用于糖尿病研究的人源化鼠類模型概述

程 瑤 牟文博 辛 華

(佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院,黑龍江 佳木斯 154003)

糖尿病是一個全球性的健康問題，其患病率較高且呈逐年增加趨勢，其中糖尿病有幾種不同的分類，常見的是1型和2型糖尿病。1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，好發(fā)于兒童和年輕人，會導(dǎo)致產(chǎn)生胰島素的胰島β細胞破壞[1]。而2型糖尿病(T2DM)最為常見，占所有糖尿病的95%，也更易帶來患多種糖尿病相關(guān)的并發(fā)癥[2]，好發(fā)于中年及成年人，與胰島素抵抗有關(guān)。由于糖尿病的復(fù)雜性，往往需要借助外界動物模型進行研究，合適小動物模型的缺乏，在很大程度上限制了人類糖尿病的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，本文將對幾種典型鼠類糖尿病模型的應(yīng)用作一概述。

1 1型糖尿病的動物模型

1.1 NOD小鼠

NOD小鼠于1974在日本大阪的SHIONOGI研究實驗室開發(fā)[3]。NOD小鼠大約在3～4周齡時出現(xiàn)胰島炎。在糖尿病前期，胰島主要由CD4+和CD8+淋巴細胞浸潤，但也存在B細胞和NK細胞[4]。

胰島炎會導(dǎo)致β細胞破壞，但直到10至14周左右，大約90%的胰島素丟失，才開始出現(xiàn)明顯的糖尿病[5]。當(dāng)這些小鼠糖尿病癥狀明顯時，它們會迅速減肥并需要胰島素治療。NOD小鼠中的MHC 2類與人類中的MHC 2類具有結(jié)構(gòu)相似性，這可能賦予NOD小鼠和人類對該疾病相同的的抵抗力或易感性[6]。NOD小鼠和人類之間1型糖尿病基因的這種平行性在剖析1型糖尿病背后的一些機制和途徑方面極為有用[7]。因此，這些小鼠有可能適合于以自身免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)為靶點的治療試驗。

然而，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，有些藥物對NOD小鼠有效，但對人類無效[8]。主要原因之一是干預(yù)的時間點不同。很多被證明在NOD小鼠中有效的藥物是在糖尿病早期使用的，并且已表明在年幼的NOD小鼠中預(yù)防糖尿病相對容易[9]。在NOD小鼠中測試糖尿病療法的另一個困難是，NOD的胰腺可以在研究后切除檢查，但人類外周血中缺乏可用于驗證干預(yù)成功的生物標(biāo)記物。在將NOD小鼠給藥轉(zhuǎn)換為人類給藥方面也存在問題[10]。

改良NOD模型的策略包括使用NOD小鼠的特定基因操作[11]或創(chuàng)建具有人類免疫系統(tǒng)組成部分的人源化小鼠模型[12]。盡管NOD小鼠有局限性，但它仍被廣泛使用，因為它確實代表了人類疾病的許多方面，是有助于識別多種可導(dǎo)致1型糖尿病的遺傳和信號途徑模型。

1.2 BB大鼠

BB大鼠來源于純種wistar大鼠。1974年首次在加拿大群體中發(fā)現(xiàn)自發(fā)性自身免疫性糖尿病，并由此產(chǎn)生了兩個始祖群體，一個是近交系(BBDP/WOR)，另一個是遠緣系(BBDP)[13]?？固悄虿〉腂B大鼠也被培育作為對照。

BB大鼠通常在青春期后發(fā)展為糖尿病，雌雄患病率相似。大約90%的大鼠在8～16周齡時會患糖尿病。糖尿病表現(xiàn)型非常嚴重，大鼠需要胰島素治療才能生存。盡管動物患有胰島炎，存在T細胞、B細胞、巨噬細胞和NK細胞，但是淋巴細胞減少，CD4+T細胞嚴重減少，CD8+T細胞幾乎缺失[13]。說明淋巴細胞減少并不是只存在于人類或NOD小鼠1型糖尿病的特征，并因此被認為這是使用BB作為人類1型糖尿病模型的一個缺點。盡管如此，該模型在闡明1型糖尿病的遺傳學(xué)方面仍具有重要價值，甚至被認為是誘導(dǎo)胰島移植耐受的首選小動物模型[13]。此外，BB大鼠已用于干預(yù)研究[14]和糖尿病神經(jīng)病變研究[15]。

1.3 LEW.1AR1/-iddm大鼠

這種1型糖尿病大鼠模型是在漢諾威醫(yī)學(xué)院實驗動物科學(xué)研究所(ZTM)培育的，自發(fā)產(chǎn)生于MHC單倍型(lew.1ar1)的同源lewis大鼠群體。這些大鼠表現(xiàn)為胰島炎，8～9周左右出現(xiàn)明顯的糖尿病。最初，糖尿病的發(fā)病率約為20%[16]；然而，隨著糖尿病大鼠的進一步近親繁殖，發(fā)病率增加到60%左右，雌雄發(fā)病率相同[17]。動物表現(xiàn)出糖尿病前期胰島浸潤大約在動物高血糖前一周。這一相對較短的糖尿病前期可以對免疫細胞浸潤的不同階段進行有效分析[17]。與NOD小鼠和BB大鼠相比，lew-iddm鼠沒有表現(xiàn)出其他自身免疫性疾病。它在顯性糖尿病發(fā)病后存活良好，因此可用于研究糖尿病并發(fā)癥[18]。然而，到目前為止，這一大鼠模型中的大多數(shù)研究都在調(diào)查糖尿病發(fā)生的機制和干預(yù)研究[19]。

