模型 研究者采用高能量食物飼養(yǎng)大鼠1～2個(gè)月，可明顯誘發(fā)動(dòng)物產(chǎn)生高胰島素血癥。近年來，許多文獻(xiàn)報(bào)道，給予大約200 g Wistar或SD大鼠4周高糖高脂飲食，便能使動(dòng)物產(chǎn)生胰島素抵抗[19]；而用脂肪占總熱能的45.5%的高脂飲食也成功地誘發(fā)了c57BL/6g小鼠產(chǎn)生T2DM[20]。優(yōu)點(diǎn)：揭示了高脂膳食與T2DM的密切關(guān)系，也為廣泛開展T2DM的實(shí)驗(yàn)研究提供了良好的動(dòng)物模型。缺點(diǎn)：復(fù)制干擾因素很多，比如大鼠體重、飲食結(jié)構(gòu)、氣溫與濕度、通風(fēng)情況、和周圍噪音等都可能影響模型質(zhì)量和成模率。

3.3.2 高糖誘發(fā)NIDDM模型 高糖飲食是致胰島素抵抗和糖尿病發(fā)病的高度危險(xiǎn)因素，而高果糖最易造成胰島素抵抗[21]。李瑞峰等給雄性Wistar大鼠飲用12%的高果糖水建立MDDM模型。

3.3.3 STZ+高脂飲食造模 蔡文就等[22]采用中劑量STZ+肥甘飲食(總熱能為6.491 KJ/g)持續(xù)喂養(yǎng)10周的方法，模擬實(shí)驗(yàn)性NIDDM大鼠模型,趙曉華等[23]則用25 mg/kg體重給大鼠注射STZ，再結(jié)合高脂飲食喂養(yǎng)，復(fù)制的模型大鼠不僅有糖尿病“三多”的典型癥狀，還具備超重與高血脂、高胰島素血癥和胰島素抵抗的特征，這與目前臨床上很多T2DM早起臨床特點(diǎn)相符。

3.3.4 高糖高脂飲食+小劑量STZ模型 T2DM發(fā)病總的來說可以歸納為胰島素相對(duì)或絕對(duì)缺乏[24]。通常啟動(dòng)T2DM發(fā)生的初始原因是胰島素抵抗[25]，前文已述及高能飲食具有顯著誘發(fā)動(dòng)物產(chǎn)生IR的作用[26]。根據(jù)這個(gè)原理復(fù)制的T2DM是目前應(yīng)用最為廣泛的糖尿病模型。

造模方法一：國(guó)內(nèi)首先由郭嘯華等[27]在2000年報(bào)道應(yīng)用這一方法獲得成功，在以后的10余年內(nèi)，類似報(bào)道層出不窮，而且許多研究人員在此模型上進(jìn)行了大量糖尿病基礎(chǔ)與藥物應(yīng)用研究，也有很多研究人員對(duì)此方法做了進(jìn)一步的改良，使模型成功率、穩(wěn)定性和變異性等方面都得到了進(jìn)一步的提升。同時(shí)這一模型也成為研究T2DM血管并發(fā)癥(如糖尿病腎病、冠心病等)的理想動(dòng)物模型。這一復(fù)制方法在近年來被國(guó)內(nèi)外研究者廣泛應(yīng)用，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良。

造模方法二：張芳林等[28]利用8周齡SD大鼠，高能飼料喂養(yǎng)8周+小劑量STZ(15 mg/kg)尾靜脈注射，成功復(fù)制出T2DM。該模型主要特點(diǎn)是高脂飲食首先誘發(fā)大鼠產(chǎn)生IR，小劑量STZ破壞適量胰島B細(xì)胞，復(fù)制的模型大鼠血糖能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，動(dòng)物存活率高，與人類肥胖原因引起的糖尿病病理和發(fā)病機(jī)制相似，是目前糖尿病及其并發(fā)癥研究中比較理想的動(dòng)物模型。

3.4 病毒誘導(dǎo)

