糖尿病动物模型

糖尿病动物模型
一．【关键词】糖尿病动物模型
目前公认糖尿病不是唯一病因的疾病,而是复合病因的综合征,与遗传、自身免疫及环境因素有关糖尿病是由多种病因引起以慢性高血糖为特征的代谢紊乱。

糖尿病的病因尚未被完全阐明。

近年来，由于糖尿病的发病率上升，防治糖尿病已成为科学工作者的一个重要课题。

故合适的糖尿病模型是人类研究糖尿病的重要手段。

糖尿病分为：Ⅰ型糖尿病、Ⅱ型糖尿病和其它特异性糖尿病。

Ⅰ型糖尿病即胰岛β细胞破坏约占糖尿病的10%以下，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，本型病因及发病是由于胰岛β细胞受到细胞介导性自身免疫性破坏。

Ⅱ型糖尿病由于胰岛素抵抗并胰岛素分泌不足所致约占糖尿病的90%以上，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。

其它特异性糖尿病包括，β细胞功能的基因缺陷、胰岛素作用的基因缺陷、胰腺外分泌疾病、内分泌疾病、药物或化敏学制剂所致的糖尿病、感染、非常见型免疫介导性糖尿病以及有时并发糖尿病的其它遗传综合症。

下面我将按照糖尿病的分型，介绍相应的糖尿病动物模型。

二、Ⅰ型糖尿病动物模型的建立
（一）手术方法（胰腺切除法）
是最早的糖尿病动物模型复制方法。

1890年,Mehring和Minkowski报道，在切除狗胰腺后，出现多尿、多饮、多食和严重的糖尿现象。

一般选用较大的实验动物，如狗和家兔等，其次用大鼠。

全部切除胰腺，可制成无胰性糖尿病动物模型，需补充外源性胰酶。

全部切除胰腺，除可引起高血糖外，并可致酮症酸中毒和死亡，故一般主张切除75%～90%的胰。

（二）化学药物特异性破坏胰岛β细胞
四氧嘧啶诱发糖尿病模型
1[造模原理.]四氧嘧啶（alloxan）四氧嘧啶产生超氧自由基而破坏β细胞，导致胰岛素合成减少，胰岛素缺乏。

其作用可能与干扰锌的代谢有关。

豚鼠具有抗药性。

四氧嘧啶引起的血糖反应分三个时相，开始血糖升高，持续约2h，继而因β细胞残存的胰岛素释放引起低血糖约6ｈ，12ｈ后开始持久的高血糖。

2【实验动物】成年小鼠，成年大鼠，小型猪，家兔，均以雄性为佳。

3【主要试剂】四氧嘧啶，用注射用水或生理盐水新鲜配制成1%~3%
4【造模评价】用四氧嘧啶诱发的糖尿病模型类似人类Ⅰ型糖尿病，方法简单，成模率高，但是具有刺激胰岛素分泌的药物及胰岛素增敏作用的药物在此模型无降低血糖作用，造模死亡率较高，同时也致肝、肾组织中毒性损害，部分动物高血糖自然缓解。

链脲佐菌素诱发大小鼠动物模型
1[造模原理]链脲佐菌素（streptozotocin,SZT）链脲佐菌素能够选择性损伤胰岛β细胞，引起实验性糖尿病。

给猴、狗、大鼠和小鼠等注射链脲佐菌素后，血糖水平的改变也可分为三个时相：①早期高血糖相，持续约1～2小时，乃此药抑制胰岛释放所致；②低血糖相，持续约6～10小时，可能是由于胰岛β细胞破坏，大量胰岛素释放，是血糖显著降低；③24
小时后出现稳定的高血糖相即糖尿病阶段，此时大部分胰岛β细胞已呈现不同程度的损伤和破坏。

