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2型糖尿病动物模型研究报告进展

Ⅱ型糖尿病动物模型研究进展

摘要:

糖尿病是以高血糖为主要标志的分泌代性疾病，是严重威胁人类健康的主要慢性病之一，而Ⅱ型糖尿病占糖尿病总数的90%～95%左右。

建立合适的Ⅱ型糖尿病动物模型是阐明其发病机制的前提条件。

因此，该文综述了目前国外糖尿病研究中常用的动物模型，对发展新型Ⅱ型糖尿病动物模型的研究提供参考价值。

关键词：

Ⅱ型糖尿病；动物模型；模型构建

ResearchProgressabouttheConstructionofTypeⅡDiabeticAnimalModel

LIUShu—Yun

（LabofTransplantEngineeringandImmunologyWestChinaHospital,SichuanUniversity06）

Abstract:

Diabetesmellitus，theendocrineandmetabolicdiseases，ischaracterizedbyhyperglycemia．Itisoneofthemostprevalentchronicdiseasesthatthreattohumanhealth，andtype2diabetesaccountedfor90%-95%ofthetotaldiabetes.Theanimalmodeloftype2diabetesprovidetheimportantpreconditiontomanyscholarsinstudyofthepathogenesisandmechanismofdiabetes．Therefore，thisarticlereviewsanumberofanimalmodelsofT2DMcommonlyusedaccordingtothearticlesthathavebeenpublishedbothinsidecountryandabroad，whichwillprovidereferenceforthedevelopmentoftypeIIdiabeticanimalmodels．

KeyWords：

TypeⅡDiabetesMellitus，Animalmodel，Modelconstruction

糖尿病（Diabetesmellitus，DM）是以高血糖为主要标志的分泌代性慢性疾病，其严重威胁着人类健康。

目前该疾病已成为仅次于心脑血管病和癌症的世界性重大疾病。

糖尿病主要分为Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅱ型糖尿病（Type2DiabetesMellitus，T2DM）占糖尿病总数的90%～95%以上[1]。

T2DM又称为非胰岛素依赖型糖尿病，不仅表现为高血糖，而且还与高血压、中心性肥胖、动脉粥样硬化和脂代异常等有关。

目前Ⅱ型糖尿病的发病机制尚未明确，缺乏长效、安全、依从性高的治疗方法，并且Ⅱ型糖尿病相关研究工作也不可能直接在人体上进行，因此动物模型便成为科研工作中的重要帮手。

动物模型一直以来都是研究疾病发生、预防、诊断、治疗的实验材料。

建立一种既符合人类Ⅱ型糖尿病发病特点，又简单、经济的动物模型对于研究Ⅱ型糖尿病发病机制，研发预防Ⅱ型糖尿病药物及治疗方法，评价药效并筛选有效的降糖和改善胰岛素抵抗药物具有重大意义。

近年来，人们做了大量的相关研究工作，也已建立了大量的糖尿病动物模型。

本综述的目的是尽可能地囊括常用于糖尿病研究的动物模型，为研究者提供了一些有关糖尿病研究的资料。

1自发性Ⅱ型糖尿病动物模型

自发性糖尿病动物模型是指在自然条件下动物自然产生，或由于基因突变而出现类似于人类糖尿病表现的动物模型。

该模型疾病的发生、发展与人类的很相似，因此在研究Ⅱ型糖尿病的生理、病理及有关临床药物研发等方面有重要价值。

但此类糖尿病动物来源相对困难，种类较少，价格昂贵，饲养、繁殖条件要求高而难以在科学研究中得到广泛应用。

目前，自发性Ⅱ型糖尿病动物模型主要是啮齿类，此类动物模型包括小鼠、大鼠、地鼠。

其中小鼠包括KK-Ay、ob/ob、db/db等单基因突变鼠、新西兰肥胖小鼠和NSY小鼠;大鼠包括GK大鼠、Zucker大鼠和OLETF大鼠等;地鼠则以中国地鼠为主[2]。

2诱导性Ⅱ型糖尿病动物模型

诱导性Ⅱ型糖尿病动物模型是指通过物理、化学、生物等致病因素人工诱发出具有糖尿病特征的动物模型。

具有耗时短、方法简便、易于掌握、重复性好的特点，并且短期可诱导出大量模型。

2.1化学诱导建立Ⅱ型糖尿病动物模型

2.1.1链脲佐菌素（STZ）诱导建立动物模型

STZ的分子结构有一个高活性的的葡萄糖侧链，会使胰岛β细胞对其进行错误性识别，并进入细胞，其余部分则是STZ的毒素基因，对胰岛β细胞产生毒性作用，破坏Β细胞。

唐东红等[3]的研究结果显示:

