糖尿病動物模型研究概述

朱宏偉，施曉會，綜述；劉 紅，鄭 倩，審校

(1.川北醫學院臨床醫學系；2.川北醫學院機能實驗中心，四川 南充 637000)

糖尿病是一種常見的慢性病，隨著人們生活水平的提高，人口老齡化及肥胖的增加，其發病率呈逐年上升趨勢。2011年國際糖尿病聯盟調查結果表明：全世界糖尿病患者已達3.66億[1]，其中發展中國家明顯高于發達國家，我國已確診糖尿病患者達到9 240萬人，發病率高達9.7%[2]。糖尿病目前仍是一種終生性疾病，尚無辦法根治，因此建立理想的糖尿病動物模型深入研究糖尿病的發病、治療、預防及其并發癥的轉歸有著重要意義。本文就糖尿病動物模型的構建方法及其特點進行綜述。

目前用于相關研究的糖尿病動物模型主要有4類，即胰腺部分切除動物模型、自發性遺傳動物模型、誘導型動物模型和轉基因動物模型。

1 胰腺部分切除動物模型

Mehring[3]在1890年發現，狗的胰腺被切除后會發生糖尿病。此后，許多研究者對該手術不斷完善與改良并成功復制出Ⅰ型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)模型。主要手術方法包括：(1)胰島大部切除(80%～90%)加高糖飲食刺激后使胰島B細胞功能衰竭形成永久性糖尿病，其特征是引起輕度高血糖，而不伴有體重減輕或者胰島素水平的減少，不會導致嚴重的糖尿病；(2)實驗動物胰腺的鉤體及胰體、胰尾部的部分切除[4]，并在實驗動物身體局部或全身注射直接損傷胰島B細胞毒性的藥物，進而誘發實驗動物出現T1DM的臨床癥狀，此法既避免了切除全部胰腺導致的嚴重創傷和胰腺外分泌障礙的缺點，也同時避免了大劑量使用胰島B細胞毒性劑給其他組織器官帶來的損傷；(3)結扎動物胰管加高糖飲食使胰島形成明顯的改變。

2 自發性遺傳動物模型

自發性糖尿病模型因為與人類的糖尿病發病機制近似，使其具有更大的應用價值，目前已在多種動物身上發現。主要包括嚙齒類、貓科類、豬和靈長類四種動物，這些動物的患病病情與病理具有不同的特點[5]。

2.1 嚙齒類

嚙齒類動物模型是目前篩選出并能成功保留的主要的糖尿病動物模型，其中大多數為基因缺陷型或易感性自發糖尿病鼠，主要包括BB(bio breeding)鼠、db(diabetes)鼠和NOD(non-obesity diabetes)鼠等常用的T1DM，以及NSY(nagoya-shibata-yasuda)小鼠、NZO(New Zealand obese)小鼠、C57BL/6J小鼠、KKAY小鼠、ZOF(zucker diabetic fatty)大鼠、GK(goto-kakizaki)大鼠、OLETF(otsuka long evans tokushiba fatty)大鼠、Cohen大鼠、黑線倉鼠(cricetutusbarabensis)等常用的Ⅱ型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)。一部分T2DM會緩慢發生胰島炎導致隱性的自身免疫性糖尿病，最終轉變為T1DM。

2.2 貓科

T2DM貓科動物與人類T2DM的臨床癥狀相似度達80%，共同特征是好發于中老年階段，其胰島素抵抗和肥胖是糖尿病發生的早期癥狀。Feldhahn等[6]研究發現，在自發性糖尿病貓科動物中均發現胰島有淀粉樣沉積，而人類90%以上患者也發生同樣的病理變化。據推測這一現象可能與兩者的生活習性及環境相似有關。

2.3 豬

自發性T2DM豬模型中，主要是小型豬品種。其應用領域是進行糖尿病并發癥的研究，如心血管、腎臟、眼病等[7]。這類研究在國內相對較少。

2.4 猴類

研究者在大多數猴類中均發現和報道與人類及其相似的糖尿病病情。對靈長類動物糖尿病模型的研究，除了可用于糖尿病一般病理生理研究外，于研究糖尿病并發心血管和大血管疾病方面具有明顯優勢[8]。