2 2型糖尿病的動物模型

2.1 肥胖模型

由于2型糖尿病與肥胖密切相關(guān)，因此目前大多數(shù)2型糖尿病動物模型都是肥胖型的。肥胖可能是自然發(fā)生的突變或遺傳操縱的結(jié)果，也可以是通過高脂喂養(yǎng)所引起。

2.1.1 TallyHo/Jng小鼠

Tallyho小鼠是一種自然發(fā)生的肥胖癥和2型糖尿病模型，其來源于一個繁殖良好的Theiler Original小鼠群體中自發(fā)產(chǎn)生高血糖和高胰島素血癥的小鼠的選擇性繁殖[20]。在這些小鼠中會出現(xiàn)肥胖增加、血漿甘油三酯、膽固醇和游離脂肪酸水平升高，而高血糖僅限于雄性小鼠，其最早發(fā)育于10至14周齡，胰島增生脫粒，高胰島素血癥明顯。盡管最近的研究已經(jīng)使用TallyHo小鼠模型來研究糖尿病傷口的愈合情況，但TallyHo小鼠尚未完全表征出糖尿病并發(fā)癥[21]。

2.1.2 Lep ob/ob小鼠

Lep ob/ob小鼠是嚴重肥胖的模型，起源于1949年在杰克遜實驗室的近交集落中發(fā)現(xiàn)的自發(fā)突變。該表型被繁殖到C57BL/6小鼠中，但直到1994年突變蛋白才被鑒定為瘦素[22]。體重增加始于2周齡，小鼠開始出現(xiàn)高胰島素血癥，到4周時，血糖明顯升高，持續(xù)升高于3～5個月達到峰值，此后隨著小鼠的年齡增長而下降[23]。其他代謝異常包括高脂血癥、溫度調(diào)節(jié)紊亂和體力活動降低[23]。

這些小鼠的胰島體積顯著增加[24]。盡管胰島素釋放有一些異常，但是胰島仍維持著胰島素的分泌，在這種模型中缺乏完全的β細胞衰竭意味著糖尿病并不十分嚴重，不能完全代表人類2型糖尿病。值得注意的是，在C57B1/KS的背景下，隨著胰島的退化和早期死亡率的降低，糖尿病的發(fā)展更為嚴重[25]。

2.2 非肥胖模型

并非所有的2型糖尿病患者都是肥胖的，因此，對2型糖尿病瘦動物模型的研究也很重要。這些模型包括β細胞不足，這是最終導(dǎo)致人類顯性2型糖尿病的原因。

2.2.1 Goto-Kakizaki大鼠

Goto-Kakizaki(GK)大鼠是由日本小組通過對葡萄糖耐性最差的Wistar大鼠進行重復(fù)繁殖而創(chuàng)建的[26]。這導(dǎo)致了2型糖尿病瘦模型的發(fā)展，該模型的特征是葡萄糖不耐受和葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素分泌缺陷。在該模型中，胰島素抵抗的發(fā)生似乎不是高血糖癥的主要起因，并且認為葡萄糖代謝缺陷是由于β細胞質(zhì)量和/或功能異常所引起的[27]。GK大鼠用途已從2型糖尿病β細胞功能障礙的研究發(fā)展到糖尿病并發(fā)癥的研究[28]。

2.2.2 hIAPP小鼠

2型糖尿病的一個特征是胰島組織內(nèi)有淀粉樣蛋白的形成，其起源于胰島淀粉樣蛋白多肽(IAPP)。嚙齒動物的IAPP并非淀粉樣變，因此嚙齒動物通常不能為這一方面的疾病建模[29]。然而，轉(zhuǎn)基因小鼠已經(jīng)在胰島素啟動子的作用下表達人IAPP(hIAPP)，它可以在胰島內(nèi)形成淀粉樣蛋白。已經(jīng)建立了多種hIAPP模型，并且已經(jīng)證明增加hIAPP的表達會增加β細胞的毒性。另外，復(fù)制的β細胞對hIAPP毒性更敏感，因此，在該模型中β細胞對增加的胰島素需求的適應(yīng)性受到限制[30]。

人源化糖尿病鼠類模型的構(gòu)建，使人類糖尿病的研究更具直觀性，在此基礎(chǔ)上進行的研究在一定水平上反應(yīng)了真實的人體，成為臨床前研究由鼠到人的重要橋梁。目前還沒有相關(guān)的研究對以上幾種模型進行過直接比較，但是每個模型都具有各自的優(yōu)缺點，還需不斷進行完善和改進，這是糖尿病未來醫(yī)學(xué)動物實驗研究的一個方向，具有重要意義。