糖尿病动物模型

    糖尿病(diabetes mellitus,DM)已成为严重危害人类健康的公共卫生问题,DM及其并发症不仅严重影响糖尿病患者的生活质量,同时也是致残、致死的重要原因。因此,建立合适的糖尿病动物模型,阐明DM及其并发症的发病机制就显得尤为重要。目前,DM动物模型制备方法主要有:①手术切除胰腺;②化学药物诱导;③自发性糖尿病动物模型;④转基因动物等。

【切除胰腺的DM模型】

常采用狗、猫和大鼠等造模,全部或大部分切除实验动物的胰腺,但保存胰十二指肠动脉吻合弓。如果连续两天血糖值超过11.1mmol/L或行葡萄糖耐量试验120min时的血糖值仍未恢复到注射前水平则认为DM造模成功。其机制是全部或大部分切除胰腺后,β细胞缺如而产生永久性DM。

【化学药物诱发的DM模型】

采用链脲佐菌素腹腔注射或四氧嘧啶静脉注射可诱发DM,常用动物有小鼠、大鼠、家兔和狗。链脲佐菌素(streptozotocin STZ)的参考剂量为50~150mg/kg;四氧嘧啶(alloxan)的参考剂量为60~110mg/kg。

STZ是一种含亚硝基的化合物,进入体内可通过以下机制特异性地破坏胰岛β细胞:①STZ直接破坏胰岛β细胞:主要见于注射大剂量STZ后。STZ注射后可引起β细胞内辅酶I(NAD)的浓度下降,NAD依赖性能量和蛋白质代谢停止,导致β细胞死亡。②通过诱导一氧化氮(NO)的合成,破坏胰岛β细胞;③STZ激活自身免疫过程,进一步导致β细胞的损害:小剂量注射STZ可破坏少量胰岛β细胞,死亡的胰岛β细胞可作为抗原被巨噬细胞吞噬,产生TH1刺激因子,使TH1细胞系占优势而产生IL-2及IFN-γ,在胰岛局部促使炎性细胞浸润,并活化释放IL-1、TNF-α、IFN-γ、NO和H2O2等物质杀伤细胞。死亡细胞又可作为自身抗原,再次递呈给抗原递呈细胞进行处理,释放细胞因子,放大细胞损伤效应,最终诱发DM。

四氧嘧啶进入体内后能迅速被胰岛β细胞摄取,影响细胞膜的通透性和细胞内ATP的产生,抑制葡萄糖介导的胰岛素分泌。四氧嘧啶主要通过产生氧自由基破坏β细胞结构,导致细胞的损伤及坏死,从而阻碍胰岛素的分泌,使血清胰岛素水平降低。因四氧嘧啶同时也造成肝、肾组织中毒性损害;另外,部分采用四氧嘧啶制造的DM动物模型可自发缓解,故目前已经很少应用。

【自发性糖尿病动物模型

该模型绝大多数采用有自发性DM倾向的近交系纯种动物,如BB(Biobreeding)鼠、NOD(non-obesity diabetes)小鼠、GK(Goto-kakisaki)鼠和中国地鼠(chinese hamster)等动物造模。自发性DM动物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DM的动物模型。已用于研究的自发性DM动物约有20种,可分为两类:一类为缺乏胰岛素,起病快、症状明显,并伴有酮症酸中毒,如BB(Biobreeding)鼠、NOD(non-obesity diabetes)小鼠和LETL大鼠,它们可以作为1型DM的动物模型使用。这些动物没有肥胖,发病之初呈现胰腺炎的症状,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。利用这些模型可以对人1型DM的发病机制进行深入研究。另一类为胰岛素抵抗性高血糖症,其特点是病程长,不合并酮症,为 2型DM动物模型。常用的2型DM自发性动物模型有中国地鼠(Chinese hamster)、GK(Goto-Kakisaki Wistar rats)大鼠、NSY(Nagoya-Shibata-Yasuda) 鼠和OLETF大鼠。