柯薩奇病毒多感染兒童，主要經(jīng)腸道傳播,引發(fā)胰腺炎，導(dǎo)致淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)，B細(xì)胞壞死，可使新生的小白鼠、田鼠等致病，對(duì)成年鼠不致病。其高血糖為特發(fā)性，伴有明顯低胰島素血癥。在某些小鼠中可自然緩解，但糖耐量異常及高血糖在恢復(fù)期中仍將存在[17]。

4 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物

根據(jù)研究者的意愿，借助實(shí)驗(yàn)手段來控制實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的特定基因成分及其表達(dá)等，而使動(dòng)物表現(xiàn)特有的遺傳性狀，這個(gè)技術(shù)稱為轉(zhuǎn)基因技術(shù)，用此技術(shù)制作的動(dòng)物模型稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。主要有單基因敲除，多基因敲除，MODY3模型，線粒體突變動(dòng)物模型。不過根據(jù)近年來的研究發(fā)現(xiàn)，單靠基因敲除這項(xiàng)技術(shù)還很難揭示胰島素抵抗和糖尿病發(fā)生的根本機(jī)制[29]。

5 研究展望

盡管目前研究人員已經(jīng)成功復(fù)制出各種糖尿病動(dòng)物模型，但是，這些模型仍存在一些不足之處：(1)模型誘導(dǎo)方式多樣，即使同一種復(fù)制方法，也缺乏統(tǒng)一的操作規(guī)范。比如現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的“高脂飼養(yǎng)+小劑量STZ”技術(shù)，在高脂飼料配方和STZ用量用法上各家報(bào)道差異就很大。(2)關(guān)于各種動(dòng)物糖尿病的判斷標(biāo)準(zhǔn)參差不齊，有的標(biāo)準(zhǔn)相差一倍以上。例如：T2DM大鼠，許多報(bào)道引用血糖>7.8 mmol/L作為模型成功的判斷標(biāo)準(zhǔn)，也有很多報(bào)道引用血糖≥16.7 mmol/L作為模型成功的判斷標(biāo)準(zhǔn)。(3)模型的成功率、穩(wěn)定性、死亡率、血糖差異性，胰腺與肝臟組織的病理結(jié)構(gòu)改變等差別也很大。但是相信隨著研究的不斷深入，人類必將獲得與人類糖尿病發(fā)病機(jī)制和病理變化高度吻合的動(dòng)物模型，對(duì)糖尿病臨床及實(shí)驗(yàn)研究起到更大推動(dòng)作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉 燁，張 琳，洪天配.2011年糖尿病學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展和熱點(diǎn)回顧[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)前沿雜志，2011，3(6)：27-31.

[2]Yang W，Lu J，Weng J，et al.Prevalence of diabetes among men and women in China[J].N Engl J Med，2010，362(12)：1090-1101.

[3]杜冠華，李學(xué)軍，張永祥，等譯.藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南—新藥發(fā)現(xiàn)和藥理學(xué)評(píng)價(jià)[M].北京：科學(xué)出版社，2001：698-712.

[4]汪 謙.主編.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)方法[M].北京：人民衛(wèi)生出社，1997：926-931.

[5]羅 雄，凌湘力.2型糖尿病動(dòng)物模型研究及其進(jìn)展[M].貴州省中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會(huì)第一次內(nèi)分泌代謝學(xué)會(huì)議論文匯編，2006：51-63.

[6]Feldhahn JR，Martin G.Insulin sensitivity in normal and diabetic cats[J].J Feline Med Surg，1999，1(2)：107-115.

[7]Bellinger DA,Merricks EP,Nichols TC.Swine models of type 2 diabetes mellitus insulin resistance，glucose tolerance，and cardiovas cular complications[J].ILAR J，2006，47(3)：243-258.

[8]萬玉玲，劉曉明.自發(fā)型2性糖尿病動(dòng)物模型[J].醫(yī)學(xué)綜述，2008，14(14)：2175-2177.

