常見的糖尿病大鼠小鼠模型（I型、II型糖尿病動(dòng)物模型（T1D、T2D））帶你了解

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2021-12-23

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最常見的糖尿病是I型糖尿病（T1D）和II型糖尿病（T2D），它們都是多因素疾病，由于非常復(fù)雜的遺傳因素與環(huán)境因素相互作用，從而導(dǎo)致疾病發(fā)展

　　糖尿病是一種慢性疾病，其特點(diǎn)是相對(duì)或絕對(duì)胰島素缺乏，導(dǎo)致高血糖。慢性高血糖可導(dǎo)致多種并發(fā)癥，如神經(jīng)病變、腎病和視網(wǎng)膜病變，并增加心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）數(shù)據(jù)，2030年之前糖尿病將成為全球第七大死亡原因。
　　最常見的糖尿病是I型糖尿病（T1D）和II型糖尿病（T2D），它們都是多因素疾病，由于非常復(fù)雜的遺傳因素與環(huán)境因素相互作用，從而導(dǎo)致疾病發(fā)展。I型糖尿病約占所有糖尿病病例的10%，II型糖尿病約占所有病例的90%，肥胖、不良飲食和缺乏鍛煉等生活方式在II型糖尿病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)中發(fā)揮重要作用。
　　由于糖尿病在世界范圍內(nèi)發(fā)病率較高，因此，仍需要進(jìn)行廣泛的研究，以開發(fā)新的抗糖尿病藥物并確定其作用機(jī)制。因此，近年來，許多糖尿病動(dòng)物模型得到了發(fā)展和完善，其中對(duì)大小鼠模型的描述最為全面。
　　I型糖尿病動(dòng)物模型（T1D）
　　I型糖尿病的主要特征是由于胰腺β細(xì)胞的自身免疫破壞，導(dǎo)致胰島素分泌不足。I型糖尿病的動(dòng)物模型包括自發(fā)產(chǎn)生自身免疫性糖尿病的動(dòng)物，以及胰腺細(xì)胞的化學(xué)消融術(shù)。建立T1D動(dòng)物模型的方法有很多，如使用抗胰島素血清、胰腺切除術(shù)、葡萄糖輸注、β細(xì)胞毒性藥物、病毒等；反映人T1D的動(dòng)物模型在基礎(chǔ)研究和臨床前研究中都具有重要意義，這不僅有助于了解T1D的發(fā)病機(jī)制，也有助于評(píng)估具有治療潛力的新療法（單藥或聯(lián)合治療）。I型糖尿病主要有五種自發(fā)性常用模型，目前使用最廣泛的是NOD小鼠和BB大鼠。