使用不同剂量（60、45mg/kg）的STZ静脉注射恒河猴后，出现胰岛素分泌下降，血糖值升高，并呈进行性发展，造成的糖代紊乱，损伤视网膜上的微血管，发生扭曲、变形、甚至破裂，进而形成微血管瘤，所产生的糖尿病性视网膜并发症模型与人类类似。

乔凤霞等[4]给地鼠多次腹腔注射STZ40mg/kg，结果动物部分血糖、血清甘油三脂和胆固醇均升高。

王志刚和岳辉[5]将大鼠禁食16~18h后尾静脉注射STZ25mg/kg，两周后，做葡萄糖耐量试验，发现动物已经出现糖耐量异常，表明Ⅱ型糖尿病模型成功。

2.1.2四氧嘧啶（ALX）诱导建立动物模型

四氧嘧啶是胰岛β细胞毒剂，可通过氧化－SH基团，抑制葡萄糖激酶，产生自由基，干扰细胞钙稳态[6]，选择性损伤胰岛β细胞，导致胰岛素缺乏、高血糖，常用于1型糖尿病模型制备。

但近年来出现了不少以小剂量四氧嘧啶直接诱导建立Ⅱ型糖尿病动物模型的实验研究。

例如，有研究者采用对SD大鼠进行一次性腹腔注射[7]或舌下静脉注射[8]40mg/kgALX的方法，成功建立了Ⅱ型糖尿病大鼠模型。

也有采用对Gottingen小型猪颈静脉推注80mg/kgALX的方法[9]，导致胰岛β细胞大量减少，成功建立了Ⅱ型糖尿病小型猪模型。

2.1.3烟酰胺和STZ联合制备类似Ⅱ型糖尿病动物模型

Masiello等人[10]使用先注射烟酰胺保护胰岛再使用STZ进行损伤，制备类似Ⅱ型糖尿病动物模型，该方法具体为：

腹腔注射3月龄Wistar大鼠230mg/kg的烟酰胺进行胰岛保护，15分钟后从尾静脉注射65mg/kg的STZ，4周后，血糖上升水平适中，平均值为8.61mmol/L（正常对照大鼠为6.72mmol/L）；维持一定的胰岛素分泌功能，保留了40%的胰岛素存储；血清TG和TC含量显著升高，HDL-C明显降低；没有出现肥胖症状。

该模型大鼠具有葡萄糖和脂质代紊乱特征，造模时间短，但不具备外周胰岛素抵抗、高胰岛素血症和肥胖的特征。

化学诱导法可选择的损伤胰岛β细胞，导致胰岛素分泌减少，而剩余的胰岛素可以令模型动物在不接受任何胰岛素治疗的情况下存活较长时间，致死率较低，造模成本相对较低，耗时短，操作方法也容易掌握。

但此方法是直接对胰岛β细胞造成损伤，导致胰岛素分泌相对不足，而不是造成了对胰岛素的敏感性降低的模型，且由于动物长期自发再生胰岛β细胞可导致模型不够稳定，不适于长期实验，所用化学试剂对主要脏器有一定的毒性。

此外不用剂量的药物对β细胞的破坏程度不同，因此前期需要探索一个合适的药物注射剂量，从而既能保证糖尿病的发生，又能避免胰岛素合成和分泌能力的的耗竭的效果，建立长期稳定的T2DM大鼠模型。

2.2饮食诱导

高能饮食，主要是脂肪和（或）糖类物质含量较高的食物。

有研究表明，高能饮食可使动物脂肪细胞过度增殖，因此产生的肥胖又能进一步引起胰岛素抵抗和糖尿病[11]。

特殊膳食诱导的糖尿病模型是由Houssay和Martinez在1947年首先报道的[12]。

目前已有不少研究者建立了此类动物模型。

贝等[13]以脂肪热量比为55%的高脂饲料喂养Wistar大鼠23周，第5周后出现体重明显增高，实验结束时空腹血糖仍无差异。

Svegliati-Baroni等[14]以脂肪热量比为58%的高脂饲料喂养兔子，喂养4周时出现体重、脏脂肪含量增加，血清胰岛素水平、空腹血糖升高。

邬云红等[15]以脂肪热量比为65%的高脂饲料喂养Wistar大鼠20周，出现空腹血清胰岛素、空腹血糖明显升高，胰岛素敏感指数明显降低。

PatelJ等[16]采用61%的果糖饮食诱导青年雄性Wistar大鼠16周的方法成功建立了具有心脏病变而没有皮功能障碍、触觉疼痛异常外周神经病变和视网膜病变的Ⅱ型糖尿病大鼠模型。

