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文檔簡介

.型糖尿病動(dòng)物模型研究進(jìn)展摘要: 糖尿病是以高血糖為主要標(biāo)志的內(nèi)分泌代謝性疾病,是嚴(yán)重威脅人類健康的主要慢性病之一,而型糖尿病占糖尿病總數(shù)的90%95%左右。建立合適的型糖尿病動(dòng)物模型是闡明其發(fā)病機(jī)制的前提條件。因此,該文綜述了目前國內(nèi)外糖尿病研究中常用的動(dòng)物模型,對(duì)發(fā)展新型型糖尿病動(dòng)物模型的研究提供參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:型糖尿??;動(dòng)物模型;模型構(gòu)建Research Progress about the Construction of Type Diabetic Animal ModelLIU ShuYun(Lab of Transplant Engineering and Immunology West China Hospital,Sichuan University 2013224070006)Abstract: Diabetes mellitus,the endocrine and metabolic diseases,is characterized by hyperglycemia It is one of the most prevalent chronic diseases that threat to human health,and type 2 diabetes accounted for 90% -95% of the total diabetes. The animal model of type 2 diabetes provide the important precondition to many scholars in study of the pathogenesis and mechanism of diabetesTherefore,this article reviews a number of animal models of T2DM commonly used according to the articles that have been published both inside country and abroad,which will provide reference for the development of type II diabetic animal modelsKey Words:Type Diabetes Mellitus, Animal model,Model construction糖尿病( Diabetes mellitus,DM) 是以高血糖為主要標(biāo)志的內(nèi)分泌代謝性慢性疾病,其嚴(yán)重威脅著人類健康。目前該疾病已成為僅次于心腦血管病和癌癥的世界性重大疾病。糖尿病主要分為型和型,其中型糖尿?。═ype 2 Diabetes Mellitus,T2DM)占糖尿病總數(shù)的90%95%以上1。T2DM 又稱為非胰島素依賴型糖尿病,不僅表現(xiàn)為高血糖,而且還與高血壓、中心性肥胖、動(dòng)脈粥樣硬化和脂代謝異常等有關(guān)。目前型糖尿病的發(fā)病機(jī)制尚未明確,缺乏長效、安全、依從性高的治療方法,并且型糖尿病相關(guān)研究工作也不可能直接在人體上進(jìn)行,因此動(dòng)物模型便成為科研工作中的重要幫手。動(dòng)物模型一直以來都是研究疾病發(fā)生、預(yù)防、診斷、治療的實(shí)驗(yàn)材料。建立一種既符合人類型糖尿病發(fā)病特點(diǎn),又簡單、經(jīng)濟(jì)的動(dòng)物模型對(duì)于研究型糖尿病發(fā)病機(jī)制,研發(fā)預(yù)防型糖尿病藥物及治療方法,評(píng)價(jià)藥效并篩選有效的降糖和改善胰島素抵抗藥物具有重大意義。近年來,人們做了大量的相關(guān)研究工作,也已建立了大量的糖尿病動(dòng)物模型。本綜述的目的是盡可能地囊括常用于糖尿病研究的動(dòng)物模型,為研究者提供了一些有關(guān)糖尿病研究的資料。1 自發(fā)性型糖尿病動(dòng)物模型自發(fā)性糖尿病動(dòng)物模型是指在自然條件下動(dòng)物自然產(chǎn)生,或由于基因突變而出現(xiàn)類似于人類糖尿病表現(xiàn)的動(dòng)物模型。