与四氧嘧啶糖尿病不同，链脲佐菌素引起的糖尿病高血糖反应及酮症均较缓和。

【模型评价】
1.SZT诱发的糖尿病动物模型类似人类Ⅰ型糖尿病，STZ对一定种属胰岛β细胞选择性的破坏，可使许多动物产生糖尿病。

由于其对组织毒性较小，动物存活率高，是目前国内外应用最多的糖尿病动物模型
（三）其他动物模型
（一）病毒诱导方法
柯萨奇病毒（Coxsackie virus）多感染儿童，主要经肠道传播，引发胰腺炎，导致淋巴细胞浸润，β细胞坏死，可使新生的小白鼠、田鼠等致病，对成年鼠不致病。

选用DBA2雌性小鼠，皮下接种脑炎、心肌炎病毒Ｍ型变异株，4～7ｄ后出现明显的高血糖，伴有血中及胰腺中胰岛素含量降低。

其高血糖为特发性，伴有明显低胰岛素血症。

在某些小鼠中可自然缓解，但糖耐量异常及高血糖在恢复期中仍将存在。

【造模评价】操作不便，成模率不高但时间短
（二）自发性Ⅰ型糖尿病动物模型
自发性动物模型（spontaneous diabetes animal model）是动物自然发生的疾病，与人类某种疾病有相似之处，或通过遗传育种培养而保留下来的疾病动物。

1.NOD小鼠（nonobese diabetes mouse）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小鼠是自发性自身免疫I型糖尿病的一个很好的模型，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。

β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.BB糖尿病大鼠是从Wistar大鼠中筛选出来的一种自发性,遗传性C型糖尿病动物模型。

其发病和自身免疫性毁坏胰腺β细胞引发胰腺炎及胰岛素缺乏有关。

大鼠糖尿病发作是突然的，大约在60～120日龄时发病，数天后，糖尿病动物出现严重的高血糖，低胰岛素和酮血症。

免疫抑制剂，将新生鼠胸腺切除等可预防糖尿病的发生，说明自身免疫参与发病。

由于BB鼠能模拟人类Ⅰ型糖尿病的自然发病、病程发展和转归，且没有外来因素的参与和干扰，是一种十分理想的Ⅰ型糖尿病动物模型。

3【造模评价】自发性糖尿病多数需从国外引进，价格昂贵，饲养和繁殖条件要求高，目前国内较少使用
（三）转基因Ⅰ型糖尿病模型动物
研究者按照自己的意愿，借助于实验手段来控制实验动物的特定基因组分及其表达等，而使动物表现特有的遗传性状，此称之为转基因技术，运用此技术干预的动物称为转基因动物。

已运用基因转移技术证实动物发生Ⅰ型糖尿病与MHC基因异常、病毒感染、T细胞介导胰岛β细胞损伤等有关。

关于Ⅰ型糖尿病的转基因动物模型已有报道
【造模评价】操作繁琐，且基因表达不通一。

三．Ⅱ型糖尿病模型
（一）小剂量SZT加高脂高糖饮食大鼠模型
1.【造模原理】给大鼠注射小剂量SZT，造成胰岛B细胞轻度损伤，可使许多动物产生糖尿病。

在此基础上给动物喂饲高热量食物，引起动物肥胖，同时伴有高血脂、高胰岛素血症及胰岛素抵抗。

（二）高糖高脂饮食加小剂量SZT大鼠模型
1.【造模原理】先给动物喂饲高糖高脂食物，诱发胰岛素抵抗，再腹腔注射小剂量SZT，造成胰岛B细胞轻度损伤，诱发胰岛素代偿性分泌异常，使动物产生高血糖。

2.【造模评价】本模型具有中度高血糖，高血脂，高血压，血胰岛素不低，胰岛素抵抗，成功率高等特点，是研究Ⅱ型糖尿病血管并发症的理想模型。

而且实验周期短，费用低。

（三）催肥所致Ⅱ型糖尿病动物模型
给动物注射金硫葡萄糖或穿刺动物第三脑室底部可选择性破坏下丘脑腹内侧核的饱食中枢，使动物产生贪食和肥胖，继之高血糖、高胰岛素血症和胰岛素抵抗（IR）。

