I型糖尿病動物模型詳細解析

“師兄，我最近的課題需要構建一種1型糖尿病小鼠，看了很多文獻，現(xiàn)在仍然很苦惱，不知道該選哪一種？文獻看得我暈頭轉向，你能幫幫我嗎？”

在座的各位同學，你們還在為頻繁的請教師兄師姐問題而感到麻煩和煩惱嗎？小編面皮薄且內向的人，每次請教師兄都感覺特別不好意思，生怕打攪到師兄，次數(shù)多了就會特別糾結到底要不要去請教呢？（小編就是這樣弱）

那么，面對文獻里的各類動物模型，哪一種才是適合我們的實驗研究呢？這還真是個難題！不要急，和小編往下看。

上一期我們從整體上了解糖尿病的基本概況及其動物模型的基本分類，主要包括1型糖尿病和2型糖尿病，這次我們就從1型糖尿病動物開始，為大家詳細介紹常見的模型種類、構建方法及其應用范圍等，為你的實驗之路省時省力。

什么是1型糖尿病

1型糖尿病(Type1 diabetes)，是一種由于自身免疫反應而導致能夠分泌胰島素的胰腺β細胞被破壞，使β細胞不能產生足夠的胰島素（或者不產生胰島素）來降低血糖，以至于機體處于長期高血糖（Hyperglycemia）狀態(tài)。其病因目前未知，可能是遺傳和環(huán)境因素共同導致。

典型的癥狀是頻繁排尿，口渴，饑餓增加和體重減輕，俗稱“三多一少”。一般通過測試血中血糖水平或糖化血紅蛋白（HbA_1c）的水平來診斷是否患糖尿病。

常用的1型糖尿病動物模型

1型糖尿病小鼠種類比較多，首先你需要明確你的實驗目的，進而選擇正確的動物模型，比如相對簡單和便宜的模型就是：STZ藥物誘導，用于藥物評價；如果你想研究發(fā)病中的信號通路，可能最好選擇NOD小鼠了。下面就來具體看看。

如表1簡單概括了常見的1型糖尿病的動物模型，主要有化學藥物誘導的，如鏈脲佐菌素（STZ）模型，自發(fā)性自身免疫模型，如NOD小鼠模型，BB大鼠模型，也有遺傳誘導、病毒誘導等大鼠小鼠模型，這些模型并沒有嚴格的區(qū)別，主要看研究者的目的和研究側重點。

表1.   1型糖尿病嚙齒動物模型的特點和應用

一
化學誘導的1型糖尿病

1. 鏈脲佐菌素（STZ）誘導模型

造模機理：利用STZ的毒性破壞胰島，造成胰島素分泌喪失。

如圖1，STZ是一種葡糖胺-亞硝基脲化合物，通過腹腔注射（ip）或靜脈注射（iv）給藥后，通過Glut-2轉運體（Glut-2transporter）進入胰腺β細胞，導致DNA的烷基化。隨后激活PARP導致NAD+消耗增加，細胞ATP減少，最終使胰島素產生受到抑制，此外，STZ是自由基的一個來源，自由基的增多也有助于DNA損傷和加速β細胞死亡。

圖1.STZ誘導1型糖尿病的作用機理圖

鏈脲佐菌素（STZ）誘導模型包括高劑量和多次低劑量STZ法

①高劑量STZ 法

小鼠品系：幾乎所有小鼠品系都可以，但存在品系和個體差異

小鼠周齡： 8W～12W

STZ溶液的配置：檸檬酸緩沖液溶解STZ，調PH=4.2～4.5，冰浴避光保存，30min內用完

給藥周期和方式：只注射一次，小鼠中單次高劑量的劑量范圍為100～200mg·kg-1，大鼠35～65mg·kg -1，促進β細胞的快速消融和高血糖，一般腹腔注射（操作相對方便）或者尾靜脈注射(省藥量，但難度大)

模型成功的判斷標準：一般第二天就能檢測血糖，空腹血糖＞16.7mmol/L

特點：對胰島β細胞的破壞力大于多次低劑量STZ，死亡率高

②多次低劑量STZ

構建方式與高劑量相比，主要是給藥周期不同：大部分以24h為周期（藥力發(fā)揮主要集中在24h內），給藥次數(shù)每個實驗方法都有不同，2-7次，以給藥3次居多。

每天劑量范圍20～40mg·kg-1，胰島數(shù)量和體積會明顯減少，同時胰島素分泌能力也逐漸降低。

特點： 死亡率低，但成模率也相對較低，穩(wěn)定性差

目前邦耀實驗室已經成功掌握STZ誘導的構建方法，并且利用該模型已經發(fā)表文章（參考文獻3）此方法簡單便宜快捷，重復性高，是研究1型糖尿病的經典動物模型。

2. 四氧嘧啶（Alloxan）誘導模型

造模機理：主要是胰島β細胞的快速攝取四氧嘧啶抑制葡糖激酶（glucokinase）和過多自由基的形成。

小鼠品系、小鼠周齡、造模方法、給藥方式，基本同上；

給藥濃度：注射前用生理鹽水配置成1%的溶液，劑量范圍為50至200mg·kg-1，大鼠的劑量為40至200mg·kg-1，小鼠的這取決于動物品系和給藥途徑，如：腹腔注射（ip）和皮下注射（sc）需要靜脈注射（iv）三倍的劑量；

