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1、糖尿病动物疾病模型的研究与应用【摘要】 在探讨糖尿病的遗传，病理病因，防治及新药开发中，利用糖尿病的动物模型很有必要。本文就糖尿病动物模型的分类，实验性动物模型，自发遗传性动物模型，转基因动物模型的研究及其应用展开综述。【关键词】 糖尿病 动物 疾病模型 综述0 引言截止2011年11月，中国糖尿病患者人数达到9270万人，成为世界糖尿病患者第一，糖尿病情势非常危机。糖尿病病因不甚清楚,，研究糖尿病发病机制及治疗策略已成为医学工作者的一个重要课题。糖尿病分为：型糖尿病、型糖尿病和其它特异性糖尿病。型糖尿病即胰岛细胞破坏，常导致胰岛素绝对性缺乏，以往称为胰岛素依赖型糖尿病、青年发病型糖尿病，本型
2、病因及发病是由于胰岛细胞受到细胞介导性自身免疫性破坏。型糖尿病由于胰岛素抵抗并胰岛素分泌不足所致，以往称为非胰岛素依赖型糖尿病、成年发病型糖尿病，常伴有明显的遗传因素，但遗传机制尚未阐明。我国应用动物模型进行研究糖尿病方面科研文献不多, 而用实验动物研究糖尿病使得在临床糖尿患者不能采用的干预措施通过实验动物模型来完成。实验动物模型与人类疾病病因及发病方式又有差别。没有哪个单一动物模型包括了人类糖尿病的所有特征, 但是, 它们可提供一个或几个方面与人类极为相似的特征。为了更好的研究糖尿病发病机制和潜在治疗因素, 正确的动物模型是必要的。因此, 有必要对糖尿病动物模型的评价和选择作以简述。糖尿病动
3、物模型主要分为三类: 实验性动物模型、自发遗传性动物模型、转基因动物模型。本文1 实验性动物模型实验性糖尿病动物模型是指运用各种方法损伤动物胰脏或胰岛细胞导致胰岛素缺乏，或运用各种拮抗剂对抗胰岛素的作用，引起实验性糖尿病，现主要有以下几种方法。1.1 手术 大约100 多年前, 德国的Minkowski 和VonMehring 对狗行全胰腺切除引起糖尿病, 制得第一个糖尿病动物模型。此后，国内外学者对此法作了改良，成功制作了较为稳定的糖尿病动物模型。大多数动物（狗、猫、大鼠、兔、犬、猴等）在行胰腺大部切除（一般80%90%）后，残存的胰岛受到高糖饮食刺激后使胰岛细胞功能衰竭形成永久性糖尿病；或
4、结扎动物胰管加高糖饮食使胰岛形成明显的退变而形成糖尿病。手术方法主要用于1型糖尿病造模。但可出现高血糖、尿糖和酮症酸中毒，不治疗将导致死亡， 此手术还可致十二指肠坏死， 胰高血糖素降低及肠道脂肪消化酶缺乏而致脂肪泻。仅少数大动物适用, 较少使用。1. 2 应用化学药物致胰岛细胞损伤1. 2. 1 链脲佐菌素（STZ）STZ导致糖尿病是由于细胞通过葡萄糖转运蛋白2( GLUT2) 摄入后减少NAD+的细胞水平。从而导致细胞坏死。STZ是目前使用最广泛的糖尿病动物模型化学诱导剂，它对一些种属的动物胰岛细胞有选择的破坏，可以使猴、狗、羊、兔、大鼠、小鼠等实验动物产生糖尿病。一次大剂量或多次小剂量腹腔
5、或静脉注射STZ均可制备1型糖尿病模型。一次大剂注射所制得的速发型糖尿病系胰岛细胞直接受损所致，多次小剂量注射所制得的迟发型糖尿病模型细胞损伤可能与T淋巴细胞介导的免疫机制有关。黄波等探讨了不同途径注射STZ致大鼠糖尿病模型的研究，认为尾静脉给药是注射STZ致大鼠糖尿病的最佳途径。STZ和四氧嘧啶单独使用时，毒性较大，造模成功率低。郑里翔等采用联合使用小剂量STZ（30mg/kg）加四氧嘧啶（50mg/kg）方法，一次静脉注射，降低了毒性，增加了造模成功率，且降低了成本。STZ诱导制备1型糖尿病模型时，多次小剂量注射可有效模拟糖尿病的病程及发病原理，并降低动物死亡率，故目前使用增多。STZ处理