但大多数动物无高血糖，而且注射金硫葡萄糖的剂量要接近半数致死量，动物死亡率高，其形成率仅为30%。

（四）自发性Ⅱ型糖尿病动物模型
1.KK小鼠是一种轻度肥胖型Ⅱ型糖尿病动物。

后与Ｃ57BL/6Ｊ小鼠杂交,并进行近亲繁殖，得Toronto（T-kk）小鼠。

将黄色肥胖基因（即Ａy）转至KK小鼠，得KK-Ａy鼠，与KK 小鼠相比，有明显的肥胖和糖尿病症状。

从5周龄起，血糖、血循环中的胰岛素水平以及HbA1ｃ水平逐步升高。

β细胞有脱颗粒和糖原浸润，随后出现胰岛肥大和中心气泡。

肝脂肪化和脂肪组织增多。

脂肪组织的胰岛素敏感性降低比KK小鼠明显，且到16周龄时完全丧失。

肾脏病变发生早，发展迅速，肾小球基底膜增厚。

用KK-Ａy鼠可评价抗糖尿病药物的胰腺外作用。

2.ob/ob小鼠Ⅱ型糖尿病动物模型,属常染色体隐性遗传。

纯合体动物表现为肥胖,高血糖及高胰岛素血症。

症状的轻重取决于遗传背景, ob/ob小鼠（obesemouse）与Ｃ57BL/KsJ交配的子代症状严重，而ob/ob与Ｃ57BL/6Ｊ交配的子代症状则较轻，后者是杂合体。

