誘導(dǎo)性代謝綜合征動(dòng)物模型研究進(jìn)展

張 敏，遲秀娥，薛 妍，張宏穎，劉艷麗，王秀萍，薛志忠，曹慧娟，李繼安

(1.華北理工大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，河北 唐山 063210；2.滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院內(nèi)分泌糖尿病科，河北 滄州 061000；3.河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北 唐山 063210)

代謝綜合征(metabolism syndrome，MS)包含肥胖、高血壓、糖代謝異常、血脂紊亂、高胰島素血癥等多種心血管病危險(xiǎn)因子，是多種代謝疾病的聚合體。目前，MS的病理機(jī)制尚未清楚，西醫(yī)治療多局限于對(duì)癥治療，中醫(yī)治療則具有整體調(diào)節(jié)、辨證論治的特點(diǎn)。構(gòu)建與人類MS特征類似的動(dòng)物模型，選擇合理的模型復(fù)制成功的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于探究其病理機(jī)制及干預(yù)藥物的基礎(chǔ)研究尤為關(guān)鍵。目前MS動(dòng)物模型的構(gòu)建主要有兩類方法，一是選擇遺傳動(dòng)物模型，二是對(duì)動(dòng)物進(jìn)行基因修飾、飲食和(或)藥物及外科干預(yù)誘導(dǎo)等措施。這兩類方法各有利弊，顯然模仿人類高能量飲食及靜坐少動(dòng)等不良生活方式復(fù)制模型更能體現(xiàn)人類MS的病理特征。

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

目前常用的嚙齒類動(dòng)物主要有Wistar大鼠、Sprague-Dawley(SD)大鼠、C57BL/6小鼠、倉(cāng)鼠、家兔、Gottingen小豬等，其中Wistar大鼠及SD大鼠最多見。由于品系不同的動(dòng)物具有差異性遺傳基因，故其生理病理特點(diǎn)表現(xiàn)各異，如張克交等[1]實(shí)驗(yàn)研究表明，谷氨酸鈉誘導(dǎo)MS模型具有種屬差異性，小鼠血脂升高水平較大鼠更明顯，因而實(shí)驗(yàn)研究時(shí)需根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康撵`活選用動(dòng)物。

2 誘導(dǎo)模型

目前誘導(dǎo)MS動(dòng)物模型的方法主要有單純飲食誘導(dǎo)、藥物誘導(dǎo)及飲食加藥物誘導(dǎo)3種模式。飲食誘導(dǎo)的飼料成分主要包括高脂、高糖、高鹽三類，化學(xué)誘導(dǎo)的藥物種類包括鏈脲佐菌素(streptozoxin，STZ)、糖皮質(zhì)激素(如地塞米松)及抗精神病類藥物(如奧氮平)等。以上各方法通過不同途徑引起代謝異常，最終導(dǎo)致MS的發(fā)生。

2.1 單純飲食誘導(dǎo)