3 誘導型動物模型

3.1 催肥

通過破壞動物下丘腦的飽食中樞，讓動物過度飲食，繼而發生高血糖、高胰島素血癥和胰島素抵抗(IR)。但這種方法導致動物死亡率高，成模率也不到30%[9]。

3.2 化學誘導法復制模型

3.2.1 四氧嘧啶(Alloxan) 在鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)用于復制糖尿病動物模型前，Alloxan是最廣泛的糖尿病動物模型復制藥物，常用劑量為100～200 mg/kg[10]。其原理主要是在動物機體內產生自由基，選擇性損傷B細胞，胰島素合成受阻，血糖升高[11]。Alloxan法的優點是操作簡便，價格價廉，復制周期短。缺點是Alloxan可致動物肝、腎損害，用量偏大會導致動物死亡率上升，偏小又會降低成模率，因此使用時，最好預試該批動物的適合劑量。

3.2.2 STZ STZ是從鏈霉菌中提取出來的一種廣譜抗生素，其造模原理可能與以下因素有關：直接損傷胰島B細胞；通過激活自身免疫，破壞B細胞；提高機體氧化能力損傷胰腺內分泌細胞，最終使胰島素分泌下降，導致血糖水平升高[12-15]。應用STZ造模，根據現有的文獻報道，大致可以分為兩種方法。其一：一次性或連續3 d給予SD或Wistar大鼠大劑量(65～95 mg/kg)腹腔注射，誘發1型糖尿病動物模型[16]。該方法優點是操作簡單，成膜快；缺點是模型與人類大多數糖尿病模型發病機理與病理變化并不相符，而且動物血糖偏高，體重下降迅速，遠期死亡率很高，一般存活時間不超過1年，個別報道存活時間能達到18個月。其二：多次小劑量注射誘發糖尿病模型，有報道給予2～3月齡SD或Wistar大鼠多次小劑量(15～45 mg/kg)腹腔注射，成功復制出糖尿病動物模型，該模型穩定性和遠期存活率都優于前一種方法。也有報道多次小劑量給予新生大鼠注射STZ，在大鼠成年后可以發生典型的T2DM臨床癥狀[17]。這兩種方法復制的糖尿病動物模型均可作為糖尿病兼脂質代謝異常方面的研究。

3.2.3 Alloxan-STZ聯合給藥誘發糖尿病 劉晟等[18]報道，給予成年大鼠STZ 30 mg/kg和Alloxan 50 mg/kg，可以快速復制出糖尿病動物模型。該方法優點是聯合用藥，不但可以提高成模率，還能降低動物死亡率，減輕大劑量使用Alloxan對動物肝腎損害。

3.2.4 靜脈注射水合阿脲 給烏克坦小型豬一次靜脈注射水合阿脲200 mg/kg，可產生典型的急性糖尿病。給大鼠用環丙庚哌4周，可產生高血糖癥狀。

3.3 中西醫結合

3.3.1 高脂誘發非胰島素依耐型糖尿病(noninsulin-dependent-diabetes mellitus，NIDDM)模型 研究者采用高能量食物飼養大鼠1～2個月，可明顯誘發動物產生高胰島素血癥。近年來，許多文獻報道，給予大約200 g Wistar或SD大鼠4周高糖高脂飲食，便能使動物產生胰島素抵抗[19]；而用脂肪占總熱能的45.5%的高脂飲食也成功地誘發了c57BL/6g小鼠產生T2DM[20]。優點：揭示了高脂膳食與T2DM的密切關系，也為廣泛開展T2DM的實驗研究提供了良好的動物模型。缺點：復制干擾因素很多，比如大鼠體重、飲食結構、氣溫與濕度、通風情況、和周圍噪音等都可能影響模型質量和成模率。

3.3.2 高糖誘發NIDDM模型 高糖飲食是致胰島素抵抗和糖尿病發病的高度危險因素，而高果糖最易造成胰島素抵抗[21]。李瑞峰等給雄性Wistar大鼠飲用12%的高果糖水建立MDDM模型。

