2型糖尿病动物模型研究概况

2型糖尿病动物模型研究概况高秀娟马会霞江春花(华北煤炭医学院中医学系河北唐山063000)[关键词]2型糖尿病动物模型研究进展[中图分类号]R25[文献标识码]A[文章编号]1008-6633(2009)06-783-03糖尿病是一种慢性代谢紊乱疾病,世界范围内约有1.7亿患者,其中2型糖尿病(T2D M)占整体糖尿病的90%以上,可靠的动物模型是研究T2D M发生机制及新的干预措施的重要手段。

目前制备T2D M模型应用的动物种类多种多样,动物种属的选择非常重要,其中鼠科动物由于具有体积小,生殖周期短,容易通过饲料、药物处理或遗传方法诱导疾病等优势,被广泛的应用于T2D M模型的制备中,它是人类研究T2D M的强有力的工具。

下面就应用鼠科动物制备T2D M模型的研究进展作一综述,仅供参考。

1自发性动物模型1.1自发性2型糖尿病大鼠主要包括G/K大鼠(Goto-K ak2 izaki R at)、OLETF大鼠(O tsuka Long Evans To kushi ba F atty R at)、Z DF大鼠(Zuke r d i abe ti c fatty R a t)等,这类动物多数肥胖,有明显的高胰岛素血症,类似人类2型糖尿病的发病特征,国外研发口服抗糖尿病及并发症的新药多选用这类动物[1]。

1.1.1G/K大鼠。

G/K大鼠是日本的一大鼠品系,是一种常用的自发性非肥胖型T2D M实验动物模型,其特点是高血糖、高胰岛素血症、胰岛素抵抗出现早[2]。

其发病机制可能是骨骼的糖元合成酶不能有效地将多余的葡萄糖转化为糖元贮存起来,从而使动物出现高血糖。

G/K大鼠的特征有,葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损,B细胞数目减少,肝脏对胰岛素的敏感程度降低导致肝糖生成过多等,此外具有与人类T2D M微血管并发症相似的改变。

骨组织形态学和生物力学分析显示,非肥胖的2型糖尿病G/K大鼠有明显的骨代谢紊乱,骨强度明显降低[3]。

近来的研究表明G/K大鼠子一代的胰岛及胰腺血流量的增加有赖于迷走神经[4]。

G/K大鼠子一代轻度高血糖、葡萄糖耐受受损伤。

在病理性的腹腔葡萄糖耐量出现后一周测其胰岛及整个胰腺的血流量,发现其血流量增加、胰岛所占胰腺血流量增加,切断腹腔双侧迷走神经,胰岛及胰腺血流量降低。

Pa rt haB认为G/K是研究糖尿病最好的动物模型,但是其发病过程中B细胞数目降低后有一个增殖的过程,这与人类发病情况有很大不同,也是限制G/K大鼠应用的关键[5]。

1.1.2OL ETF大鼠。

OLETF大鼠是最近常用的T2D M动物模型。

其特点是:轻度肥胖、高胰岛素血症、高甘油三酯血症。

史红莉等[6]研究发现14周的OL ETF大鼠已存在胰岛素抵抗,体重和腹内脂肪重量增加,同时存在三酰甘油和胆固醇的增高。

大鼠在24周龄时发病率为100%。

组织学研究发现此种大鼠胰腺呈进行性纤维化,并可出现肾脏并发症,其与T2D M患者的病理变化极为相似。

1.1.3Z DF大鼠。

Z DF肥胖T2D M大鼠是良好的肥胖型T2D M 的动物模型。

该动物易发展为肾微血管病变。

此种大鼠由于瘦素受体突变导致多食、肥胖,同时伴有高血糖、高胰岛素血症、高脂血症、中度高血压,较接近于人的胰岛素抵抗同时伴有高血压的患者,可作为胰岛素抵抗的动物模型。

一般8~10周出现糖尿病,有糖尿病的典型症状如多饮、多尿、体重增加缓慢等,并可出现神经病变[7]。

对fa/fa ZDF的胰岛分离,测其磷酸肌酐(P I)水解及胰岛素分泌反应,结果磷酸脂酶C调节的胰岛P I水解和高血糖刺激的胰岛素释放增加,这二者的增加能先于糖尿病被检测出来。