2.1.1 高脂飲食 國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究表明，高脂飲食能有效地促進(jìn)血糖升高、胰島素抵抗、血脂異常等的發(fā)生，并隨攝食脂肪的增加呈劑量依賴性[2]。其機(jī)制可能在于攝入大量的脂肪后導(dǎo)致體內(nèi)脂肪酸及三酰甘油(triglyceride，TG)等升高，導(dǎo)致胰島素抵抗或(和)胰島素敏感性降低，而大量游離脂肪酸亦對(duì)胰島β細(xì)胞產(chǎn)生脂毒性。文獻(xiàn)研究表明，高脂飲食使用含20%～60%脂肪的飲食作為能量來(lái)源，應(yīng)用動(dòng)物脂肪和ω-6/ω-9脂肪酸為基礎(chǔ)的能量含量超過40%的半凈化飲食方法會(huì)導(dǎo)致肥胖和胰島素抵抗，而食用魚油的動(dòng)物不會(huì)發(fā)生這些疾病[3]。董明等[4]用近交系清潔級(jí)3周齡C57b/6L小鼠給予高脂飲食純化飼料(脂肪占總熱量的58%，碳水化合物占25.5%，蛋白占16.4%)誘導(dǎo)MS動(dòng)物模型，連續(xù)喂養(yǎng)10周成功構(gòu)建了高脂飲食喂養(yǎng)肥胖小鼠模型，其中模型組小鼠先后表現(xiàn)出肥胖、糖耐量降低及血脂紊亂。劉偉等[5]利用普通飼料加雞蛋黃、花生形成的高脂飼料喂養(yǎng)SD大鼠32周，成功構(gòu)建具有肥胖、高血壓、血脂異常特征的營(yíng)養(yǎng)性MS大鼠模型。此類模型復(fù)制方法具有操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、可重復(fù)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2.1.2 高脂高鹽飲食 大量動(dòng)物模型復(fù)制實(shí)驗(yàn)表明，單純高脂飲食不易形成穩(wěn)定的高血壓模型，而高鹽飼料可成功誘導(dǎo)出鹽敏感度高血壓模型。目前研究認(rèn)為，高鹽飲食導(dǎo)致高血壓的主要機(jī)制包括離子轉(zhuǎn)運(yùn)改變(如鈉鈣交換增加)和腎臟排鈉功能異常致水鈉潴留等。國(guó)外一項(xiàng)研究表明，高鹽飲食可使交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮，增加氧化應(yīng)激和炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，亦可通過激活腎素、血管緊張素、醛固酮系統(tǒng)，增加腎素血管緊張素Ⅱ產(chǎn)生，引起鈉水潴留，造成各種病理改變，使血壓升高[6]。盧文藝等[7]根據(jù)前期研究，以高脂高鹽飲食(基礎(chǔ)飼料占50%，豬油占25%，蔗糖占15%，NaCl占10%)喂養(yǎng)Wistar大鼠12周成功誘導(dǎo)具有肥胖及胰島素抵抗等特征的MS大鼠模型。

2.1.3 高糖飲食 目前單純高糖飲食誘導(dǎo)MS動(dòng)物模型主要采用高糖飲食或高糖飲水兩種方式，涉及的糖類主要成分為不同形態(tài)的果糖，包括游離態(tài)果糖及結(jié)合態(tài)果糖(蔗糖)。目前針對(duì)高糖誘導(dǎo)MS潛在機(jī)制的研究主要是影響糖脂代謝及腸道菌群兩大方面。果糖經(jīng)胃腸道通過果糖特異性轉(zhuǎn)運(yùn)子及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2吸收、擴(kuò)散入血，經(jīng)過三羧酸循環(huán)迅速代謝，從而生成乳酸及葡萄糖、肝糖原、肌糖原等，也可通過磷酸果糖激酶干擾糖酵解過程。由于果糖代謝具有無(wú)限速酶且不依賴胰島素的特點(diǎn)，大量果糖迅速代謝產(chǎn)生大量中間產(chǎn)物，部分可轉(zhuǎn)化為脂肪酸，脂肪酸增加可導(dǎo)致增加氧化應(yīng)激、異常脂質(zhì)堆積，造成一定程度的肝損害，進(jìn)而造成肥胖、血脂紊亂、糖耐量異常和胰島素抵抗等。DI LUCCIA等[8]研究表明，腸道微生物直接參與果糖飲食誘導(dǎo)MS的過程。PANG等[9]采用高糖飼料(糖類占77%，蛋白質(zhì)占16%，脂質(zhì)占6%)喂養(yǎng)雄性SD大鼠6周后，大鼠的收縮壓、胰島素、TG均明顯升高，但未出現(xiàn)高血糖癥。孟文靜[10]分別采用30%蔗糖溶液、40%蔗糖溶液、50%蔗糖溶液喂養(yǎng)SD大鼠18周，發(fā)現(xiàn)以上每個(gè)濃度溶液均可使SD大鼠的血糖、血脂及尿酸出現(xiàn)代謝紊亂；又分別以30%蔗糖溶液、40%蔗糖溶液喂養(yǎng)Wistar大鼠，8周后便成功構(gòu)建MS大鼠模型。兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，30%蔗糖溶液尤宜構(gòu)建肥胖型MS模型。MAMIKUTTY等[11]采用18只雄性Wistar大鼠飼喂20%果糖飲水(fructose drinking water，F(xiàn)DW)和25% FDW 8周構(gòu)建FDW的MS模型，結(jié)果提示兩種濃度FDW均可造成血壓、血脂及血糖異常升高，并且20% FDW誘導(dǎo)肥胖型MS大鼠模型效果最好。以上研究表明，單純喂養(yǎng)高糖飼料不易形成高血糖，但單一地給予高糖飲水可在較短時(shí)間內(nèi)成功復(fù)制MS模型。