　　圖1. T1D小鼠模型
　　1. NOD小鼠
　　NOD小鼠在1974年被日本大阪鹽野木實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)而來[4]，是了解自身免疫性疾病（如T1D）病理生理機(jī)制的首選動(dòng)物模型。NOD小鼠在第3周或第4周出現(xiàn)胰島炎，胰島被先天免疫細(xì)胞浸潤(rùn)，主要是CD4+和CD8+淋巴細(xì)胞以及NK和B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞[5,6]。NOD小鼠的這一過程與人類相同，在人胰島浸潤(rùn)中也發(fā)現(xiàn)了類似的免疫細(xì)胞[7]。從大約4-6周齡開始，先天免疫細(xì)胞在胰島中的浸潤(rùn)進(jìn)一步吸引了適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的CD4+和CD8+ T細(xì)胞亞群[8]。上述固有免疫細(xì)胞和適應(yīng)性免疫細(xì)胞浸潤(rùn)胰島的活動(dòng)，開始通過免疫應(yīng)答或凋亡的方式破壞胰島細(xì)胞，這是糖尿病發(fā)生的必要條件。此外，胰島炎導(dǎo)致β細(xì)胞的破壞，大約90%的胰腺胰島素在顯性糖尿病發(fā)病10-14周內(nèi)丟失。顯然，糖尿病NOD小鼠體重迅速減輕，需要胰島素治療才能使糖尿病動(dòng)物存活更長(zhǎng)時(shí)間，最長(zhǎng)可達(dá)30周齡。
　　由于該模型會(huì)發(fā)展出類似于人類的自發(fā)性疾病，所以其在疾病表征方面非常接近人類。該模型在了解疾病的病理生理過程中發(fā)揮了非常重要的作用，包括識(shí)別新的與人類相似的自身抗原和生物標(biāo)志物，并幫助研究人員設(shè)計(jì)和篩選治療靶點(diǎn)[9]。
　　在NOD小鼠和人類中發(fā)現(xiàn)50多個(gè)基因位點(diǎn)，這些是與免疫功能和調(diào)節(jié)以及胰腺β細(xì)胞功能相關(guān)的基因，它們?cè)诮閷?dǎo)T1D的易感性中起重要作用[10]。然而，NOD小鼠和人類的大部分易感性都是由MHC II類單一基因座引起[11]。許多研究結(jié)果表明，NOD小鼠體內(nèi)的MHC II類蛋白在結(jié)構(gòu)上與人類相似，這可能是導(dǎo)致NOD小鼠和人類均對(duì)該疾病具有抵抗力或易感性的原因[12]。因此，NOD小鼠被認(rèn)為是用于檢測(cè)與自身免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)相關(guān)治療的理想臨床動(dòng)物模型。
　　2. BioBreeding DiabetesProne [BB]大鼠
　　BB大鼠為非親緣性Wistar大鼠，代表自發(fā)性自身免疫性糖尿病模型。1974年在加拿大殖民地首次發(fā)現(xiàn)具有這種特征的老鼠。將該品系進(jìn)一步發(fā)展為兩個(gè)亞品系：自交系（BBDP/W）和遠(yuǎn)交系（BBDP）[2]。BB大鼠一般在發(fā)育期后（即約90%）就會(huì)發(fā)生糖尿病，雌雄之間沒有任何性別差異。BB大鼠的糖尿病表型非常極端，其特征是高血糖、低胰島素血癥、體重減輕和酮尿[3]。BB大鼠需要立即進(jìn)行胰島素治療以維持生存。患胰島炎的BB大鼠有主要的免疫細(xì)胞，如T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和NK細(xì)胞，但CD4+ T細(xì)胞嚴(yán)重減少，CD8+ T細(xì)胞幾乎缺失。此外，在大鼠中也證實(shí)了 ART2+ T 細(xì)胞的缺乏，其中ART2代表成熟的T細(xì)胞同種異體抗原，這是識(shí)別具有免疫調(diào)節(jié)特性的細(xì)胞所必需的。BB大鼠是誘導(dǎo)胰島移植耐受的首選小動(dòng)物模型[2]，已用于糖尿病神經(jīng)病變的干預(yù)和遺傳學(xué)研究。兩性BB大鼠均可發(fā)生胰腺炎，隨后選擇性破壞β細(xì)胞，在50 - 90天齡時(shí)引發(fā)糖尿病。自發(fā)性糖尿病BB大鼠的胰島炎的自然病程與NOD小鼠不同。
　　II型糖尿病動(dòng)物模型（T2D）
　　II型糖尿病在肥胖和非肥胖動(dòng)物模型中均有不同程度的胰島素抵抗和β細(xì)胞衰竭。因此，II型糖尿病的動(dòng)物模型主要包括胰島素抵抗模型和/或β細(xì)胞衰竭模型。許多2型糖尿病的動(dòng)物模型都是肥胖模型，說明肥胖與人類2型糖尿病的發(fā)展密切相關(guān)。建立T2D動(dòng)物模型涉及多種方法，如單基因肥胖、多基因肥胖、高脂飲食、非肥胖模型和遺傳誘導(dǎo)模型。T2D動(dòng)物模型的建立對(duì)基礎(chǔ)和臨床前研究都具有非常重要的意義[13]。自發(fā)性II型糖尿病的常用模型有Lepob/ob小鼠、Zucker脂肪大鼠和Zucker糖尿病脂肪大鼠等。