[9]西安市“破壞飽食中樞快速育肥”科研協(xié)作組，秦正譽(yù).金硫葡萄糖下丘腦實(shí)驗(yàn)性肥胖綜合癥[J].科學(xué)通報(bào)，1980，25(12)：570-573.

[10]黃 松，洗 蘇.糖尿病動(dòng)物模型研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].廣西醫(yī)學(xué)，2002，24(1)：46-48.

[11]Takasu N，Komiya T，Asawa T，et al.Streprozocin- and alloxan-induced H2O2generation and DNA fragmentation in pancreatic islets[J].Diabetes，1991，40(9)：1141-1145.

[12]羅 亮，吳語(yǔ)寧，趙默晗，等.1型糖尿病動(dòng)物模型研究進(jìn)展[J].吉林農(nóng)業(yè)，2011，22(12)：212-214.

[13]于德民，吳 銳，尹 濰，等.實(shí)驗(yàn)性鏈服佐菌素箱尿病動(dòng)物模型的研究[J].中國(guó)糖尿病雜志，1995，3(2)：105-107.

[14]Like AA，Rossini AA.Streptzotocin-induced pancreatic insulitis：new model of diabetes，Science，1976，193(4251):415-417.

[15]Papaccio G，frascatore S，Esposito V，et al.Early macrophage infiltration in mice treated with low-dose Streptozotocin decreases islet superoxide dismutase level：Prevention by silica pretreatment[J].Acta Anat，1991，142(2)：141-146.

[16]錢東生，朱毅芳.非胰島素依賴性大鼠模型制備的實(shí)驗(yàn)研究[J].南通醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，20(1)：208-212.

[17]施新猷.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，2000:482-484.

[18]劉 晟，王 維，羅賢明，等.藥物誘導(dǎo)狗1型糖尿病的研究[J].湖南醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，25(2)：125-128.

[19]魯 瑾，鄒大進(jìn)，張家慶.高脂飲食誘發(fā)大鼠胰島素抵抗后腫瘤壞死因子的改變[J].中國(guó)搪尿病雜志，1999，7(5)：284-286.

[20]葛學(xué)全，郭俊生，趙法極，等.高脂誘發(fā)2型糖尿病模型建立及谷氨酸胺的保護(hù)作用研究[J].解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2000，18(1)：21-23.

[21]Zavaroni I，Sander S，Scott S，et al.Effect of fructose feeding on insulin secretion and insulin action in the rat[J].Metabolism，1980，29(10)：970-973.

[22]蔡文就，熊曼琪，朱章志，等.實(shí)驗(yàn)性NIDDM大鼠模型及其胰島素抵抗的初步研究[J].廣州中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)，1997，14(2)：87-91.

[23]趙曉華，宋 征，李 興，等.胰島素抵抗性非胰島素依賴性糖尿病大鼠模型研制[J].中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，1999，33(5)：330-332.

[24]Yki-J?rvinen H.Role of insulin resistance in the Pathogenesis of NIDDM[J].Diabetologia，1995，38(2)：1378-1388.

[25]Taylor SI，Accili D，Imai Y.Insulin resistance or deficiency.Which is the Primary cause of NIDDM[J].Diabetes，1994，43(6)：735-740.

[26]Proietto J,Filippis A,Nakhla C，et al.Nutrient-induced insulin resistance[J].Mol Cell Endocrinol，1999，151(1-2)：143-149.

[27]郭嘯華，劉志紅，李 恒，等.實(shí)驗(yàn)性2型糖尿病大鼠模型的建立[J].腎臟病與透析腎移植雜志，2000，9(4)：351-355.

[28]張芳林，李 果，劉優(yōu)萍，等.2型籍尿病大鼠模型的建立及其精代謝特征分析[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)報(bào)，2002，10(1)：16-20.

[29]孫 煥，陳 廣，陸付耳.介紹幾種誘發(fā)型糖尿病動(dòng)物模型[J].中國(guó)方劑學(xué)雜志，2007，13(2)：65-68.