糖尿病动物模型研究概述

朱宏伟，施晓会，综述；刘 红，郑 倩，审校

(1.川北医学院临床医学系；2.川北医学院机能实验中心，四川 南充 637000)

糖尿病是一种常见的慢性病，随着人们生活水平的提高，人口老龄化及肥胖的增加，其发病率呈逐年上升趋势。2011年国际糖尿病联盟调查结果表明：全世界糖尿病患者已达3.66亿[1]，其中发展中国家明显高于发达国家，我国已确诊糖尿病患者达到9 240万人，发病率高达9.7%[2]。糖尿病目前仍是一种终生性疾病，尚无办法根治，因此建立理想的糖尿病动物模型深入研究糖尿病的发病、治疗、预防及其并发症的转归有着重要意义。本文就糖尿病动物模型的构建方法及其特点进行综述。

目前用于相关研究的糖尿病动物模型主要有4类，即胰腺部分切除动物模型、自发性遗传动物模型、诱导型动物模型和转基因动物模型。

1 胰腺部分切除动物模型

Mehring[3]在1890年发现，狗的胰腺被切除后会发生糖尿病。此后，许多研究者对该手术不断完善与改良并成功复制出Ⅰ型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)模型。主要手术方法包括：(1)胰岛大部切除(80%～90%)加高糖饮食刺激后使胰岛B细胞功能衰竭形成永久性糖尿病，其特征是引起轻度高血糖，而不伴有体重减轻或者胰岛素水平的减少，不会导致严重的糖尿病；(2)实验动物胰腺的钩体及胰体、胰尾部的部分切除[4]，并在实验动物身体局部或全身注射直接损伤胰岛B细胞毒性的药物，进而诱发实验动物出现T1DM的临床症状，此法既避免了切除全部胰腺导致的严重创伤和胰腺外分泌障碍的缺点，也同时避免了大剂量使用胰岛B细胞毒性剂给其他组织器官带来的损伤；(3)结扎动物胰管加高糖饮食使胰岛形成明显的改变。

2 自发性遗传动物模型

自发性糖尿病模型因为与人类的糖尿病发病机制近似，使其具有更大的应用价值，目前已在多种动物身上发现。主要包括啮齿类、猫科类、猪和灵长类四种动物，这些动物的患病病情与病理具有不同的特点[5]。

2.1 啮齿类

啮齿类动物模型是目前筛选出并能成功保留的主要的糖尿病动物模型，其中大多数为基因缺陷型或易感性自发糖尿病鼠，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、黑线仓鼠(cricetutusbarabensis)等常用的Ⅱ型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)。一部分T2DM会缓慢发生胰岛炎导致隐性的自身免疫性糖尿病，最终转变为T1DM。

2.2 猫科

T2DM猫科动物与人类T2DM的临床症状相似度达80%，共同特征是好发于中老年阶段，其胰岛素抵抗和肥胖是糖尿病发生的早期症状。Feldhahn等[6]研究发现，在自发性糖尿病猫科动物中均发现胰岛有淀粉样沉积，而人类90%以上患者也发生同样的病理变化。据推测这一现象可能与两者的生活习性及环境相似有关。

2.3 猪

自发性T2DM猪模型中，主要是小型猪品种。其应用领域是进行糖尿病并发症的研究，如心血管、肾脏、眼病等[7]。这类研究在国内相对较少。

2.4 猴类

研究者在大多数猴类中均发现和报道与人类及其相似的糖尿病病情。对灵长类动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，于研究糖尿病并发心血管和大血管疾病方面具有明显优势[8]。

3 诱导型动物模型

3.1 催肥

通过破坏动物下丘脑的饱食中枢，让动物过度饮食，继而发生高血糖、高胰岛素血症和胰岛素抵抗(IR)。但这种方法导致动物死亡率高，成模率也不到30%[9]。

3.2 化学诱导法复制模型

3.2.1 四氧嘧啶(Alloxan) 在链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)用于复制糖尿病动物模型前，Alloxan是最广泛的糖尿病动物模型复制药物，常用剂量为100～200 mg/kg[10]。其原理主要是在动物机体内产生自由基，选择性损伤B细胞，胰岛素合成受阻，血糖升高[11]。Alloxan法的优点是操作简便，价格价廉，复制周期短。缺点是Alloxan可致动物肝、肾损害，用量偏大会导致动物死亡率上升，偏小又会降低成模率，因此使用时，最好预试该批动物的适合剂量。

3.2.2 STZ STZ是从链霉菌中提取出来的一种广谱抗生素，其造模原理可能与以下因素有关：直接损伤胰岛B细胞；通过激活自身免疫，破坏B细胞；提高机体氧化能力损伤胰腺内分泌细胞，最终使胰岛素分泌下降，导致血糖水平升高[12-15]。应用STZ造模，根据现有的文献报道，大致可以分为两种方法。其一：一次性或连续3 d给予SD或Wistar大鼠大剂量(65～95 mg/kg)腹腔注射，诱发1型糖尿病动物模型[16]。该方法优点是操作简单，成膜快；缺点是模型与人类大多数糖尿病模型发病机理与病理变化并不相符，而且动物血糖偏高，体重下降迅速，远期死亡率很高，一般存活时间不超过1年，个别报道存活时间能达到18个月。其二：多次小剂量注射诱发糖尿病模型，有报道给予2～3月龄SD或Wistar大鼠多次小剂量(15～45 mg/kg)腹腔注射，成功复制出糖尿病动物模型，该模型稳定性和远期存活率都优于前一种方法。也有报道多次小剂量给予新生大鼠注射STZ，在大鼠成年后可以发生典型的T2DM临床症状[17]。这两种方法复制的糖尿病动物模型均可作为糖尿病兼脂质代谢异常方面的研究。