SurwitRS[17]等采用高糖高脂肪饲料喂养C57BL/6J小鼠6个月后，小鼠表现出明显的肥胖，并且表现出对葡萄糖的明显不耐受，空腹血糖≥240mg/dl，血清胰岛素水平≥150microU/ml，出现明显的胰岛素抵抗和血糖升高症状，发病特征和病情比较类似人类T2DM。

Maria[18]等给予C57BL/6J小鼠高脂肪饲料喂养12个月后出现葡萄糖耐受试验明显异常，并且也观察到胰岛素水平代偿性升高，但空腹血糖与正常组相比没有明显改变。

高能饮食诱导建立的Ⅱ型糖尿病动物模型有具有类似人类Ⅱ型糖尿病发病病因的优势，既能较好的表现出与人类相似的发病症状，又不会因化学试剂诱导而导致体重要器官受损，被广泛用于多种病因病理，特别是因营养过剩导致的Ⅱ型糖尿病相关的研究工作中，但诱导诱导时间过长，成本较高。

2.3联合诱导

由于高能量饮食与低剂量STZ均能诱导产生Ⅱ型糖尿病模型，故有不少研究者采用将两种方法联用的方式建立模型。

不同研究者采用的饲料配方，STZ剂量，饮食与药物处理的顺序和时间存在不同。

例如：

王艳等[19]用4周龄的SD大鼠喂以高脂饲料4周后，注射小剂量STZ，使多数动物产生糖耐量异常，再继续饲以高糖高脂饲料，进而复制出Ⅱ型糖尿病大鼠模型。

郭啸华[20]等以高糖高脂饲料喂养大鼠1个月，在诱导出胰岛素抵抗后以小剂量STZ（25mg/kg.BW）腹腔注射，通过对其胰岛素敏感性的检测和肾脏病理学观察，表明其与人类T2DM症状相符。

栗德林等[21]以30mg/（kg·d）给予大鼠左下腹腔连续注射5dSTZ，同时给予高脂饲料喂养,最终发现大鼠血糖迅速升高到15～30mmol/L。

Reed等人[22]采用高热量饮食联合STZ注射的方法制备出非肥胖的类似Ⅱ型糖尿病大鼠模型，具体方法为:

7周大的雄性SD大鼠，饲喂高热量饲料2周后尾静脉注射50mg/kg剂量的STZ进行模型制备。

造模时间为2~3周。

明智等人[23]将雌性Wistar大白鼠，体重230～250g，先尾静脉注射25～30mg/kgSTZ，2～3周后测定葡萄糖耐量，挑选糖耐量异常者，加喂高脂高糖半合成高热量饲料8~10周成型。

综上所述，STZ联合高能量饲料诱导的动物模型与单纯高能量饲料诱导的T2DM模型相比显著缩短了诱导时间，与单纯STZ注射诱导的T2DM模型相比显著增加了成模率，同时这种方法诱导的模型的发病机制与人类T2DM相似，是建立实验性T2DM动物模型的良好途径。

此外也可以根据特殊的目的与其他方法联用，例如，有研究者[24]为建立Ⅱ型糖尿病肾病模型，通过对8周龄雄性SD大鼠静脉注射STZ（40mg/kg）9d后，进行右侧肾脏切除手术，并于手术两周后喂以高脂肪饮食，成功建立了生理、生化、组织学指标随时间变化近似于人类的Ⅱ型糖尿病肾病模型。

3手术建立Ⅱ型糖尿病动物模型

利用外科手术对动物进行完全胰腺切除手术常用于Ⅰ型糖尿病动物模型的建立，但采用部分胰切除手术的方法可建立Ⅱ型糖尿病狗、猪、灵长及啮齿类动物模型[25]。

Kurup等对BALB/c小鼠进行50%胰腺切除手术，并联合使用350mg/kg烟酰胺和200mg/kg的STZ，成功建立了能长期维持高血糖状态的Ⅱ型糖尿病动物模型[26]。

此法建立的模型可避免化学试剂对实验动物器官的细胞毒性作用，可模拟人类胰岛β细胞大量减少。

但需要经历复杂的手术过程，所造模型存在一些消化系统问题，对其他的胰岛细胞也有损伤，且致死率较高。

此外，胰腺切除后胰岛的再生也限制了此类模型的应用[27]，现一般多用于胰腺移植和再生相关因素的研究[28]。

4基因敲出或转基因建立Ⅱ型糖尿病动物模型

Ⅱ型糖尿病的产生和发展与多种基因有关，采用转基因或基因敲除技术可以成功建立各种具有不同病理生理特征的Ⅱ型糖尿病动物模型。

常见的转基因或基因敲除动物包括与胰岛素和胰岛素受体以及胰岛素下游信号元件相关基因，如:

IRS－1[29-31]］、IRS－2[29-31]、GLUT－4[29]、PTP－1B[29]等基因敲除小鼠;PPAR－γ[29,32]组织特定基因敲除小鼠;葡萄糖激酶[33]（GK）或GLTU－2[29]基因敲除小鼠;肝脏特异性胰岛素受体基因敲除小鼠[34]（iLIRKO）;β细胞特定基因敲除小鼠[35];sqstm1基因敲除（OK）小鼠[36]］;骨骼肌特异性LPL（SMLPL（－/－））基因敲除小鼠[37];IRS－1/IRS－2双基因敲除小鼠[38];IRS－1+/－/GK+/－[29]双基因敲除小鼠;人胰岛淀粉样蛋白多肽过度表达大鼠[29];GIPR（dn）[39]转基因小鼠;下丘脑脑源性神经营养因子（BDNF）转基因小鼠模型[40]等。

应用转基因技术或基因敲除技术建立的Ⅱ型糖尿病动物模型，不仅能表现出自轻度到重度高血糖症，胰岛素抵抗，高胰岛素，葡萄糖耐受量损伤等多种不同的Ⅱ型糖尿病表型特征[29,34]，还能明确解释与产生胰岛素抵抗和β机能障碍相关的机制，帮助人们从基因的角度上更好的了解糖尿病产生的原因及发病机制。

但此造模方法对实验者、实验环境及相关仪器设备均有较高的要求，成本较高，不适于一般的科学研究实验。

5中医证候Ⅱ型糖尿病动物模型

中医在Ⅱ型糖尿病治疗方面有其特有的优势，如何利用中医理论，建立出符合中医病证特点的糖尿病证候模型，是制约中医药在糖尿病方面研究的关键所在。

目前的证候模型多是在应用化学药物诱导出糖尿病动物模型后，运用中药的四气五味的药性理论来研制Ⅱ型糖尿病证候的动物模型。

吴忆等[41]用STZ诱导出SD大鼠Ⅱ型糖尿病动物模型后，再灌服青皮18g，枳壳18g，附子15g，按13g·kg-1给药，每日1次，连续4周，SD大鼠出现明显的气阴两虚的证候。

方遒等[42]给予SD大鼠高脂饲养和STZ处理后灌服青皮15g、附子10g，按15.75g·kg-1给药，每日1次，4周后也造成了Ⅱ型糖尿病气阴两虚动物模型。

董天宝和敬林[43]研究发现，用STZ和高脂饲料诱导出Wistar大鼠Ⅱ型糖尿病动物模型后，再灌服干10g，附子15g，按10.4g·kg-1给药，每日1次，连续4周，Wistar大鼠出现明显的阴虚热盛的证候。

敬文等[44]应用STZ造成大鼠糖尿病后再灌服黄连9g，石膏30g，按13g·kg-1给药，造成血瘀气滞Ⅱ型糖尿病动物模型。

此外敬文还对应用STZ造成糖尿病的大鼠应用中药（阴阳两虚组灌服青皮18g、枳壳18g、干18g、黄柏18g，按24g·kg-1给药；阴虚热盛组灌服干9g、附子15g、肉桂15g、女贞子20g。

按19.7g·kg-1给药；气阴两虚组灌服青皮18g、枳壳18g、附子15g，按13g·kg-1给药）造成中医阴阳两虚、阴虚热盛、气阴两虚模型。

中药造模可避免由于单一的化学药物造模毒性大而导致动物死亡，这些模型适用于中医中药以及中西结合治疗Ⅱ型糖尿病的相关研究。

6总结

目前国外对T2DM动物模型的研究虽然很多，但尚无一种公认的理想的造模方法。

由于Ⅱ型糖尿病复杂的发病原理和代特征，目前的制备方法并不能复制出和人类Ⅱ型糖尿病完全相似的动物模型，只能局部模拟人类Ⅱ型糖尿病的发病途径，制备出的动物模型往往只具有部分人类糖尿病的代特征。

此外不同研究者之间由于所选造模方法、药物来源和造模时所用试剂纯度的不同，以及衡量模型成功与否的标准参差不齐，使得施加因素严重影响模型质量，试验数据的人为误差加大。

建立和选择合适的糖尿病模型将有助于研究糖尿病及其并发症的病因、病机、临床表现，为其预防和治疗提供实验依据。

不同的动物模型具有各自的优点，发展一种新型的Ⅱ型糖尿病动物模型构建方法，能够克服以上方法的缺陷，同时实现成本低、操作简便、耗时短、成功率高等是糖尿病实验研究的要求，也是一项挑战。

我们也需要根据自己的研究目的的选择合适的模型。

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