6、的新生大鼠成年后将呈现典型的2型糖尿病表现。小剂量STZ注射加特殊膳食诱导也可获得较为满意的2型糖尿病模型。施红等、冷三华等分别对Wistar大鼠采用高脂高糖饲养加低剂量腹腔注射STZ复制出2型糖尿病模型。Masiello等对3月龄Wistar大鼠在应用STZ（65mg/kg）15min之前，给予适当剂量（230mg/kg）的烟酰胺，部分保护胰岛细胞的功能，使动物最大程度地产生中等的、稳定的高血糖症，制造出一种新的2型糖尿病实验动物模型，在症状上比其他可利用的实验动物模型更接近人类糖尿病。1. 2. 2 四氧嘧啶 四氧嘧啶是胰岛细胞毒剂，通过产生超氧自由基而破坏细胞，使细胞内DNA损伤，并激活
7、多聚ADP核糖体合成酶活性，从而使辅酶含量下降，导致mRNA功能受损,细胞合成前胰岛素减少，导致胰岛素缺乏。给动物一次静脉或腹腔注射1%5%的四氧嘧啶水溶液100200mg/kg，可使实验动物的细胞很快受到损害，注射后24h可出现持续性高血糖，细胞呈现不可逆性坏死。用于制作1型糖尿病模型。叶燕丽等认为用四氧嘧啶制作大鼠糖尿病模型时腹腔注射的最适合剂量为200mg/kg。宁勇等自制四氧嘧啶针剂制作家兔糖尿病模型，实验结果表明四氧嘧啶针剂制作家兔糖尿病模型与四氧嘧啶溶液效果相同，但成模较快，成模率高，是制作家兔糖尿病模型的安全有效方法。四氧嘧啶造模法是制备糖尿病模型常用的一种方法，造模时应注意选择
8、合适的给药途径和给药剂量，要考虑动物的品种、品系、年龄、性别、体质量等因素，现仍然以一次腹腔注射150200mg/kg或静脉注射40100mg/kg最为常用。由于其对内脏组织可造成中毒性损害, 目前很少单独应用。有报道联合应用STZ小剂量多次注射可降低动物死亡率，提高造模率。1. 2. 3 环丙庚哌 环丙庚派是一种抗组胺药物，对大鼠连续投药4 周，可出现高血糖，胰岛细胞分泌功能逐渐减退。此种模型是一种可逆模型，中止投药后1 周，可自动恢复正常。此种模型与以上模型相比, 更接近人体发病形式。1.2.4 其他 给乌克坦小型猪一次静脉注射水合阿脲200mg/kg可产生典型的急性糖尿病。1. 3 病毒
9、感染 利用脑心肌炎病毒( EMC- M) 病毒及柯萨奇病毒接种小鼠，可以引起细胞脱颗粒而致糖尿病。为1型糖尿病动物模型。但此种模型成功率低, 目前较少采用。1. 4 注射激素 给动物注射糖皮质激素、生长激素、甲状腺素、胰高血糖素等拮抗胰岛素的作用，可制备内分泌性糖尿病动物模型。糖皮质激素和胰高血糖素促进糖原异生，抑制外周组织葡萄糖的利用即降低胰岛素的效能；生长激素使外周组织利用葡萄糖发生障碍，对胰岛素敏感性降低，刺激细胞过度分泌，终致衰竭产生糖尿病。但此法造模需要较长时间观察, 停药后可缓慢恢复至正常, 仅少数人采用。1. 5 催肥 选择性破坏下丘脑腹内侧核的饱食中枢，使动物食量增加，体型肥胖
10、，产生近似人类2 型糖尿病，出现高血糖，高胰岛素和胰岛素抵抗。催肥法与人类糖尿病发病情况较接近，但由于毁损下丘脑腹内侧核时动物病死率高，成模率较低，较少人采用。国外有通过给小鼠注射谷氨酸钠获得实验性肥胖动物模型ICR- MSG小鼠, 这些小鼠被认为是一种新的很有用途的实验性动物模型, 一个没有多食症的肥胖型2 型糖尿病模型。席守民等用高脂高糖饲料(含37%蔗糖及10%猪油)喂养贵州小型猪，3个月后出现严重高血糖和高血脂症。为研究糖尿病的病因学及并发症带来方便。1.6 特殊膳食诱导 给实验动物过量的食物或高蛋白、高脂、高糖饮食，均可使动物细胞负荷过重而发生萎缩，从而引起糖尿病，建立胰岛素抵抗的动
11、物模型。Huang等实验证明，高糖食物可引起大鼠高胰岛素血症，高脂肪食物可使大鼠胰腺分泌胰岛素功能减退及糖耐量降低。2 自发性遗传性糖尿病模型此种糖尿病模型没有人为干预因素, 更近似于人类糖尿病发病机制, 其应用于糖尿病发病机制及并发症方面科研价值非常高。近年来, 国际上掀起了研究胃转流手术( Gastricbypass procedure, GBP) 治疗2 型糖尿病机制的热潮。自发性2型糖尿病模型大鼠是一个很好的动物模型, 有助于进一步弄清楚GBP 手术治疗2 型糖尿病机制，为人类征服2 型糖尿病作出贡献。此模型缺点为价格昂贵，有可能发生遗传变异，需要专人专房饲养，另外
