糖尿病动物模型研究进展

糖尿病动物模型研究进展糖尿病动物模型在糖尿病以及其并发症发病机制的研究中应用极其广泛，并且已有较长历史。

除此之外，所有针对糖尿病治疗的措施，包括胰腺细胞的移植，甚至是预防策略，都要预先在动物模型上开展并观察。

因此，对糖尿病动物模型进行研究和优化，使其更接近人类糖尿病发病过程，将有助于深入研究糖尿病及其并发症的发病机制，并为治疗和预防糖尿病奠定重要基础。

标签：糖尿病；实验性动物模型；自发性；诱导性糖尿病是人类重要的代谢疾病，是继心脑血管疾病，癌症之后人类第三大杀手[1]。

2011年国际糖尿病联盟（International Diabetes Federation，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。

中国糖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，为了满足研究人员不同的需求，人们建立了大量的糖尿病动物模型。

本文的主要目的是对糖尿病研究中常用的动物模型进行分类和整理，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 1型糖尿病动物模型人类1型糖尿病的特点是胰腺β细胞特定性的破坏，通常与免疫介导的损伤有关[4]。

尽管这种破坏作用发生的悄无声息，但长此以往最后将导致胰腺β细胞的大量死亡以及内分泌的失调，最终导致胰岛素贫乏症。

目前，根据造模方法和选择使用动物品系的不同，1型糖尿病动物模型可分为两大类：诱导性模型和自发性模型。

1.1 诱导性1型糖尿病模型建立高血糖动物模型的最直接办法之一就是切除部分或者全部的胰腺。

早在18世纪80年代，在研究肠道吸收脂肪的作用过程中，无意中发现被部分或全部切除胰腺的狗会出现尿多、骤渴等糖尿病的典型症状。

至此之后，大量的类似实验在狗和兔子的身上开展起来。

直至19世纪20年代初期Banting和Best在一只名为玛丽乔的胰腺切除的狗身上共同发现胰岛素[5]。

在19世纪60年代和80年代，研究人员发现通过注射链脲霉素（Streptozocin）[6]、四氧嘧啶（Alloxan）[7]、吡甲硝苯脲（Vacor）、二苯基硫代卡巴腙（Dithizone）和8-羟基喹啉（8-hydroxyquinolone）等化学毒素类物质，同样也可以破坏胰腺组织。

链脲霉素是一种能够抑制葡萄糖转运、葡萄糖激酶功能、诱导多DNA链断裂[10]的一种强烷基化药剂[8-10]。

由于这类药物的毒素作用，一次性大剂量的注射或者多次的小剂量注射都可以诱导啮齿类动物产生以高血糖为主要特征的糖尿病动物模型。

而小剂量STZ多次注射诱导产生的动物模型在研究免疫途径所导致的β细胞凋亡有广泛的应用[11]。

无论是外科技术还是毒素介导的胰腺损伤、破坏，都是研究长期高血糖导致不良结果的有价值方法。

例如由于长期高血糖导致的并发症的研究。

如果使用雌性动物来进行造模，则可观察妊娠糖尿病对其后代的影响，如在这个过程，对动物模型进行胰岛素注射或口服降糖药物进行干预治疗则可进一步对糖尿病治疗药物进行深入研究。

1.2 自发性1型糖尿病模型NOD（non-obese diabetic）小鼠和伍斯特（Biobreeding-rat）大鼠是常用的与人类1型糖尿病发病机制相似的两类动物模型。

此类模型大都在实验室环境下近交培育多代，如高血糖等许多基因型和表型都在这一过程中被放大且稳定遗传，但这并不代表着所有与人或啮齿类动物糖尿病相关的糖尿病病理学特征都有所表现，也就是说每种动物模型只有一种或几种病理学特征与人类相似或相同。

1.2.1 NOD小鼠NOD 小鼠（nonobese diabetes mouse）是Jc1-ICR品系小鼠衍生的糖尿病近亲杂交小鼠[12]。

与其他1型糖尿病动物模型相比，NOD小鼠与人类1型糖尿病发病过程极其相似，如在4～5周龄的时候会出现胰腺炎，并伴随着临床上不明显的胰腺β细胞破坏和胰岛素分泌的减少，在小鼠的12～30周龄大小时会出现典型的糖尿病症状。