3.3.3 STZ+高脂飲食造模 蔡文就等[22]采用中劑量STZ+肥甘飲食(總熱能為6.491 KJ/g)持續喂養10周的方法，模擬實驗性NIDDM大鼠模型,趙曉華等[23]則用25 mg/kg體重給大鼠注射STZ，再結合高脂飲食喂養，復制的模型大鼠不僅有糖尿病“三多”的典型癥狀，還具備超重與高血脂、高胰島素血癥和胰島素抵抗的特征，這與目前臨床上很多T2DM早起臨床特點相符。

3.3.4 高糖高脂飲食+小劑量STZ模型 T2DM發病總的來說可以歸納為胰島素相對或絕對缺乏[24]。通常啟動T2DM發生的初始原因是胰島素抵抗[25]，前文已述及高能飲食具有顯著誘發動物產生IR的作用[26]。根據這個原理復制的T2DM是目前應用最為廣泛的糖尿病模型。

造模方法一：國內首先由郭嘯華等[27]在2000年報道應用這一方法獲得成功，在以后的10余年內，類似報道層出不窮，而且許多研究人員在此模型上進行了大量糖尿病基礎與藥物應用研究，也有很多研究人員對此方法做了進一步的改良，使模型成功率、穩定性和變異性等方面都得到了進一步的提升。同時這一模型也成為研究T2DM血管并發癥(如糖尿病腎病、冠心病等)的理想動物模型。這一復制方法在近年來被國內外研究者廣泛應用，并且在此基礎上進行了改良。

造模方法二：張芳林等[28]利用8周齡SD大鼠，高能飼料喂養8周+小劑量STZ(15 mg/kg)尾靜脈注射，成功復制出T2DM。該模型主要特點是高脂飲食首先誘發大鼠產生IR，小劑量STZ破壞適量胰島B細胞，復制的模型大鼠血糖能長時間穩定，動物存活率高，與人類肥胖原因引起的糖尿病病理和發病機制相似，是目前糖尿病及其并發癥研究中比較理想的動物模型。

3.4 病毒誘導

柯薩奇病毒多感染兒童，主要經腸道傳播,引發胰腺炎，導致淋巴細胞浸潤，B細胞壞死，可使新生的小白鼠、田鼠等致病，對成年鼠不致病。其高血糖為特發性，伴有明顯低胰島素血癥。在某些小鼠中可自然緩解，但糖耐量異常及高血糖在恢復期中仍將存在[17]。

4 轉基因動物

根據研究者的意愿，借助實驗手段來控制實驗動物的特定基因成分及其表達等，而使動物表現特有的遺傳性狀，這個技術稱為轉基因技術，用此技術制作的動物模型稱為轉基因動物模型。主要有單基因敲除，多基因敲除，MODY3模型，線粒體突變動物模型。不過根據近年來的研究發現，單靠基因敲除這項技術還很難揭示胰島素抵抗和糖尿病發生的根本機制[29]。

5 研究展望

盡管目前研究人員已經成功復制出各種糖尿病動物模型，但是，這些模型仍存在一些不足之處：(1)模型誘導方式多樣，即使同一種復制方法，也缺乏統一的操作規范。比如現在應用最為廣泛的“高脂飼養+小劑量STZ”技術，在高脂飼料配方和STZ用量用法上各家報道差異就很大。(2)關于各種動物糖尿病的判斷標準參差不齊，有的標準相差一倍以上。例如：T2DM大鼠，許多報道引用血糖>7.8 mmol/L作為模型成功的判斷標準，也有很多報道引用血糖≥16.7 mmol/L作為模型成功的判斷標準。(3)模型的成功率、穩定性、死亡率、血糖差異性，胰腺與肝臟組織的病理結構改變等差別也很大。但是相信隨著研究的不斷深入，人類必將獲得與人類糖尿病發病機制和病理變化高度吻合的動物模型，對糖尿病臨床及實驗研究起到更大推動作用。

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