該模型疾病的發(fā)生、發(fā)展與人類的很相似,因此在研究型糖尿病的生理、病理及有關(guān)臨床藥物研發(fā)等方面有重要價(jià)值。但此類糖尿病動(dòng)物來源相對(duì)困難,種類較少,價(jià)格昂貴,飼養(yǎng)、繁殖條件要求高而難以在科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。目前,自發(fā)性型糖尿病動(dòng)物模型主要是嚙齒類,此類動(dòng)物模型包括小鼠、大鼠、地鼠。其中小鼠包括KK-Ay、ob / ob、db / db 等單基因突變鼠、新西蘭肥胖小鼠和NSY 小鼠; 大鼠包括GK 大鼠、Zucker 大鼠和OLETF 大鼠等; 地鼠則以中國地鼠為主2。2 誘導(dǎo)性型糖尿病動(dòng)物模型誘導(dǎo)性型糖尿病動(dòng)物模型是指通過物理、化學(xué)、生物等致病因素人工誘發(fā)出具有糖尿病特征的動(dòng)物模型。具有耗時(shí)短、方法簡便、易于掌握、重復(fù)性好的特點(diǎn),并且短期內(nèi)可誘導(dǎo)出大量模型。2.1 化學(xué)誘導(dǎo)建立型糖尿病動(dòng)物模型2.1.1 鏈脲佐菌素(STZ )誘導(dǎo)建立動(dòng)物模型STZ 的分子結(jié)構(gòu)有一個(gè)高活性的的葡萄糖側(cè)鏈,會(huì)使胰島細(xì)胞對(duì)其進(jìn)行錯(cuò)誤性識(shí)別,并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),其余部分則是STZ 的毒素基因,對(duì)胰島細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用,破壞細(xì)胞。唐東紅等3的研究結(jié)果顯示: 使用不同劑量( 60、45 mg / kg) 的STZ 靜脈注射恒河猴后,出現(xiàn)胰島素分泌下降,血糖值升高,并呈進(jìn)行性發(fā)展,造成的糖代謝紊亂,損傷視網(wǎng)膜上的微血管,發(fā)生扭曲、變形、甚至破裂,進(jìn)而形成微血管瘤,所產(chǎn)生的糖尿病性視網(wǎng)膜并發(fā)癥模型與人類類似。喬鳳霞等4給地鼠多次腹腔注射STZ 40mg/kg,結(jié)果動(dòng)物中大部分血糖、血清甘油三脂和膽固醇均升高。王志剛和岳輝5將大鼠禁食1618h后尾靜脈注射STZ 25mg/kg,兩周后,做葡萄糖耐量試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)動(dòng)物已經(jīng)出現(xiàn)糖耐量異常,表明型糖尿病模型成功。2.1.2 四氧嘧啶(ALX)誘導(dǎo)建立動(dòng)物模型四氧嘧啶是胰島細(xì)胞毒劑,可通過氧化SH基團(tuán),抑制葡萄糖激酶,產(chǎn)生自由基,干擾細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)6,選擇性損傷胰島細(xì)胞,導(dǎo)致胰島素缺乏、高血糖,常用于1 型糖尿病模型制備。但近年來出現(xiàn)了不少以小劑量四氧嘧啶直接誘導(dǎo)建立型糖尿病動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)研究。例如,有研究者采用對(duì)SD大鼠進(jìn)行一次性腹腔注射7或舌下靜脈注射8 40mg /kg ALX 的方法,成功建立了型糖尿病大鼠模型。也有采用對(duì)Gottingen 小型豬頸靜脈推注80mg /kg ALX 的方法9,導(dǎo)致胰島細(xì)胞大量減少,成功建立了型糖尿病小型豬模型。2.1.3 煙酰胺和STZ聯(lián)合制備類似型糖尿病動(dòng)物模型Masiello 等人10使用先注射煙酰胺保護(hù)胰島再使用STZ進(jìn)行損傷,制備類似型糖尿病動(dòng)物模型,該方法具體為:腹腔注射3 月齡Wistar 大鼠230 mg/kg 的煙酰胺進(jìn)行胰島保護(hù),15分鐘后從尾靜脈注射65 mg/kg 的STZ,4 周后,血糖上升水平適中,平均值為8.61 mmol/L(正常對(duì)照大鼠為6.72 mmol/L);維持一定的胰島素分泌功能,保留了40%的胰島素存儲(chǔ);血清TG 和TC 含量顯著升高,HDL-C 明顯降低;沒有出現(xiàn)肥胖癥狀。