与人类1型糖尿病所不同的是，即使没有胰岛素的维持这类鼠也能存活数周，不会因为酮血症而死亡。

因此，自从其被筛选后的25年间，大量的关于1型糖尿病的研究都应用的是这种模型。

1.2.2 BB大鼠BB大鼠是由Bio-breeding生物育种实验室于1974年首次培育出来的。

模型大鼠在12周龄左右就会出现体重下降、多尿、烦渴、高血糖、胰岛素缺失等一系列糖尿病典型临床症状。

BB大鼠与人类糖尿病典型症状十分相似，如果模型动物不进行胰岛素干预治疗的话，最终动物将会死于酮血症[13]。

2 2型糖尿病动物模型2型糖尿病是一类代谢综合征，是以胰岛素抵抗或胰岛素分泌受损所导致的空腹或餐后血糖升高为主要特征的一类慢性疾病。

现今认为一些糖尿病的亚型是由于特定的单体基因缺失所导致的，如成年期糖尿病综合征、严重的胰岛素抵抗、线粒体糖尿病等。

有些动物为了适应因胰岛素抵抗所导致的高胰岛素血症，产生持续且逐渐增强的β细胞代偿反应，如ob/ob小鼠和fa/fa大鼠都是这种类型的糖尿病动物。

还有其它类型的糖尿病动物如db/db小鼠和沙鼠则因为先天性的β细胞胰岛素分泌不足，导致其出生后即迅速的发展成高血糖症，并伴随其一生。

对这些不同类型的糖尿病动物模型进行研究，有助于了解为什么一部分肥胖症患者没有发展成2型糖尿病，而另外一部分相对轻度的肥胖患者却有着较高血糖和胰岛素抵抗程度。

2.1 GK（Goto Kakizaki）大鼠GK大鼠是在Wistar大鼠中多代选育中挑选出具有高血糖背景的一类动物模型[14]。

此类大鼠在成年后，一直会维持着较高的血糖水平。

通常这些鼠的餐后血糖较为稳定，但如果给予葡萄糖的刺激后将会使血糖有较高水平的提升。

GK大鼠在刚出生时就有相对较少的胰岛β细胞[15]，在成年的大鼠身上往往同时存在着胰岛素抵抗和胰岛素分泌受损[16]。

GK大鼠在发病的同时会展现出与人类2型糖尿病及其并发症类似的一些病理特征，如肾脏的病变、外周神经系统的病变和视网膜异常[17-19]，该类动物模型为研究2型糖尿病及其并发症提供了恰当的动物模型。

2.2 KK小鼠KK小鼠原是用来选育繁殖大体型鼠[20]。

此类鼠一旦成年就会逐渐产生与胰岛素抵抗、代偿性高血清胰岛素和胰腺细胞过度增生相关的过度肥胖[21]。

此类动物模型具有很明显的糖尿病表型特征，如过量的食物摄入量、限制能量摄入明显减少、高血糖和肥胖。

在世界范围内有很多此类动物的品系在培育，由于不同选育方法与培育者的努力，所有这些鼠的表型和基因型彼此之间都各不相同。

2.3 NSY（Nagoya- Shibata- Yasuda）小鼠NSY小鼠动物模型也是通过选择性育种筛选出来的品系，只是所筛选来源鼠种为Jc1-ICR。

NSY小鼠是一种年龄依赖性的自发糖尿病模型，其主要特点为胰岛素分泌受损并伴随着轻微的胰岛素抵抗，在研究与年龄相关表型（如β细胞功能下降）时，特别有代表性。

与其它糖尿病动物模型不同的是，NSY小鼠不是以肥胖为主要特征。

其发病机制具有十分明显的性别差异，雄性要比雌性产生高血糖的几率高出近3倍以上[22]。

而这种明显发病性别差异性在2型糖尿病动物模型中是普遍存在的一种特征。

3 转基因动物模型随着分子生物学技术的发展，更多的新兴动物模型被研究出来用于糖尿病研究，如基因敲除动物（knockout animals）和转基因动物（transgenic animals）。

在对转基因动物的研究中，由于转基因是通过随机的方式整合至基因组中的，因此外源基因整合至基因组中的位置，甚至是外源基因的拷贝数都会直接影响其在后代中的效果。

当然，基因敲除技术以及转基因技术的使用并不是毫无限制。

某一特定基因过高或过低的表达将会导致与其相关基因产生补偿机制，进而表达也发生改变。

例如，由于胰岛素受体底物1（IRS1）在细胞内信号传导中处于核心地位，即使完全敲除，胰岛素级联信号的过剩也会克服基因水平上的调控，对其功能不会有太多的影响。

毫无疑问，糖尿病的动物模型对人类疾病的发病机制提供了极为宝贵的经验。

患者直接受益于使用动物模型所发现的胰岛素，以及利用动物模型对其它治疗方法的效果评估。

然而，在研究中仍旧存在一些问题，如在啮齿类动物模型上进行的以预防1型糖尿病为目的研究获得了很大的成功，但是在人类的糖尿病治疗上却没有重现类似的结果。

动物研究在英国是以“3R”（reduction，refinement and replacement）的标准进行管理，即尽可能做更多的工作以减少特定研究中所使用的动物数量；尽可能的改进实验方案以减少动物在实验过程中的不适；最后所有使用的动物模型最终都能够被替代。

