用于糖尿病研究的人源化鼠類模型概述

程 瑤 牟文博 辛 華

(佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院,黑龍江 佳木斯 154003)

糖尿病是一個(gè)全球性的健康問題，其患病率較高且呈逐年增加趨勢，其中糖尿病有幾種不同的分類，常見的是1型和2型糖尿病。1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，好發(fā)于兒童和年輕人，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生胰島素的胰島β細(xì)胞破壞[1]。而2型糖尿病(T2DM)最為常見，占所有糖尿病的95%，也更易帶來患多種糖尿病相關(guān)的并發(fā)癥[2]，好發(fā)于中年及成年人，與胰島素抵抗有關(guān)。由于糖尿病的復(fù)雜性，往往需要借助外界動(dòng)物模型進(jìn)行研究，合適小動(dòng)物模型的缺乏，在很大程度上限制了人類糖尿病的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，本文將對(duì)幾種典型鼠類糖尿病模型的應(yīng)用作一概述。

1 1型糖尿病的動(dòng)物模型

1.1 NOD小鼠

NOD小鼠于1974在日本大阪的SHIONOGI研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)[3]。NOD小鼠大約在3～4周齡時(shí)出現(xiàn)胰島炎。在糖尿病前期，胰島主要由CD4+和CD8+淋巴細(xì)胞浸潤，但也存在B細(xì)胞和NK細(xì)胞[4]。

胰島炎會(huì)導(dǎo)致β細(xì)胞破壞，但直到10至14周左右，大約90%的胰島素丟失，才開始出現(xiàn)明顯的糖尿病[5]。當(dāng)這些小鼠糖尿病癥狀明顯時(shí)，它們會(huì)迅速減肥并需要胰島素治療。NOD小鼠中的MHC 2類與人類中的MHC 2類具有結(jié)構(gòu)相似性，這可能賦予NOD小鼠和人類對(duì)該疾病相同的的抵抗力或易感性[6]。NOD小鼠和人類之間1型糖尿病基因的這種平行性在剖析1型糖尿病背后的一些機(jī)制和途徑方面極為有用[7]。因此，這些小鼠有可能適合于以自身免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)為靶點(diǎn)的治療試驗(yàn)。

然而，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，有些藥物對(duì)NOD小鼠有效，但對(duì)人類無效[8]。主要原因之一是干預(yù)的時(shí)間點(diǎn)不同。很多被證明在NOD小鼠中有效的藥物是在糖尿病早期使用的，并且已表明在年幼的NOD小鼠中預(yù)防糖尿病相對(duì)容易[9]。在NOD小鼠中測試糖尿病療法的另一個(gè)困難是，NOD的胰腺可以在研究后切除檢查，但人類外周血中缺乏可用于驗(yàn)證干預(yù)成功的生物標(biāo)記物。在將NOD小鼠給藥轉(zhuǎn)換為人類給藥方面也存在問題[10]。

改良NOD模型的策略包括使用NOD小鼠的特定基因操作[11]或創(chuàng)建具有人類免疫系統(tǒng)組成部分的人源化小鼠模型[12]。盡管NOD小鼠有局限性，但它仍被廣泛使用，因?yàn)樗_實(shí)代表了人類疾病的許多方面，是有助于識(shí)別多種可導(dǎo)致1型糖尿病的遺傳和信號(hào)途徑模型。

1.2 BB大鼠

BB大鼠來源于純種wistar大鼠。1974年首次在加拿大群體中發(fā)現(xiàn)自發(fā)性自身免疫性糖尿病，并由此產(chǎn)生了兩個(gè)始祖群體，一個(gè)是近交系(BBDP/WOR)，另一個(gè)是遠(yuǎn)緣系(BBDP)[13]?？固悄虿〉腂B大鼠也被培育作為對(duì)照。

BB大鼠通常在青春期后發(fā)展為糖尿病，雌雄患病率相似。大約90%的大鼠在8～16周齡時(shí)會(huì)患糖尿病。糖尿病表現(xiàn)型非常嚴(yán)重，大鼠需要胰島素治療才能生存。盡管動(dòng)物患有胰島炎，存在T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和NK細(xì)胞，但是淋巴細(xì)胞減少，CD4+T細(xì)胞嚴(yán)重減少，CD8+T細(xì)胞幾乎缺失[13]。說明淋巴細(xì)胞減少并不是只存在于人類或NOD小鼠1型糖尿病的特征，并因此被認(rèn)為這是使用BB作為人類1型糖尿病模型的一個(gè)缺點(diǎn)。盡管如此，該模型在闡明1型糖尿病的遺傳學(xué)方面仍具有重要價(jià)值，甚至被認(rèn)為是誘導(dǎo)胰島移植耐受的首選小動(dòng)物模型[13]。此外，BB大鼠已用于干預(yù)研究[14]和糖尿病神經(jīng)病變研究[15]。

1.3 LEW.1AR1/-iddm大鼠

這種1型糖尿病大鼠模型是在漢諾威醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)研究所(ZTM)培育的，自發(fā)產(chǎn)生于MHC單倍型(lew.1ar1)的同源lewis大鼠群體。這些大鼠表現(xiàn)為胰島炎，8～9周左右出現(xiàn)明顯的糖尿病。最初，糖尿病的發(fā)病率約為20%[16]；然而，隨著糖尿病大鼠的進(jìn)一步近親繁殖，發(fā)病率增加到60%左右，雌雄發(fā)病率相同[17]。動(dòng)物表現(xiàn)出糖尿病前期胰島浸潤大約在動(dòng)物高血糖前一周。這一相對(duì)較短的糖尿病前期可以對(duì)免疫細(xì)胞浸潤的不同階段進(jìn)行有效分析[17]。與NOD小鼠和BB大鼠相比，lew-iddm鼠沒有表現(xiàn)出其他自身免疫性疾病。它在顯性糖尿病發(fā)病后存活良好，因此可用于研究糖尿病并發(fā)癥[18]。然而，到目前為止，這一大鼠模型中的大多數(shù)研究都在調(diào)查糖尿病發(fā)生的機(jī)制和干預(yù)研究[19]。