該模型大鼠具有葡萄糖和脂質(zhì)代謝紊亂特征,造模時(shí)間短,但不具備外周胰島素抵抗、高胰島素血癥和肥胖的特征?;瘜W(xué)誘導(dǎo)法可選擇的損傷胰島細(xì)胞,導(dǎo)致胰島素分泌減少,而剩余的胰島素可以令模型動(dòng)物在不接受任何胰島素治療的情況下存活較長時(shí)間,致死率較低,造模成本相對(duì)較低,耗時(shí)短,操作方法也容易掌握。但此方法是直接對(duì)胰島 細(xì)胞造成損傷,導(dǎo)致胰島素分泌相對(duì)不足,而不是造成了對(duì)胰島素的敏感性降低的模型,且由于動(dòng)物長期自發(fā)再生胰島細(xì)胞可導(dǎo)致模型不夠穩(wěn)定,不適于長期實(shí)驗(yàn),所用化學(xué)試劑對(duì)主要臟器有一定的毒性。此外不用劑量的藥物對(duì)細(xì)胞的破壞程度不同,因此前期需要探索一個(gè)合適的藥物注射劑量,從而既能保證糖尿病的發(fā)生,又能避免胰島素合成和分泌能力的的耗竭的效果,建立長期穩(wěn)定的T2DM 大鼠模型。2.2 飲食誘導(dǎo)高能飲食,主要是脂肪和( 或) 糖類物質(zhì)含量較高的食物。有研究表明,高能飲食可使動(dòng)物脂肪細(xì)胞過度增殖,因此產(chǎn)生的肥胖又能進(jìn)一步引起胰島素抵抗和糖尿病11。特殊膳食誘導(dǎo)的糖尿病模型是由Houssay和Martinez在1947年首先報(bào)道的12。目前已有不少研究者建立了此類動(dòng)物模型。張貝等13以脂肪熱量比為55%的高脂飼料喂養(yǎng)Wistar大鼠23周,第5周后出現(xiàn)體重明顯增高,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)空腹血糖仍無差異。Svegliati-Baroni等14以脂肪熱量比為58%的高脂飼料喂養(yǎng)兔子,喂養(yǎng)4周時(shí)出現(xiàn)體重、內(nèi)臟脂肪含量增加,血清胰島素水平、空腹血糖升高。鄔云紅等15以脂肪熱量比為65%的高脂飼料喂養(yǎng)Wistar大鼠20周,出現(xiàn)空腹血清胰島素、空腹血糖明顯升高,胰島素敏感指數(shù)明顯降低。Patel J等16采用61%的果糖飲食誘導(dǎo)青年雄性Wistar 大鼠16 周的方法成功建立了具有心臟病變而沒有內(nèi)皮功能障礙、觸覺疼痛異常外周神經(jīng)病變和視網(wǎng)膜病變的型糖尿病大鼠模型。Surwit RS17等采用高糖高脂肪飼料喂養(yǎng)C57BL /6J 小鼠6 個(gè)月后,小鼠表現(xiàn)出明顯的肥胖,并且表現(xiàn)出對(duì)葡萄糖的明顯不耐受,空腹血糖240 mg/dl,血清胰島素水平150 microU/ml, 出現(xiàn)明顯的胰島素抵抗和血糖升高癥狀,發(fā)病特征和病情比較類似人類T2DM。Maria18等給予C57BL /6J 小鼠高脂肪飼料喂養(yǎng)12 個(gè)月后出現(xiàn)葡萄糖耐受試驗(yàn)明顯異常,并且也觀察到胰島素水平代償性升高,但空腹血糖與正常組相比沒有明顯改變。高能飲食誘導(dǎo)建立的型糖尿病動(dòng)物模型有具有類似人類型糖尿病發(fā)病病因的優(yōu)勢,既能較好的表現(xiàn)出與人類相似的發(fā)病癥狀,又不會(huì)因化學(xué)試劑誘導(dǎo)而導(dǎo)致體內(nèi)重要器官受損,被廣泛用于多種病因病理,特別是因營養(yǎng)過剩導(dǎo)致的型糖尿病相關(guān)的研究工作中,但誘導(dǎo)誘導(dǎo)時(shí)間過長,成本較高。2.3 聯(lián)合誘導(dǎo)由于高能量飲食與低劑量STZ均能誘導(dǎo)產(chǎn)生型糖尿病模型,故有不少研究者采用將兩種方法聯(lián)用的方式建立模型。不同研究者采用的飼料配方,STZ劑量,飲食與藥物處理的順序和時(shí)間存在不同。例如:王艷等19用4周齡的SD 大鼠喂以高脂飼料4周后,注射小劑量STZ,使多數(shù)動(dòng)物產(chǎn)生糖耐量異常,再繼續(xù)飼以高糖高脂飼料,進(jìn)而復(fù)制出型糖尿病大鼠模型。郭嘯華20等以高糖高脂飼料喂養(yǎng)大鼠1 個(gè)月,在誘導(dǎo)出胰島素抵抗后以小劑量STZ (25 mg /kg.BW) 腹腔注射,通過對(duì)其胰島素敏感性的檢測和腎臟病理學(xué)觀察,表明其與人類T2DM 癥狀相符。栗德林等21以30 mg /(kgd)給予大鼠左下腹腔連續(xù)注射5 d STZ,同時(shí)給予高脂飼料喂養(yǎng),最終發(fā)現(xiàn)大鼠血糖迅速升高到1530 mmol /L。