糖尿病肾病动物模型的研究进展2[1]

糖尿病肾病动物模型的研究进展

摘要：糖尿病肾病是糖尿病的主要并发症，也是终末期肾衰的元凶，其发病机制至今尚未阐明。因此，建立理想的实验动物模型是研究糖尿病肾病发病机制、疾病防治、新药开发的关键环节。本文回顾并分析了有关该疾病的国内外文献，

从造模方法、发病机制、病理改变、适用条件、模型的优缺点等方面进行比较分析，为选择合适的动物模型应用于糖尿病肾病的研究提供参考。

关键词：糖尿病糖尿病肾病动物模型

糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）又称糖尿病肾小球硬化症，是糖尿病常见的微血管并发症，其特点以肾小球血管受损，硬化为主，形成结节样病变，进而出现肾功能的异常，最终形成终末期肾病。据WTO估计，2030年全球糖尿病患者将达3.7亿，其中1/3发展为DN。同时，我国DN的发病率也呈逐年升高的趋势，成为糖尿病致命的主要原因。研究发现DN的发生可能与生化代谢紊乱(多元醇途径、蛋白质非酶糖化及脂质代谢异常等)、蛋白激酶C活化、糖基化终产物沉积、多种细胞因子( TGF2B1、IGF、PDGF、VEGF、IL21、IL2 6等)异常分泌、肾小球血流动力学异常、氧化应激及遗传等多种因素密切相关【1】。但是，对DN发病机制尚不完全清楚,合适的DN动物模型的建立对于深入探讨DN的发病机制及DN治疗药物的开发具有重要的意义。国内外在此方面进行了大量的研究，现对目前研究现状进行综述如下：

1.药物诱发的DN动物模型

制备DN动物模型的诱发药物包括链脲佐菌素(STZ)、四氧嘧啶(ALX)、链脲佐菌素联合完全佐剂以及四氧嘧啶加嘌呤霉素等，常用的是STZ、ALX。STZ和ALX通过破坏动物胰岛β细胞，使其丧失分泌功能，形成不可逆的胰岛素依赖性的糖尿病【2】，随着病程的进展形成糖尿病肾病。鉴于STZ对模型动物的损伤轻、死亡率低、成模率较高等优点，利用该药诱导造模较多。

1.1 1型糖尿病肾病模型

大剂量或小剂量STZ多次注射可完全破坏胰岛β细胞功能，使胰岛素分泌缺失形成胰岛素依赖性( 1型)糖尿病,随病程延长可进展为DN。一般多采用大鼠作为研究对象，品系以W istar和SD为主，STZ

给药剂量在50~ 75mg # kg - 1之间，也有文献对不同剂量的造模效果进行了比较，认为60mg# kg- 1为最佳【3】。给药方式有静脉和腹腔注射两种，多数采用腹腔注射，病程4~ 24 wk【4，5】，以小鼠作为造模对象也多有报道，C57 BL /6为最常见品系，其STZ剂量100~ 200 mg # kg - 1，造模周期8 ~ 24 wk【6,7】，该类模型从4wk起出现早期肾脏病变，主要表现为系膜细胞增生，系膜基质扩张，基底膜增厚【8】，随着病程延长至14 wk ，除上述病变加重外，模型动物出现细胞肥大、空泡变性、管腔变窄、肾间质小血管玻璃样变等肾小管及间质病理改变【9】，至24 wk还可出现肾小球节段性硬化【5】。配合单侧或部分肾切除，可降低STZ给药剂量，可加速DN发病的进程及肾脏病理改变的程度【10】。

DN的高血糖环境激活肾脏蛋白激酶C (proteinkinase C,PKC)，诱导内皮细胞和系膜细胞表达细胞间黏附分子和单核细胞趋化因子；而内皮素A(endothelin，ET)与内皮素受体结合后促进巨噬细胞浸润，刺激转化生长因子-β(transforming growthfactor beta，TGF-β)和前列腺素(prostaglandin E2，PGE2)产生，介导炎症反应，使肾小球体积肥大，小管间质损伤，尿蛋白排泄率增加【11,12】。Tikoo等【13】研究发现,STZ 所致DN 模型，p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases，p38MAPK)磷酸化使组蛋白去乙酰化和去磷酸化修饰，损伤肾小球系膜细胞和肾小管上皮细胞；同时热休克蛋白-27(heat shock protein 27，HSP-27)表达增加，共同参与DN的发生。Li等【14】研究发现DN小鼠出现肾小球肥大、系膜扩张、基质沉积和大量蛋白尿；同时足细胞TGF-β1受体、结蛋白(desmin)、基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinases，MMP-9)表达均升高，而足细胞裂孔隔膜蛋白nephrin表达下降，提示足细胞发生EMT，导致肾小球硬化。

该模型操作相对比较简单，成模率较高，在DN的药效学研究及机制探讨中有着较多应用，但该模型不足在于动物死亡率较高，肾脏病变比缓和，不易形成如肾小球硬化、小管间质纤维化等类似于人类DN 中晚期的肾脏病理改变。由于造模药物本身具有肾毒性，模型动物肾脏病变会受到此影响从而干扰实验研究，在确定造模剂剂量时应注意动物品系、年龄及状态等多因素影响，减少动物死亡及肾毒性的发生。