12、GBP手术成模及成活率问题可能会增加科研的难度。2. 1 中国地鼠 中国地鼠( Chinese hamster) 亦称黑线仓鼠( Cricetulus barabensis)其自发性遗传性糖尿病是最早由美国的Meier和Yerganian将健康中国地鼠通过近亲繁殖而成的近交系品种，为非肥胖型，轻、中度高血糖，初发病时，酮尿症发生率、血糖、血浆胰岛素，胰高血糖素和葡萄糖水解酶水平恒定降低而胰高血糖素恒定升高, 类似于人类2 型糖尿病。2. 2 BB大鼠 BB 大鼠是1974 年在加拿大渥太华BioBreeding 实验室首次发现而命名的自发性遗传性糖尿病动物模型，能模拟人类1 型糖尿病的自然发病
13、、病程发展和转归，且没有外因参与和干扰。2. 3 GK大鼠 可制作自发的2型糖尿病模型。该模型以葡萄糖刺激的胰岛细胞胰岛素释放受损为特征。葡萄糖刺激GK大鼠的胰岛细胞胰岛素分泌受损，这个缺陷可能与部分由于胰岛线粒体、葡萄糖氧化代谢缺陷有关。该模型肝糖原生成过多，肌肉和脂肪组织中度胰岛素抵抗。Movassat 等研究结果显示，该鼠胰岛组织的减少明显早于糖尿病的发生(高血糖)。因此细胞总数的减少是导致GK大鼠糖尿病的病理结果的一个原发特色。细胞再生能力存在，但效率低于非糖尿病大鼠。这种缺陷，既是基因遗传缺陷改变了细胞在新生期已经存在的再生潜能，也是环境因素(慢性高血糖)导致细胞再生能力下降的结果，
14、特别是成年GK大鼠。Koyama 等认为，渐进性细胞消失胰岛纤维化是GK大鼠2型糖尿病模型的特点。此模型是用于2型糖尿病发病机制及胰岛素抵抗方面研究的一个很好模型。适合于GBP手术治疗2型糖尿病机制方面的研究。2. 4 OLETF大鼠 OLETF大鼠是河野利用Long- Evans 系大鼠建立的能缓慢自发的2 型糖尿病动物模型动物。该鼠12周龄起出现明显胰岛素抵抗，具有多饮多食多尿及肥胖等特征。可用于胰岛素抵抗干预措施的评价。目前研究表明，早期糖尿病视网膜病的特征性形态学改变:无细胞毛细血管和血管周细胞形骸在OLETF大鼠未加速形成。OLETF大鼠不适合作血管性糖尿病视网膜病研究模型。2. 5
15、 肥胖Zucker大鼠 肥胖Zucker 大鼠出生4 5 周后出现糖尿病。特征为同时伴有肥胖、高血糖症、高胰岛素血症、高血脂、中度高血压, 可作为2 型糖尿病伴有高血压的动物模型。药学研究常选用此模型。2. 6 NOD小鼠 可制作典型的1 型糖尿病动物模型。是JCL -ICR品系小鼠衍生的CTS(白内障易感亚系)糖尿病小鼠近亲杂交而来，其发病多突然，表现明显多饮、多尿、消瘦，血糖显著升高，不用胰岛素治疗，动物存活不了一个月，通常死于酮血症。NOD小鼠是由T -细胞(包括CD4和CD8细胞)介导的，其发展受控于一系列T细胞的调节。细胞损伤继发于自身免疫过程，引起低胰岛素血症。免疫调节剂，可溶性白
16、介秦1受体，可溶性TNF受体p55，高果糖饮食等可预防NOD小鼠糖尿病发作。NOD小鼠的糖尿病发病率与性别有关，雌性鼠发病率显著高于雄性鼠且发病早。2. 7 NSY小鼠 NSY小鼠是从Jcl- ICR小鼠中通过远亲株根据葡萄糖耐量减低选择繁殖获得的具有年龄依赖性自发发生糖尿病动物模型。该鼠在任何年龄都无严重的肥胖，也无极端高胰岛素血症。24周龄后葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损显著，空腹胰岛素水平升高。这些都与人类2 型糖尿病病理生理特点相似。NSY 小鼠被认为有助于人们对2 型糖尿病遗传学倾向及发病机制的研究。2. 8 嗜沙肥鼠 Duhault 等发现，嗜沙肥鼠是在2型糖尿病晚期变得依赖胰岛素，隐发1型糖尿病( LADA)的模型动物。2. 9 TSOD小鼠 是近交系2型糖尿病小鼠，2月龄时出