Reed 等人22采用高熱量飲食聯(lián)合STZ 注射的方法制備出非肥胖的類似型糖尿病大鼠模型,具體方法為:7 周大的雄性SD 大鼠,飼喂高熱量飼料2 周后尾靜脈注射50 mg/kg 劑量的STZ 進(jìn)行模型制備。造模時(shí)間為23周。謝明智等人23將雌性Wistar 大白鼠,體重230250 g,先尾靜脈注射2530 mg/kg STZ,23 周后測定葡萄糖耐量,挑選糖耐量異常者,加喂高脂高糖半合成高熱量飼料810周成型。綜上所述,STZ 聯(lián)合高能量飼料誘導(dǎo)的動(dòng)物模型與單純高能量飼料誘導(dǎo)的T2DM 模型相比顯著縮短了誘導(dǎo)時(shí)間, 與單純STZ 注射誘導(dǎo)的T2DM 模型相比顯著增加了成模率,同時(shí)這種方法誘導(dǎo)的模型的發(fā)病機(jī)制與人類T2DM 相似,是建立實(shí)驗(yàn)性T2DM 動(dòng)物模型的良好途徑。此外也可以根據(jù)特殊的目的與其他方法聯(lián)用,例如,有研究者24為建立型糖尿病腎病模型,通過對(duì)8 周齡雄性SD 大鼠靜脈注射STZ( 40mg/kg) 9 d 后,進(jìn)行右側(cè)腎臟切除手術(shù),并于手術(shù)兩周后喂以高脂肪飲食,成功建立了生理、生化、組織學(xué)指標(biāo)隨時(shí)間變化近似于人類的型糖尿病腎病模型。3 手術(shù)建立型糖尿病動(dòng)物模型利用外科手術(shù)對(duì)動(dòng)物進(jìn)行完全胰腺切除手術(shù)常用于型糖尿病動(dòng)物模型的建立,但采用部分胰切除手術(shù)的方法可建立型糖尿病狗、豬、靈長及嚙齒類動(dòng)物模型25。Kurup等對(duì)BALB /c 小鼠進(jìn)行50%胰腺切除手術(shù),并聯(lián)合使用350 mg /kg 煙酰胺和200 mg /kg 的STZ,成功建立了能長期維持高血糖狀態(tài)的型糖尿病動(dòng)物模型26。此法建立的模型可避免化學(xué)試劑對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物器官的細(xì)胞毒性作用,可模擬人類胰島細(xì)胞大量減少。但需要經(jīng)歷復(fù)雜的手術(shù)過程,所造模型存在一些消化系統(tǒng)問題,對(duì)其他的胰島細(xì)胞也有損傷,且致死率較高。此外,胰腺切除后胰島的再生也限制了此類模型的應(yīng)用27,現(xiàn)一般多用于胰腺移植和再生相關(guān)因素的研究28。4 基因敲出或轉(zhuǎn)基因建立型糖尿病動(dòng)物模型型糖尿病的產(chǎn)生和發(fā)展與多種基因有關(guān),采用轉(zhuǎn)基因或基因敲除技術(shù)可以成功建立各種具有不同病理生理特征的型糖尿病動(dòng)物模型。常見的轉(zhuǎn)基因或基因敲除動(dòng)物包括與胰島素和胰島素受體以及胰島素下游信號(hào)元件相關(guān)基因,如:IRS129-31、IRS229-31、GLUT429、PTP1B29等基因敲除小鼠; PPAR29, 32組織特定基因敲除小鼠; 葡萄糖激酶33( GK) 或GLTU229基因敲除小鼠; 肝臟特異性胰島素受體基因敲除小鼠34 ( iLIRKO); 細(xì)胞特定基因敲除小鼠35; sqstm1 基因敲除( OK) 小鼠36; 骨骼肌特異性LPL( SMLPL(/) ) 基因敲除小鼠37;IRS1 /IRS2 雙基因敲除小鼠38; IRS1+ /GK+/29雙基因敲除小鼠; 人胰島淀粉樣蛋白多肽過度表達(dá)大鼠29; GIPR( dn)39轉(zhuǎn)基因小鼠; 下丘腦腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子( BDNF)轉(zhuǎn)基因小鼠模型40等。應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)或基因敲除技術(shù)建立的型糖尿病動(dòng)物模型,不僅能表現(xiàn)出自輕度到重度高血糖癥,胰島素抵抗,高胰島素,葡萄糖耐受量損傷等多種不同的型糖尿病表型特征29, 34,還能明確解釋與產(chǎn)生胰島素抵抗和機(jī)能障礙相關(guān)的機(jī)制,幫助人們從基因的角度上更好的了解糖尿病產(chǎn)生的原因及發(fā)病機(jī)制。