　　圖2. T2D小鼠模型
　　1.Lepob/ob 小鼠
　　C57BL/6小鼠的6號(hào)染色體自發(fā)突變產(chǎn)生重度肥胖Lepob/ob小鼠模型，該突變于1949年在杰克遜實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)遠(yuǎn)交群中首次被發(fā)現(xiàn)。然而，直到1994年才發(fā)現(xiàn)突變蛋白是瘦素[14]。Lepob/ob小鼠2周齡時(shí)體重開始增加，伴高胰島素血癥，體重可達(dá)野生型正常小鼠體重的3倍。4周后出現(xiàn)明顯的高血糖，血糖濃度逐漸升高，在3-5個(gè)月達(dá)到峰值，之后隨著小鼠年齡的增長(zhǎng)血糖濃度開始下降[15]。在第10天可檢測(cè)到產(chǎn)熱受損，明顯的嗜食和能量消耗降低，表現(xiàn)為胴體脂質(zhì)增加，明顯的肥胖。其他異常癥狀包括高脂血癥、體溫不調(diào)節(jié)、體力活動(dòng)降低和不孕[16]。此外，在Lepob/ob小鼠中，胰島細(xì)胞急劇減少，胰島素釋放異常[17]。在肥胖小鼠體內(nèi)注射瘦素可以減少體重增加，減少食物攝入，增加能量消耗，提高胰島素敏感性[18]。Lepob/ob小鼠嚴(yán)重肥胖并伴有高胰島素血癥和終生胰島素抵抗，這些癥狀使該模型對(duì)于改善外周胰島素敏感性和降低體重的藥物研究有重要作用（如胰島素增敏劑、抗肥胖和其他抗高血糖藥物）[19]。
　　2. Zucker脂肪大鼠和Zucker糖尿病脂肪大鼠
　　Zucker脂肪大鼠是Merck M-strain與Sherman大鼠于1961年雜交而成[20]。ZDF大鼠在4周后變得肥胖并發(fā)展為糖尿病。它們的特征是瘦素受體突變，可誘發(fā)嗜食癥。肥胖大鼠存在高胰島素血癥、高脂血癥、高血壓等代謝異常，并伴有糖耐量受損[21]。在高能量嚙齒動(dòng)物飲食下瘦素激素受體發(fā)生純合突變 (fa/fa)，雄性大鼠出現(xiàn) T2D。此外，在3-8周齡之間會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的胰島素抵抗和葡萄糖不耐受。ZDF大鼠在8和10周齡出現(xiàn)高度糖尿病，并且在10到11周齡時(shí)進(jìn)食狀態(tài)下的葡萄糖水平進(jìn)一步增加到500mg/dL。有證據(jù)證實(shí)胰島DNA含量升高與血清胰島素相關(guān)，提示胰島增生在ZDF大鼠高胰島素血癥的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[22]。
　　肥胖大鼠的甘油三酯和膽固醇水平高于瘦大鼠，這是由于骨骼肌和胰島脂肪酸代謝過度導(dǎo)致的脂肪毒性[23]。通過給肥胖的ZDF大鼠喂食高飽和脂肪和蔗糖的飲食，也可以誘導(dǎo)它們產(chǎn)生非常高水平的脂肪。在ZDF大鼠上誘導(dǎo)突變可以產(chǎn)生比Zucker Fatty大鼠肥胖更少的近交ZDF大鼠亞系，但由于β細(xì)胞凋亡水平增加，其胰島素抵抗更嚴(yán)重，其特征是在八周時(shí)出現(xiàn)高胰島素血癥，隨著年齡的增長(zhǎng)，胰島素水平隨之降低[24]。然而，雌性ZDF大鼠不會(huì)出現(xiàn)明顯的糖尿病[21]。瘦素受體缺陷的雄性ZDF大鼠（ZDF/CrlCrlj）成為臨床前研究中流行的T2D模型，其表現(xiàn)為胰島結(jié)構(gòu)中斷，B細(xì)胞脫顆粒，B細(xì)胞死亡增加。