无论在比较不同研究机构所进行的类似实验的结果还是将动物实验所得到的结论转移到人类疾病上研究的时候应该加以注意其多方面的影响因素。

尽管存有较多限制以及问题，随着知识更新，以及转基因技术的发展，动物模型在治愈人类糖尿病方面将起到越来越重要的作用。

参考文献[1]黄建萍，陈大灵.糖尿病的流行趋势及预防控制策略的研究进展[J].现代预防医学，2008，35（5）：962-964.[2]刘烨，张琳，洪天配.2011年糖尿病学领域的研究进展和热点回顾[J].中国医学前沿杂志，2011，3（6）：27-31.[3]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.[4]Dahlquist G. The aetiology of type 1 diabetes：an epidemiological perspective[J].Acta Paetriatr Suppl，1998，87（425）：5-10.[5]Bliss M. The discovery of Insulin[M].Chicago：University of Chicago Press，1982：399.[6]Junod A，Lambert A E，Stauffacher W，et al. Diabetogenic action of streptozotocin：relationship of dose to metabolic response[J].J Clin Invest，1969，48（11）：2129-2139.[7]Lenzen S，Patten U.Alloxan history and mechanism of action[J]. Diabetologia，1988，31（6）：337-342.[8]Wang Z，Gleichmann H.GLUT2 in pancreatic islets：crucial target molecule in diabetes induced with multiple low-doses of streptozotocin in mice[J].Diabetes，1998，47（1）：50-56.[9]Zahner D，Malaisse W J.Kinetic behaviour of liver glucokinase in diabetes.I.Alteration in streptozotocin-diabetic rats[J].Diabetes Res，1990，14（3）：101-108.[10]Bolzan A D，Bianchi M S. Genotoxicity of streptozotocin[J].MutatRes，2002，512（23）：121-134.[11]Yang Z，Chen M，Fialkow L B，et al.The novel anti-inflammatory compound，lisofylline，prevents diabetes in multiple low-dose streptozotocin-treated mice[J].Pancreas，2003，26（4）：e99-e104.[12]李聪然，游雪甫，蒋建东.糖尿病动物模型及研究进展[J].中国比较医学杂志，2005，15（1）：59-63.[13]Mordes J P，Bortell R，Groen H，et al. Autoimmune diabetes mellitus in the BB rat[J]. Animal Models of Diabetes：a Primer，2001，16（2）：1-41.[14]Goto Y，Kakizaki M，Masaki N. Production of spontaneous diabetic rats by repetition of selective breeding[J].Tohoku J Exp Med，1976，119（1）：85-90.[15]Mrialles F，Portha B. Early development of β-cells is impaired in the GK rat model of type 2 diabetes[J]. Diabetes，2001，50（1）：S84-S88.[16]Galli J，Fakhrai-Rad H，Kamel A，et al. Pathophysiological and genetic characterization of the major diabetes locus in GK rats[J].Diabetes，1999，48（12）：2463-2470.[17]Janssen U，Phillips A O，Floege J. Rodent models of nephropathy associated with type II diabetes[J].J Nephrol，1999，12（3）：159-172.[18]Murakawa Y，Zhang W，Pierson C R，et al. Impaired glucose tolerance and insulinopenia in the GK rat causes peripheral neuropathy[J]. Diabetes Metab Res Rev，2002，18（6）：473-483.[19]Sone H，Kawakami Y，Okuda Y，et al. Ocular vascular endothelial growth factor levels in diabetic rats are elevated before observable retinal proliferative changes[J].Diabetologia，1997，40（6）：726-730.[20]Nakamura M，Yamada K.Studies on a diabetic（KK）strain of the mouse[J]. Diabetologia，1967，3（2）：121-221.[21]Ikeda H. KK mouse[J]. Diabetes Res Clin Pract，1994，24（3）：S313-316.[22]Ueda H，Ikegami H，Yamato E，et al. The NSY mouse：a new animal model of spontaneous NIDDM with moderate obesity[J]. Diabetologia，1995，38（5）：503-508.。