2 2型糖尿病的動(dòng)物模型

2.1 肥胖模型

由于2型糖尿病與肥胖密切相關(guān)，因此目前大多數(shù)2型糖尿病動(dòng)物模型都是肥胖型的。肥胖可能是自然發(fā)生的突變或遺傳操縱的結(jié)果，也可以是通過高脂喂養(yǎng)所引起。

2.1.1 TallyHo/Jng小鼠

Tallyho小鼠是一種自然發(fā)生的肥胖癥和2型糖尿病模型，其來源于一個(gè)繁殖良好的Theiler Original小鼠群體中自發(fā)產(chǎn)生高血糖和高胰島素血癥的小鼠的選擇性繁殖[20]。在這些小鼠中會(huì)出現(xiàn)肥胖增加、血漿甘油三酯、膽固醇和游離脂肪酸水平升高，而高血糖僅限于雄性小鼠，其最早發(fā)育于10至14周齡，胰島增生脫粒，高胰島素血癥明顯。盡管最近的研究已經(jīng)使用TallyHo小鼠模型來研究糖尿病傷口的愈合情況，但TallyHo小鼠尚未完全表征出糖尿病并發(fā)癥[21]。

2.1.2 Lep ob/ob小鼠

Lep ob/ob小鼠是嚴(yán)重肥胖的模型，起源于1949年在杰克遜實(shí)驗(yàn)室的近交集落中發(fā)現(xiàn)的自發(fā)突變。該表型被繁殖到C57BL/6小鼠中，但直到1994年突變蛋白才被鑒定為瘦素[22]。體重增加始于2周齡，小鼠開始出現(xiàn)高胰島素血癥，到4周時(shí)，血糖明顯升高，持續(xù)升高于3～5個(gè)月達(dá)到峰值，此后隨著小鼠的年齡增長而下降[23]。其他代謝異常包括高脂血癥、溫度調(diào)節(jié)紊亂和體力活動(dòng)降低[23]。

這些小鼠的胰島體積顯著增加[24]。盡管胰島素釋放有一些異常，但是胰島仍維持著胰島素的分泌，在這種模型中缺乏完全的β細(xì)胞衰竭意味著糖尿病并不十分嚴(yán)重，不能完全代表人類2型糖尿病。值得注意的是，在C57B1/KS的背景下，隨著胰島的退化和早期死亡率的降低，糖尿病的發(fā)展更為嚴(yán)重[25]。

2.2 非肥胖模型

并非所有的2型糖尿病患者都是肥胖的，因此，對(duì)2型糖尿病瘦動(dòng)物模型的研究也很重要。這些模型包括β細(xì)胞不足，這是最終導(dǎo)致人類顯性2型糖尿病的原因。

2.2.1 Goto-Kakizaki大鼠

Goto-Kakizaki(GK)大鼠是由日本小組通過對(duì)葡萄糖耐性最差的Wistar大鼠進(jìn)行重復(fù)繁殖而創(chuàng)建的[26]。這導(dǎo)致了2型糖尿病瘦模型的發(fā)展，該模型的特征是葡萄糖不耐受和葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌缺陷。在該模型中，胰島素抵抗的發(fā)生似乎不是高血糖癥的主要起因，并且認(rèn)為葡萄糖代謝缺陷是由于β細(xì)胞質(zhì)量和/或功能異常所引起的[27]。GK大鼠用途已從2型糖尿病β細(xì)胞功能障礙的研究發(fā)展到糖尿病并發(fā)癥的研究[28]。

2.2.2 hIAPP小鼠

2型糖尿病的一個(gè)特征是胰島組織內(nèi)有淀粉樣蛋白的形成，其起源于胰島淀粉樣蛋白多肽(IAPP)。嚙齒動(dòng)物的IAPP并非淀粉樣變，因此嚙齒動(dòng)物通常不能為這一方面的疾病建模[29]。然而，轉(zhuǎn)基因小鼠已經(jīng)在胰島素啟動(dòng)子的作用下表達(dá)人IAPP(hIAPP)，它可以在胰島內(nèi)形成淀粉樣蛋白。已經(jīng)建立了多種hIAPP模型，并且已經(jīng)證明增加hIAPP的表達(dá)會(huì)增加β細(xì)胞的毒性。另外，復(fù)制的β細(xì)胞對(duì)hIAPP毒性更敏感，因此，在該模型中β細(xì)胞對(duì)增加的胰島素需求的適應(yīng)性受到限制[30]。

人源化糖尿病鼠類模型的構(gòu)建，使人類糖尿病的研究更具直觀性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的研究在一定水平上反應(yīng)了真實(shí)的人體，成為臨床前研究由鼠到人的重要橋梁。目前還沒有相關(guān)的研究對(duì)以上幾種模型進(jìn)行過直接比較，但是每個(gè)模型都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，還需不斷進(jìn)行完善和改進(jìn)，這是糖尿病未來醫(yī)學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的一個(gè)方向，具有重要意義。