1、1型糖尿病动物模型

1.1 BB大鼠

BB鼠是常用的1型DM动物模型,是由加拿大渥太华Biobreeding实验室培育而成。大约50%~80%BB鼠可发生DM,雄性与雌性大鼠发病率相当。BB大鼠一般于60~120日龄时发生DM,发病前数天可见糖耐量异常及胰岛炎。发病的大鼠具有1型DM的典型特征:体重减轻、多饮、多尿、糖尿、酮症酸中毒、高血糖、低胰岛素、胰岛炎、胰岛β细胞减少。需依赖于胰岛素治疗才能生存。BB大鼠另一个特点是其血液中淋巴细胞减少,易于感染。此外,BB大鼠发生淋巴细胞甲状腺炎的频率较高,其血清常可检测出抗平滑肌、骨骼肌、抗壁细胞和抗甲状腺球蛋白的自身抗体。

1.2 NOD小鼠

NOD小鼠为一自发性非肥胖DM小鼠,其发病年龄和发病率有着较为明显的性别差异,雌鼠发病年龄较雄鼠明显提早,发病率亦远高于雄鼠,NOD小鼠3~5周龄时开始出现胰岛炎,浸润胰岛的淋巴细胞常为CD4+或CD8+淋巴细胞,于13~30周龄时发生明显DM。与BB大鼠不同的是,NOD小鼠一般不出现酮症酸中毒,无外周血淋巴细胞减少,但同样需要胰岛素治疗以维持生存。在NOD鼠胰岛炎初期,血浆和胰岛灌注液中胰岛素的基础值和对葡萄糖的反应值均减低,同时胰高血糖素和胰高血糖素样物质的免疫活性增加。NOD小鼠葡萄糖激酶、丙酮酸激酶等活性下降,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和丙酮酸激酶的活性增加,肝组织中转氨酶、乳酸脱氢酶、支链氨基酸以及肾脏组织中的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和α-甘露糖苷酶等活性也均降低。NOD小鼠伴发DM是遗传、免疫和自由基损伤多因素综合作用的结果,NOD小鼠这些特点与1型DM患者相似,是研究关于1型DM遗传学、免疫学、病毒学特征及其预防和治疗等方面的良好动物模型。

1.3 LETL(long evans tukushima lean)大鼠

LETL也是一种1型DM的动物模型,通常于8~20周龄时发生DM,雄性大鼠发病率约为21%,雌性大鼠发病率约为15%,如果在5~7周龄时使用环磷酰胺处理大鼠则其在16周龄时,DM发病率增加一倍。LETL大鼠无外周血淋巴细胞减少,在明显DM症状发生前4~5天,胰岛可见有明显的淋巴细胞浸润。

2、2型糖尿病动物模型

2.1 嗜沙肥鼠(Psammonys Obesus,PO)

PO大鼠是生活在沙漠地区的啮齿类动物,该鼠具有明显的胰岛素抵抗,在高热量饮食条件下(数天~两周),90%的PO大鼠可自发出现高胰岛素血症,并伴有明显的高血糖,随后出现胰岛素水平降低。PO大鼠的DM发病大致可分为以下四个阶段:①起始阶段:该阶段内血糖及血清胰岛素水平均正常;②高胰岛素血症期:该期血糖仍保持正常,但血清胰岛素明显升高;③高胰岛素和高血糖期:该期内血糖>11.1mmol/L;④低胰岛素高血糖期:该期由于胰岛β细胞分泌功能损害导致低胰岛素和高血糖,大鼠需应用胰岛素治疗以维持生存。Duhault等发现PO大鼠在2型DM晚期呈胰岛素依赖性,胰腺组织学显示有胰岛炎存在,说明其具有迟发1型DM((Latent autoimmune diabetes mellitus in adult,LADA)的特点,故PO大鼠可能适用于LADA的研究。

此文转载来源:丁香通

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