2.1.4 高脂高糖飲食 高脂高糖飼料是在高脂的基礎(chǔ)上加入高糖，或是高糖飲食，或是高糖飲水，添加的高糖主要為果糖及蔗糖，其作用機(jī)制可能是高糖及高脂誘導(dǎo)MS的結(jié)合。多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究表明，在其他飼料喂養(yǎng)的前提下添加高糖成分，可誘導(dǎo)大鼠出現(xiàn)全身胰島素抵抗，并可在一定程度上縮短模型復(fù)制成功時(shí)間。姜楠等[12]用高脂飼料(普通飼料占70%，蔗糖占10%，豬油占7%，食鹽占5%，膽固醇占1%，牛膽酸鈉占1%，蛋黃粉占6%)聯(lián)合飲用質(zhì)量濃度200 g/L的蔗糖水連續(xù)飼養(yǎng)雄性Wistar大鼠12周，成功構(gòu)建了糖代謝異常MS模型。謝麗麗等[13]采用15%果糖水配合高脂飲食(普通飼料占78.8%，豬油占10%，蛋黃粉占10%，膽固醇占1%，膽鹽占0.2%)飼養(yǎng)SD大鼠10周后，MS模型復(fù)制的成功率為73.3%(11/15)，證明此誘導(dǎo)方式可在較短時(shí)間建立MS動(dòng)物模型。孟文靜[10]將SD大鼠分別給予一號(hào)高脂高糖飼料(包含豬油23%，蔗糖21%等)及二號(hào)高脂高糖飼料(含豬油21%、蔗糖41%等)喂養(yǎng)17周后，兩模型組均出現(xiàn)糖脂代謝紊亂，但未出現(xiàn)肥胖。研究者考慮是因?yàn)轱暳现刑侵窟^高使大鼠食欲下降，進(jìn)食量減少，故體質(zhì)量未升高。雖然此研究結(jié)果與以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾，但也提示在運(yùn)用高脂高糖飲食誘導(dǎo)MS動(dòng)物模型時(shí)，注意控制糖脂成分的比例。

2.1.5 高脂高鹽高糖飲食 研究表明，此類飲食方式可致日熱量攝入過高，而過多的能量以脂肪形式儲(chǔ)存體內(nèi)可引起肥胖。積累的脂肪會(huì)增加游離脂肪酸的產(chǎn)生，導(dǎo)致氧化應(yīng)激的增加，導(dǎo)致脂肪因子分泌失調(diào)，產(chǎn)生大量炎癥因子，或降低脂聯(lián)素等有益因子水平，干擾胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致糖脂代謝紊亂、血壓升高等。朱黃澤等[14]采用高脂高糖高鹽飼料(含豬油10%、白砂糖10%、食用鹽5%等)喂養(yǎng)SD大鼠4周以誘導(dǎo)MS模型。馬育軒等[15]將健康雄性SD大鼠給予高脂高糖高鹽飼料(含豬油15%、蔗糖15%、食鹽5%等)飼喂20周，成功構(gòu)建肥胖型MS大鼠模型。以上飼料中添加的鹽含量均為5%，而添加的脂肪雖都是豬油，但其占飼料比例各不相同，糖的種類及比例也各異，這可能是影響模型復(fù)制成功時(shí)間的重要因素。