ob/ob小鼠leptin（ob基因产物）缺乏，引起肝脂肪生成和肝糖原异生，高血糖又刺激胰岛素分泌，引起胰岛素抵抗的恶性循环。

糖尿病ob/ob小鼠肝PPARγ2表达水平升高与胰岛素抵抗有关，可能作为一种补偿机制，试图保持胰岛素的敏感性。

3. db/db小鼠db/db小鼠（diabetes mouse）由Ｃ57BL/KsJ近亲交配株常染色体隐性遗传衍化而来，属Ⅱ型糖尿病模型。

动物在一个月时开始贪食及发胖，继而产生高血糖、高血胰岛素,胰高血糖素也升高。

一般在10个月内死亡。

糖尿病小鼠（Ｃ57BL/6Ｊdb/db）发生严重的糖尿病症状，类似Ｃ57BL/KsJ ob/ob小鼠，即早发的高胰岛素血症，体重下降和早死。

db/db小鼠与ob/ob小鼠不同，可发生明显的肾病。

4.NSY小鼠NSY（Nagoya- Shibata- Y asuda）小鼠是一近交系自发性糖尿病模型，是从远交JCL CR小鼠中选择糖耐量异常株培育而成的。

其糖尿病发生具有年龄依赖性。

24周
龄时胰岛素分泌功能严重受损，48周的累积发病率雄性为98%，雌性为31%。

此鼠在任何年龄阶段都不表现严重肥胖和显著的高胰岛素血症，胰岛也无肿大或炎性变化。

胰岛β细胞分泌胰岛素功能受损和胰岛素抵抗可能是NSY小鼠发生NIDDM的机制,与人的NIDDM发病机理相似。

5. Zucker fa/fa大鼠是典型的高胰岛素血症肥胖模型。

隐性基因名称为fa，动物有轻度糖耐量异常，高胰岛素血症和外周胰岛素抵抗，无酮症表现，类似人的非胰岛素依赖型糖尿病，血糖正常或轻度升高。

用Zucker糖尿病肥胖大鼠证明胰岛素敏感性与IMCL(intramyo- cellular lipid)含量负相关。

6.黑线仓鼠（Cricetulusbarabensis）俗称中国地鼠（Chinesehamster），原为我国黄河以北一些省份的优势鼠种。

美国Meier和Y erganian将黑线仓鼠通过近亲繁殖获得近交系，具有自发性、遗传性糖尿病的特点。

这种动物模型为非肥胖型，以中轻度高血糖为特征，血清胰岛素表现多样，胰岛病变程度不一，类似于人类的Ⅱ型糖尿病。

7.GK大鼠（Goto-KakisakiWistarrat）GK大鼠也是一种自发的Ⅱ型糖尿病鼠种，其病理生理特点是：葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损，β细胞数目减少，肝糖生成过多，肌肉和脂肪组织中度胰岛素抵抗。

8.【造模评价】自发性2型糖尿病动物多数肥胖，有明显的高胰岛素血症，类似2型糖尿病的特点。

这类动物来源较少，饲养和繁殖条件要求高，价格昂贵，限制了应用。

四、检测指标
（一）一般性指标
糖尿病时会导致动物摄食量、饮水量增加和血清葡萄糖、胆固醇、甘油三酯、游离脂肪酸、糖化血红蛋白、乳酸分泌增高，而血清胰岛素、红细胞胰岛素受体最大亲和力、糖耐量降低。

测定上述指标可反映实验动物是否产生高血糖或患糖尿病。

（二）其他生化和免疫学指标
可应用ELISA测定TNF-α、INF-γ、IL-４等细胞因子和免疫球蛋白IgE（反映细胞凋亡情况）；还可测定内皮素（ET）和NO（反映氧自由基产生情况）、Ang-Ⅱ和（A T-１）mRNA （反映血管变化及间接反映氧自由基产生情况）、IGF-１即胰岛素样生长因子-１和瘦素（了解胰岛素的分泌,间接反映氧自由基情况）、AGEｓ即糖基化产物（反映体内氧化应激和糖基化反应情况）、PAH即苯丙氨酸羟化酶（反映糖异生的快慢）、GAD即谷氨酸脱羧酶抗体（该抗体阳性，表明细胞自身免疫性破坏）、胰岛素抗体（抗体阳性，说明胰岛素分泌不足）、Ｃ肽（反映胰岛β细胞的功能）等。

（三）病理切片及形态学检查
STZ型糖尿病可见胰腺外分泌大量灶状或散在的单核细胞，胰岛细胞空泡变性，使胰岛呈空虚状态，胰岛毛细血管扩张、充血、胰岛细胞减少。

而Alloxan型糖尿病则见部分胰岛形状不规则，边缘不整齐，胰岛β细胞排列紊乱，个别胰岛只剩下几个细胞环绕在胰岛周边
部分，亦可见不规则花环状等各种形态，有的胰岛内β细胞所剩无几，几乎成为空泡状，仅能辨认其轮廊。

自发性糖尿病模型病理切片主要观察胰岛淋巴细胞浸润程度并进行分级评分，每只动物至少记数15个胰岛，求出胰岛炎积分（IS）。

激素性糖尿病早期可见胰岛β细胞肥大；晚期β细胞产生空泡和变性。

病毒性糖尿病出现胰岛β细胞脱颗粒、坏死。

免疫性糖尿病则出现胰腺炎,未见明显β细胞坏死。

五。

总结
.SZT诱发的糖尿病动物模型类似人类Ⅰ型糖尿病，是研究Ⅰ型糖尿病的最适用的动物模型。

高糖高脂饮食加小剂量SZT大鼠模型是研究Ⅱ型糖尿病最适用的动物模型。

人类糖尿病是一种常见病、多发病、其发病机制也较为复杂，应用可控的动物模型可正确分析其各种发病机制，严格的组织病理、生化和生理观察均可正确判断药物疗效情况，不同的动物模型应选择合适的测定指标。

随着实验动物科学的不断发展，将建立更佳的符合临床发病机理、更经济、重复率高的模型，从而推动糖尿病机制及有效的防治研究。

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