3.2.3 Alloxan-STZ联合给药诱发糖尿病 刘晟等[18]报道，给予成年大鼠STZ 30 mg/kg和Alloxan 50 mg/kg，可以快速复制出糖尿病动物模型。该方法优点是联合用药，不但可以提高成模率，还能降低动物死亡率，减轻大剂量使用Alloxan对动物肝肾损害。

3.2.4 静脉注射水合阿脲 给乌克坦小型猪一次静脉注射水合阿脲200 mg/kg，可产生典型的急性糖尿病。给大鼠用环丙庚哌4周，可产生高血糖症状。

3.3 中西医结合

3.3.1 高脂诱发非胰岛素依耐型糖尿病(noninsulin-dependent-diabetes mellitus，NIDDM)模型 研究者采用高能量食物饲养大鼠1～2个月，可明显诱发动物产生高胰岛素血症。近年来，许多文献报道，给予大约200 g Wistar或SD大鼠4周高糖高脂饮食，便能使动物产生胰岛素抵抗[19]；而用脂肪占总热能的45.5%的高脂饮食也成功地诱发了c57BL/6g小鼠产生T2DM[20]。优点：揭示了高脂膳食与T2DM的密切关系，也为广泛开展T2DM的实验研究提供了良好的动物模型。缺点：复制干扰因素很多，比如大鼠体重、饮食结构、气温与湿度、通风情况、和周围噪音等都可能影响模型质量和成模率。

3.3.2 高糖诱发NIDDM模型 高糖饮食是致胰岛素抵抗和糖尿病发病的高度危险因素，而高果糖最易造成胰岛素抵抗[21]。李瑞峰等给雄性Wistar大鼠饮用12%的高果糖水建立MDDM模型。

3.3.3 STZ+高脂饮食造模 蔡文就等[22]采用中剂量STZ+肥甘饮食(总热能为6.491 KJ/g)持续喂养10周的方法，模拟实验性NIDDM大鼠模型,赵晓华等[23]则用25 mg/kg体重给大鼠注射STZ，再结合高脂饮食喂养，复制的模型大鼠不仅有糖尿病“三多”的典型症状，还具备超重与高血脂、高胰岛素血症和胰岛素抵抗的特征，这与目前临床上很多T2DM早起临床特点相符。

3.3.4 高糖高脂饮食+小剂量STZ模型 T2DM发病总的来说可以归纳为胰岛素相对或绝对缺乏[24]。通常启动T2DM发生的初始原因是胰岛素抵抗[25]，前文已述及高能饮食具有显著诱发动物产生IR的作用[26]。根据这个原理复制的T2DM是目前应用最为广泛的糖尿病模型。

造模方法一：国内首先由郭啸华等[27]在2000年报道应用这一方法获得成功，在以后的10余年内，类似报道层出不穷，而且许多研究人员在此模型上进行了大量糖尿病基础与药物应用研究，也有很多研究人员对此方法做了进一步的改良，使模型成功率、稳定性和变异性等方面都得到了进一步的提升。同时这一模型也成为研究T2DM血管并发症(如糖尿病肾病、冠心病等)的理想动物模型。这一复制方法在近年来被国内外研究者广泛应用，并且在此基础上进行了改良。

造模方法二：张芳林等[28]利用8周龄SD大鼠，高能饲料喂养8周+小剂量STZ(15 mg/kg)尾静脉注射，成功复制出T2DM。该模型主要特点是高脂饮食首先诱发大鼠产生IR，小剂量STZ破坏适量胰岛B细胞，复制的模型大鼠血糖能长时间稳定，动物存活率高，与人类肥胖原因引起的糖尿病病理和发病机制相似，是目前糖尿病及其并发症研究中比较理想的动物模型。

3.4 病毒诱导

柯萨奇病毒多感染儿童，主要经肠道传播,引发胰腺炎，导致淋巴细胞浸润，B细胞坏死，可使新生的小白鼠、田鼠等致病，对成年鼠不致病。其高血糖为特发性，伴有明显低胰岛素血症。在某些小鼠中可自然缓解，但糖耐量异常及高血糖在恢复期中仍将存在[17]。

4 转基因动物

根据研究者的意愿，借助实验手段来控制实验动物的特定基因成分及其表达等，而使动物表现特有的遗传性状，这个技术称为转基因技术，用此技术制作的动物模型称为转基因动物模型。主要有单基因敲除，多基因敲除，MODY3模型，线粒体突变动物模型。不过根据近年来的研究发现，单靠基因敲除这项技术还很难揭示胰岛素抵抗和糖尿病发生的根本机制[29]。

5 研究展望

尽管目前研究人员已经成功复制出各种糖尿病动物模型，但是，这些模型仍存在一些不足之处：(1)模型诱导方式多样，即使同一种复制方法，也缺乏统一的操作规范。比如现在应用最为广泛的“高脂饲养+小剂量STZ”技术，在高脂饲料配方和STZ用量用法上各家报道差异就很大。(2)关于各种动物糖尿病的判断标准参差不齐，有的标准相差一倍以上。例如：T2DM大鼠，许多报道引用血糖>7.8 mmol/L作为模型成功的判断标准，也有很多报道引用血糖≥16.7 mmol/L作为模型成功的判断标准。(3)模型的成功率、稳定性、死亡率、血糖差异性，胰腺与肝脏组织的病理结构改变等差别也很大。但是相信随着研究的不断深入，人类必将获得与人类糖尿病发病机制和病理变化高度吻合的动物模型，对糖尿病临床及实验研究起到更大推动作用。

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