1.2 2型DN的动物模型

动物饲喂1~ 2 mon的高能量饮食，包括高糖、高脂及高糖高脂饮食，可诱发胰岛素抵抗，小剂量的链脲佐菌素破坏胰岛β细胞的部分功能，使胰岛素分泌减少，形成非胰岛素依赖性( 2型)糖尿病，按照自然病程进展为DN。造模动物有大鼠、小鼠、家兔等，以大鼠应用最为广泛，品系为W i star和SD

为主，给药剂量为25 ~ 40mg #kg- 1，给药途径以腹腔和尾静脉注射为主。单肾或部分肾切除可缩短造模时间，加重肾脏病理改变程度【15】，病程为8 ~37 wk 。模型动物早期肾脏病变为细胞外基质积聚，系膜区扩大【15】；至24 wk时可出现系膜区明显扩张甚至弥漫性系膜硬化，系膜细胞增生及细胞外基质明显增多，肾小球基底膜、囊壁及小管基底膜增厚，同时可见到内皮细胞泡沫样变【16】；病程达37 wk时出现肾小球硬化、肾小管间质纤维化等人类DN中晚期的典型病变【17】。研究发现，通过提高肾脏半胱氨酸水平和降低NO水平，增加肾小球基质金属蛋白-2(matr ixmetalloproteinases，MMP-2)活性，降低过氧化物酶增殖活化受体γ(peroxisomeproliferator-activatedreceptor-γ，PPARγ)活性，最终导致DN小鼠肾功能异常【18】。胡波等【19】发现，DN 大鼠肾脏TGF-β1表达增加，基质金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs)表达上调，MMPs的活性抑制，ECM的降解减少，最终导致肾纤维化。

这类模型造模周期较长，但其发病情况与病理改变与人类2型DN较为接近，目前在2型DN的发病机制与药物筛选研究中应用日益广泛。

2.自发性糖尿病肾病动物模型

该模型是指动物未经过任何有意识的人工处置，在自然情况下发生的糖尿病，或者由于基因突变的异常表现通过遗传育种保留下来的动物疾病模型，进而发生糖尿病肾病。这类动物模型特点是种类有限，疾病动物饲养条件要求高，发病率低，病程长，价格昂贵，但在一定程度上减少了人为的因素，更接近自然的人类疾病，此类动物模型在糖尿病及并发症机制及药效学研究领域的使用会越来越广泛。已用于研究的自发性DN动物约有20种，可分为两类。

2.1 1型糖尿病肾病自发性动物模型

该类模型缺乏胰岛素，起病快、症状明显，并伴有酮症酸中毒，没有肥胖，发病之初呈现胰腺炎的表现，人类组织相关性抗原(MHC)参与发病过程，这些都与人1型DM的特征相似。

NOD小鼠NOD小鼠产生自发性胰岛素依赖型糖尿病，是研究1型糖尿病的良好模型。随着胰岛β细胞破坏的加重，NOD小鼠进行性发展为糖尿病,同时发生典型的DN，动物22 wk出现高血糖，肾小球滤过率( gloremular filtration rate ，GFR)升高，37 wk出现尿白蛋白肌酐比值增加,52 wk时升高的GFR降低,肾重指数增加，肾小球表面积增大，基底膜增厚，并出现明显的肾小球硬化【20】。

BB大鼠BB大鼠是由Wistar大鼠筛选得到的一种自身免疫性胰岛素依赖性糖尿病模型,动物尿蛋白及白蛋白排泄率未出现明显改变，但GFR明显增加，肾脏病理改变比较轻微且周期较长，18wk才出现系膜容量增加，肾小球基底膜扩张【21】。

Akita小鼠Akita小鼠是C57BL /6小鼠常染色体胰岛素Ò的显性突变，导致胰岛素ÒA链96位发生半胱氨酸到酪氨酸的替代，动物3 wk后出现肾小球系膜扩张、基质积聚、足细胞损害、肾小球硬化及小管) 间质性纤维化等典型的DN的病理改变【22】。

2.2 2型糖尿病肾病自发性动物模型

该类模型为胰岛素抵抗性高血糖症，其特点是病程长，不合并酮症。

db/db小鼠db/db小鼠是位于小鼠4号染色体的瘦素受体基因突变所致的先天肥胖性2型糖尿病模型。4～7周出现高血糖、高胰岛素，6~8周出现肥胖【23】，12~14周龄出现肾小球肥大、系膜增宽、肾小球基底膜增5厚【24】，20周龄时出现细胞外基质明显积聚【25】，7月龄出现明显的肾小球硬化[28]。研究表明，葡萄糖通过NADPH氧化和线粒体途径，诱导活性氧(reactiveoxygen species，ROS)的产生，激活p38MAPK 和Caspase3，导致肾脏足细胞凋亡等一系列肾小球病变【26】。DN 时，足细胞裂孔隔膜上的紧密连接蛋白ZO-1 表达减少，足细胞结构发生改变，出现蛋白尿【27】。

KKAy小鼠KKAy小鼠是一种毛色基因(Ay)突变2型糖尿病小鼠，Ay基因不仅影响小鼠的毛色而且可引起代谢紊乱，表现为肥胖、高血糖、脂质代谢紊乱和高胰岛素血症等代谢异常综合征。随着糖尿病