2.2 藥物誘導(dǎo) 研究表明，STZ可特異性作用于胰島β細(xì)胞，部分甚至可完全損害胰島結(jié)構(gòu)，造成胰腺內(nèi)分泌功能障礙，從而使機(jī)體出現(xiàn)糖脂代謝紊亂，最終導(dǎo)致高血脂癥和胰島素抵抗的發(fā)生[16]。糖皮質(zhì)激素可通過多種機(jī)制導(dǎo)致MS的發(fā)生，主要包括以下幾個(gè)方面：①促進(jìn)脂肪細(xì)胞生成，增加脂肪分解及蛋白質(zhì)的分解，產(chǎn)生游離脂肪酸及游離氨基酸，最終導(dǎo)致肥胖及胰島素抵抗等產(chǎn)生。②使肝糖異生增加，升高血糖水平。③與腎臟受體的非特異性結(jié)合導(dǎo)致鈉水潴留、鉀排泄及血漿容積增加，導(dǎo)致血壓升高?？咕癫∷幬镎T導(dǎo)的MS的機(jī)制尚未明確，但大量研究表明，抗精神病藥物既可通過降低瘦素水平、增加食欲等途徑導(dǎo)致糖脂代謝紊亂、體質(zhì)量增加，亦可通過阻斷腎上腺素α1受體，引起血管收縮而致血壓升高，從而導(dǎo)致MS[17]。目前單一應(yīng)用藥物誘導(dǎo)MS動(dòng)物模型的方法雖不普遍，但不乏采用此類方法的研究者。劉紫君等[18]通過在成熟脂肪細(xì)胞增殖培養(yǎng)基中加入1 μmol/L地塞米松，96 h后成功構(gòu)建胰島素抵抗模型。研究表明，若在乳鼠出生1周內(nèi)皮下注射高劑量谷氨酸鈉，可破壞其下丘腦攝食中樞，進(jìn)而引起內(nèi)分泌代謝紊亂，最終導(dǎo)致模型鼠成年后表現(xiàn)出MS相關(guān)體征[19]。張克交等[1]采用新生大鼠、小鼠皮下注射3 mg/L谷氨酸鈉的方法均能成功構(gòu)建MS模型。該類模型復(fù)制方法具有簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)，但此模型與人類MS發(fā)生的病理特征存在一定差距，故單一應(yīng)用化學(xué)誘導(dǎo)存在一定局限性。

2.3 飲食聯(lián)合藥物誘導(dǎo) 這種誘導(dǎo)方式具有模型復(fù)制時(shí)間短、模型較穩(wěn)定等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為普遍的一種模型復(fù)制方法，并且多選擇聯(lián)用STZ構(gòu)建模型。理論上以上各種飲食誘導(dǎo)方式均可聯(lián)合應(yīng)用STZ腹腔注射復(fù)制模型。研究表明，若實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一次性大劑量注射STZ，其24 h后即可出現(xiàn)穩(wěn)定的高血糖，但高劑量STZ可能過度破壞胰島β細(xì)胞而構(gòu)建的模型具有1型糖尿病特征，故復(fù)制模型時(shí)要控制STZ的劑量。目前STZ腹腔注射的方式主要有單次大量注射及多次小劑量注射兩種。王保偉等[20]在高脂飼料(含豬油150 g/kg、豆油30 g/kg、酪蛋白200 g/kg等)喂養(yǎng)雄性Wistar大鼠4周后，分別給予模型組20、30、60 mg/kg STZ腹腔注射以構(gòu)建糖尿病大鼠模型，最終模型復(fù)制成功率分別為 40%、80%、25%，由此表明STZ的劑量影響模型復(fù)制成功率。王娟等[21]采用高脂高糖飼料(含白糖20%、豬油15%、蛋黃10%、食鹽5%等)喂養(yǎng)Wistar大鼠11周后予以STZ溶液(35 mg/kg)腹腔內(nèi)一次性注射，成功構(gòu)建MS大鼠模型。雖目前選擇聯(lián)用STZ腹腔注射者居多，亦有應(yīng)用其他藥物誘導(dǎo)動(dòng)物模型的研究者。王玉勤等[22]采用高脂飼料喂養(yǎng)SD大鼠5周聯(lián)合隔日肌肉注射地塞米松磷酸鈉注射液7次(劑量為1 mg/kg)，復(fù)制胰島素抵抗伴脂代謝紊亂模型。