因此P I水解的变化可能是Z DF大鼠胰岛素抵抗的原因[8]。

1.1.4肥胖。

W istar糖尿病大鼠(o beseW i star fa tty rats)该品系动物T2D M实验动物模型的特征为甘油三酯生成过量,但机体对其分解的能力却受到了损伤,这种损伤是因低密度脂蛋白不易移去甘油三酯和机体不易移去低密度脂蛋白-甘油三酯,另外果糖能够进一步增加肝甘油三酯产生,导致高甘油三酯恶化[9]。

1.2自发性T2D M小鼠主要包括D i abetes(DB)小鼠、Obese (OB)小鼠、Toronto-KK(T-KK)小鼠、Nagoya Shi bata Yasuda (NS Y)小鼠等。

1.2.1db小鼠。

db小鼠是l epti n受体基因缺陷导致的先天肥胖性T2D M小鼠,其发病过程与人T2D M非常相似,是国际上广为采用的研究T2D M的动物模型[10]。

其瘦素受体基因失去功能,在出生后2周内就发生高胰岛素血症,3~4周发展为肥胖,4 ~8周后就发展为非常严重的高血糖症,其间有胰岛素抵抗发生,B细胞功能衰竭,一般在10个月内死亡,可发生明显的肾病。

1.2.2ob小鼠模型。

o b小鼠模型是一种瘦素受体与瘦素基因均发生变异的模型,属常染色体隐性遗传,表现为饮食过量,3~ 4周发展为高胰岛素血症伴发胰岛素抵抗,最后发展为非常严重的糖尿病。

1.2.3KK糖尿病小鼠。

1941年K#Ko ndo用日本商人的小鼠原种(Kansukabe群)培育而成的,该动物对胰岛素不敏感,对葡萄糖耐量小,糖尿病发病率高,以具有轻度肥胖、高胰岛素抵抗和高血糖症的特征。

KK小鼠对胰岛素有轻度抗性,易于出现类似糖尿病肾病的肾脏损害[11]。

1.2.4NSY小鼠(Nagoya-sh i bata-yas uda)。

NS Y小鼠发展为糖尿病的速度相对较为缓慢,具有年龄依赖性,年龄在糖尿病的发展过程中占有重要作用,12周龄后,胰岛素抵抗也不是很明显,其与人类疾病情况相似,减肥食谱的摄入能减轻其疾病状态,高脂食品能够加速疾病的发生过程,并且会出现胰岛素分泌不足及胰岛素作用受损现象[12]。

胰岛素含量36周龄后显著增加,NS Y小鼠将有助于人们对T2D M遗传学倾向及病理发生的进一步研究。

2诱发性动物模型2.1高脂饲料喂养近年来实验研究发现高脂膳食可诱发T2D M,为深入研究T2D M的发病机制,阐明营养因素与糖尿病的关系提供了重要线索及实验依据,也为广泛开展T2D M的实验研究提供了良好的动物模型。

高脂饮食可诱发糖尿病的报道很多,脂肪在食物中所占的比重很大,脂肪提供的热量可高达59%(主要为X-6多不饱和脂肪酸),碳水化物仅提供20%左右的热量;在高果糖饲料中,碳水化物提供70%左右的热量(主要是果糖)。

鲁瑾等[15]采用占摄入热卡61%的高脂饮食(主要是饱和脂肪酸的动物脂肪,其中蛋白质占19%,碳水化合物占20%,脂肪占61%),饲养动物7周后,大鼠出现了高胰岛素血症,并且葡萄糖-胰岛素耐量实验显示产生明显的胰岛素抵抗,是一个可靠的由高脂饮食造成的胰岛素抵抗模型。

葛学美等[16]用脂肪占总热能的45.5%的高脂饮食成功地诱发了C57BL/6J小鼠产生T2D M,并可使小鼠血清胰岛素水平不断提高,血糖升高,小鼠体重超常,伴血脂明显差异。