給藥周期：禁食12h，一次給藥；

模型成功的判斷標準：一般在給藥后每2-3天檢測血糖，血糖值≥14.5mmol/L。

主要應用和優(yōu)點：

①測試藥物治療效果，如測試胰島素的新制劑，測試移植治療；

②提供了簡單和相對便宜的糖尿病模型，而且還可以用于高等動物。

缺點：

①可引起肝、腎、肺、腸、睪丸和腦毒性，尤其四氧嘧啶具有狹窄的糖尿病劑量，甚至較少的劑量給藥就可引起很大的毒性，特別是腎臟毒性；

②STZ和四氧嘧啶相對不穩(wěn)定，所以溶液應當現(xiàn)配現(xiàn)用。

二
自發(fā)性自身免疫模型的 1型糖尿病

1. NOD小鼠

NOD(Non-Obese Diabetic mice)小鼠是由日本大阪的Shionogi實驗室在1974年開發(fā)，約在3-4周齡時出現(xiàn)胰島炎，胰島白細胞浸潤，10～14周開始自發(fā)性發(fā)生糖尿病。24～30周齡變成明顯糖尿病，此時體重會迅速減輕，發(fā)病率存在性別差異（雌性90％，雄性50-60％）。

主要應用和優(yōu)點：

①幫助識別可以導致1型糖尿病的許多遺傳和信號通路的模型；

②MHC2類分子(TheMHC class 2)與人的結構相似，與人類有相似的該疾病的抗性或易感性；

③測試其中靶向自身免疫應答的調節(jié)治療，用于自身免疫模型的復發(fā)模型。

缺點：

①需要在無特定的無病原體（SPF）條件下維持糖尿病發(fā)病率（與微生物暴露負相關）；

②存在性別差異；

③疾病發(fā)作不可預測；

④價格相對昂貴，對藥物干預治療的時間點要求苛刻（早期給藥）。

2. BB大鼠

BB（Biobreeding）大鼠來自遠交系Wistar大鼠，1974年首次在加拿大殖民地培育，來源于倆個亞系，一個近交（BBDP/ Wor）和一個遠交（BBdp）。青春期后發(fā)生糖尿病，80％大鼠8～16周發(fā)展成為糖尿病，胰島炎（insulitis）發(fā)生先于周圍胰島炎（peri-insulitis），發(fā)病無性別差異，糖尿病表型明顯。

主要應用和優(yōu)點：

①闡明關于1型糖尿病的遺傳學更具價值；

②胰島移植耐受的首選小動物模型；

③干預研究和糖尿病性神經病變的研究。

缺點：

①淋巴細胞減少癥（CD4 + T細胞嚴重減少和幾乎沒有CD8 + T細胞）；

②需要胰島素治療才能存活。

三
遺傳誘導的胰島素依賴性糖尿病

AKITA小鼠

AKITA小鼠來源于日本Akita，C57BL/ 6NS1c小鼠，由于胰島素基因2（Insulin-2）的自發(fā)突變，導致胰島素蛋白錯誤折疊，內質網功能紊亂，從3至4周齡開始出現(xiàn)嚴重的胰島素依賴性糖尿病，即表現(xiàn)為高血糖，低胰島素血癥，多尿和多飲。

主要應用和優(yōu)點：.

①作為移植研究中鏈脲霉素處理的小鼠的替代物；

②用作1型糖尿病大血管病和神經病變的模型；

③用于胰島中ER應激的緩解研究，這方面具有2型糖尿病的一些病理學特點。

缺點：未用胰島素治療的純合子小鼠很少存活超過12周。

四
其他1型糖尿病的大動物模型

除了廣泛研究的1型糖尿病嚙齒動物模型，目前，已經開發(fā)了幾種大動物模型。在大型動物模型中，自發(fā)性糖尿病相對罕見且不可預測，因此才需要人工誘導1型糖尿病的模型

在大模型中誘導胰島素依賴的最常見的方法是通過胰腺切除術（Pancreatectomy）或STZ胰腺切除術，顧名思義，就是切除動物的胰腺，一般由熟練的外科醫(yī)生完成。大動物建立STZ誘導的糖尿病模型，困難更大，不僅需要使用更大的劑量，模型的可重復性和穩(wěn)定性差，而且價格昂貴，一般實驗室難以承受。

五
病毒誘導型

病毒誘導的糖尿病模型，用于誘導糖尿病動物模型包括coxsackieB 病毒、encephalomyocarditis病毒和Kilham大鼠病毒，誘導機理復雜，病毒的復制水平以及感染的時間很難把握，實驗防護級別要求高，造模需要條件苛刻，性價比相對較低，一般實驗室也不采用此法。

綜上所述，我們?yōu)榇蠹以敿毥榻B了幾類1型糖尿病模型，主要包括化學誘導（STZ）自發(fā)性自身免疫模型及遺傳誘導的胰島素依賴性糖尿病的1型糖尿病模型等，我們在實驗中可以根據(jù)自己的實驗目的并結合實驗室的條件選擇對應的動物模型。

參考文獻

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