3 模型復(fù)制成功的鑒定

MS的臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，目前普遍意見認(rèn)為，在腹圍超過正常，高總膽固醇(total cholesterol，TC)、TG、低高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol，HDL-C)、高血壓和血糖異常5項(xiàng)指標(biāo)中，符合任意3個(gè)或以上指標(biāo)則可診斷為MS[23]，但評(píng)價(jià)MS模型是否成功的具體標(biāo)準(zhǔn)尚未達(dá)成共識(shí)。姜楠等[12]評(píng)判模型復(fù)制成功的標(biāo)準(zhǔn)是高血糖為必備條件，以下條件滿足3項(xiàng)或以上，具體包括：①肥胖大鼠體質(zhì)量較對(duì)照組均數(shù)升高20%；②模型復(fù)制前血壓超過大鼠收縮壓均數(shù)的1/6；③血糖超過7.99 mmol/L；④TC超過0.8 mmol/L，HDL-C低于0.57 mmol/L；⑤胰島素抵抗指數(shù)超過1.05。謝麗麗等[13]用果糖高脂飲食誘導(dǎo)MS模型時(shí)，判定模型復(fù)制成功的方法是以對(duì)照組各指標(biāo)均值±2倍標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)，在模型組中心性肥胖大于此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，滿足空腹血糖升高、TG升高、HDL-C降低三者中2項(xiàng)即可。馬育軒等[15]評(píng)價(jià)MS大鼠模型復(fù)制成功的標(biāo)準(zhǔn)，除了具備肥胖特征，還應(yīng)符合TG水平升高、HDL-C水平降低、高血壓及胰島素敏感指數(shù)升高4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中任意2項(xiàng)。梁毓源等[24]通過實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，高果糖飼料喂養(yǎng)后，若模型動(dòng)物的血壓、血糖及TG水平明顯高于對(duì)照組，則MS模型復(fù)制成功。蘇祖清等[25]構(gòu)建MS大鼠模型時(shí)，以模型組胰島素敏感指數(shù)小于正常組胰島素敏感指數(shù)均數(shù)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差為模型復(fù)制成功。

本研究未全面收集文獻(xiàn)中提及的MS模型復(fù)制成功標(biāo)準(zhǔn)，但從以上多種評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)中可以看出，模型復(fù)制成功的標(biāo)準(zhǔn)是指肥胖、血脂異常、高血糖、高血壓及胰島素抵抗相關(guān)指標(biāo)異常。其中評(píng)價(jià)肥胖的指標(biāo)主要是體質(zhì)量；評(píng)價(jià)血脂異常主要涉及TG、TC、LDL-C及HDL-C；評(píng)價(jià)胰島素抵抗的指標(biāo)包括胰島素水平、胰島素抵抗指數(shù)、胰島素敏感指數(shù)等。

4 總結(jié)

在應(yīng)用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究MS相關(guān)病理機(jī)制及藥物對(duì)MS干預(yù)作用過程中，首要考慮的問題就是能否成功復(fù)制模型。在進(jìn)行模型復(fù)制方案設(shè)計(jì)過程中，需要考慮動(dòng)物的選擇、飼養(yǎng)環(huán)境、模型復(fù)制方法、模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等諸多問題，如何選擇合適的實(shí)驗(yàn)方案是研究成功的基石。外科手術(shù)干預(yù)的方式難于體現(xiàn)MS的發(fā)病過程，故而應(yīng)用極少?；蛐揎椃椒ㄓ捎诩夹g(shù)要求嚴(yán)格、成本高等一系列因素，限制了其大規(guī)模使用。目前應(yīng)用最為廣泛的模型復(fù)制方法是構(gòu)建誘導(dǎo)性動(dòng)物模型，其涉及的方法多種多樣，主要包括單純飼料喂養(yǎng)、飼料喂養(yǎng)結(jié)合高糖飲水或者喂養(yǎng)結(jié)合化學(xué)誘導(dǎo)3種方法。顯然，以上模型復(fù)制方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如飲食誘導(dǎo)與人類不健康的生活方式類似，卻存在模型復(fù)制時(shí)間長(zhǎng)、成本相對(duì)較高的缺點(diǎn)，而飲食聯(lián)合藥物誘導(dǎo)的方法缺點(diǎn)不明顯，且有模型性狀相對(duì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于種屬特異性，模型復(fù)制成功時(shí)動(dòng)物表現(xiàn)的特征也有所偏向，故應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究目的有指向性地設(shè)計(jì)模型復(fù)制方案。