2.2药物诱导链脲佐菌素(streptozotoc i n,STZ)诱导T2D M大鼠或小鼠动物模型,是目前糖尿病动物实验研究中应用最多的方法,S TZ对实验动物的胰岛B细胞具有高度选择性毒性作用,对组织毒性小,诱发动物糖尿病模型成功率高,且一般不表现自发性缓解,是目前使用最广泛的2型糖尿病动物模型化学诱导剂。

2.2.1腹腔注射。

腹腔注射方法中主要包含以下几种不同的方法:高脂饲料加小剂量S TZ联合诱发:本法最常用,造模的方法有两种:一种为先用高脂饲料喂养高脂饲料饲养2~4周后,腹腔注射小剂量链脲佐菌素(一般为15~45m g/kg)诱导大鼠T2D M模型[17~19]。

周迎生选用S D大鼠适应性饲养1周后称体重,喂以高脂饲料,即普通饲料中加入20%的脂肪(50%猪油和50%蛋黄粉)和20%蔗糖,4周后禁食不禁水16小时,一次性腹腔注射低剂量S TZ45m g/kg,3天后测血糖,以空腹血糖\ 10.0mm ol/L为模型成功标准。

此种方法高脂饲料造成外周组织对胰岛素不敏感,加之S TZ破坏一部分胰岛B细胞功能,因此其模型比较接近于人T2D M。

一种为先腹腔注射STZ,然后再以高脂饲料喂养,杜丽坤等[20]将大鼠将大鼠每日按25mg/kg腹腔内注射STZ连续3d,1周后测葡萄糖耐量异常者,再继续喂高脂饲料8周。

M as i e llo等[21]对3月龄W istar在应用STZ之前,给予适当剂量(230m g/kg)的烟酰胺,部分保护胰岛B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T2D M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。

2.2.2尾静脉注射。

即大鼠或小鼠经高脂饲料喂养后, STZ15m g/kg一次性尾静脉注射,或普通饲料喂养,STZ50m g/kg 一次性尾静脉注射。

崔明霞等[22]将大鼠高脂饲料喂养后,均自尾静脉注射STZ25m g/kg,成功的诱导出糖尿病性肥胖的大鼠模型。

2.3药物+手术先将大鼠进行右肾脏切除,2周后用STZ35m g/kg一次性腹腔注射,也有研究是把大鼠进行右肾脏切除后,立即腹腔注射STZ45mg/kg。

药物诱导糖尿病动物模型的成功率受诸多因素影响,例如给药方法、给药剂量、S TZ的不同溶剂、大鼠品种以及体重因素等。

目前STZ的剂量大小还没有统一的认识,造模成功率报道也不尽相同,一般认为剂量过小造模成功率较低,剂量过大则容易形成1型糖尿病模型。

李桂云等[22]将4周龄SPF级雄性SD大鼠高糖高脂饲料喂养4周,分别按30m g/kg、40m g/kg、50mg/kg体重剂量腹腔注射S TZ建立T2D M大鼠模型,结果:40m g/kg剂量组大鼠的成模率最高(73. 3%),成模大鼠具有胰岛素抵抗、高血糖、高胰岛素血症和血脂紊乱的T2D M临床特征,高血糖持续时间最长、最稳定(到实验结束模型稳定至少28天)。

30mg/kg剂量组大鼠成模率只有40%,成模大鼠于实验结束血糖水平已基本恢复正常,50m g/kg 剂量组成模大鼠倾向于1型糖尿病。

认为短期高糖高脂饮食联合STZ腹腔注射建立T2D M SD大鼠模型的STZ最佳注射剂量为40m g/kg。

宋立江等[23]研究了不同溶剂溶解S TZ对造模成功率的影响。

用p H4.5柠檬酸PBS、p H5.5H anks、p H7.0H anks、p H7.0生理盐水4种溶剂,溶解链脲佐菌素小鼠腹腔注射,结果p H4.5柠檬酸PBS造模成功率高达86.7%,认为p H4.5柠檬酸PBS可以作为理想的溶剂。

郭学军等[24]W istar大鼠成模率和死亡率均高于SD大鼠。

选用中剂量给药及两次给药的方式可提高SD大鼠成模率,并降低死亡率,维持时间较长。