但此造模方法對(duì)實(shí)驗(yàn)者、實(shí)驗(yàn)環(huán)境及相關(guān)儀器設(shè)備均有較高的要求,成本較高,不適于一般的科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)。5 中醫(yī)證候型糖尿病動(dòng)物模型中醫(yī)在型糖尿病治療方面有其特有的優(yōu)勢,如何利用中醫(yī)理論,建立出符合中醫(yī)病證特點(diǎn)的糖尿病證候模型,是制約中醫(yī)藥在糖尿病方面研究的關(guān)鍵所在。目前的證候模型多是在應(yīng)用化學(xué)藥物誘導(dǎo)出糖尿病動(dòng)物模型后,運(yùn)用中藥的四氣五味的藥性理論來研制型糖尿病證候的動(dòng)物模型。吳憶等41用STZ誘導(dǎo)出SD大鼠型糖尿病動(dòng)物模型后,再灌服青皮18g,枳殼18g,附子15g,按13gkg-1給藥,每日1次,連續(xù)4周,SD大鼠出現(xiàn)明顯的氣陰兩虛的證候。鄭方遒等42給予SD大鼠高脂飼養(yǎng)和STZ處理后灌服青皮15 g、附子10 g,按15.75gkg-1給藥,每日1次,4周后也造成了型糖尿病氣陰兩虛動(dòng)物模型。董天寶和李敬林43研究發(fā)現(xiàn),用STZ和高脂飼料誘導(dǎo)出Wistar大鼠型糖尿病動(dòng)物模型后,再灌服干姜10g,附子15g,按10.4gkg-1給藥,每日1次,連續(xù)4周,Wistar大鼠出現(xiàn)明顯的陰虛熱盛的證候。李敬文等44應(yīng)用STZ造成大鼠糖尿病后再灌服黃連9g,石膏30g,按13gkg-1給藥,造成血瘀氣滯型糖尿病動(dòng)物模型。此外李敬文還對(duì)應(yīng)用STZ造成糖尿病的大鼠應(yīng)用中藥(陰陽兩虛組灌服青皮18 g、枳殼18g、干姜18g、黃柏18g,按24gkg-1給藥;陰虛熱盛組灌服干姜9g、附子15g、肉桂15g、女貞子20g。按19.7gkg-1給藥;氣陰兩虛組灌服青皮18g、枳殼18g、附子15g,按13gkg-1給藥)造成中醫(yī)陰陽兩虛、陰虛熱盛、氣陰兩虛模型。中藥造??杀苊庥捎趩我坏幕瘜W(xué)藥物造模毒性大而導(dǎo)致動(dòng)物死亡,這些模型適用于中醫(yī)中藥以及中西結(jié)合治療型糖尿病的相關(guān)研究。6 總結(jié)目前國內(nèi)外對(duì)T2DM 動(dòng)物模型的研究雖然很多,但尚無一種公認(rèn)的理想的造模方法。由于型糖尿病復(fù)雜的發(fā)病原理和代謝特征,目前的制備方法并不能復(fù)制出和人類型糖尿病完全相似的動(dòng)物模型,只能局部模擬人類型糖尿病的發(fā)病途徑,制備出的動(dòng)物模型往往只具有部分人類糖尿病的代謝特征。此外不同研究者之間由于所選造模方法、藥物來源和造模時(shí)所用試劑純度的不同,以及衡量模型成功與否的標(biāo)準(zhǔn)參差不齊,使得施加因素嚴(yán)重影響模型質(zhì)量,試驗(yàn)數(shù)據(jù)的人為誤差加大。建立和選擇合適的糖尿病模型將有助于研究糖尿病及其并發(fā)癥的病因、病機(jī)、臨床表現(xiàn),為其預(yù)防和治療提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。不同的動(dòng)物模型具有各自的優(yōu)點(diǎn),發(fā)展一種新型的型糖尿病動(dòng)物模型構(gòu)建方法,能夠克服以上方法的缺陷,同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本低、操作簡便、耗時(shí)短、成功率高等是糖尿病實(shí)驗(yàn)研究的要求,也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。我們也需要根據(jù)自己的研究目的的選擇合適的模型。參考文獻(xiàn): 1 李少華. 成人高血壓、糖尿病與肥胖的關(guān)系J. 實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志,2006(03):349-350. 2 朱超,朱瑩瑩. 型糖尿病動(dòng)物模型的構(gòu)建J. 中國實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)報(bào),2013(02):84-88. 3 唐東紅,代解杰,蔣祿芝,等. 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