II型糖尿病研究需要使用的動(dòng)物模型介紹

今天師兄告訴我，如果我們實(shí)驗(yàn)室要研究糖尿病，應(yīng)該主要研究2型糖尿病，這讓我聽到之后愣在了那里，原來在研究糖尿病上面我還年輕著呢（暗自說道）。

那，2型糖尿病是不是也需要相對應(yīng)的動(dòng)物模型來支持研究呢？師兄能幫忙講講嘛？（我厚著臉皮問道）。

當(dāng)然了，研究2型糖尿病怎么能少得了其相關(guān)的動(dòng)物模型呢？你上周已經(jīng)掌握了1型糖尿病模型的相關(guān)知識，下面就來和你說說一些常見的2型糖尿病模型吧。

糖尿病主要分為1型和2型糖尿病，其中2型糖尿病約占90%，已經(jīng)成為繼癌癥、心血管疾病之后的第三大嚴(yán)重威脅人類健康的重大疾病，因此對其研究也越發(fā)重要，理想的動(dòng)物模型是研究疾病病理和治療疾病的關(guān)鍵。

2型糖尿病簡介

2型糖尿病（Type 2 diabetes, T2D)主要表現(xiàn)為胰島素相對不足或胰島素分泌正常但存在胰島素抵抗，血糖升高。超重、高血壓、血脂異常、年齡增加、工作壓力大、高熱量飲食等是誘發(fā)2型糖尿病的主要因素。

常見2型糖尿病動(dòng)物模型

建立2型糖尿病的動(dòng)物模型的主要發(fā)生機(jī)制是引發(fā)胰島素抵抗和（或）β細(xì)胞功能障礙為主，主要包括以下幾種模型：

①單基因肥胖模型，如常見的ob/ob和db/db大小鼠，ZDF大鼠；

②多基因肥胖模型；

③飲食誘導(dǎo)模型，主要指高脂飼料誘導(dǎo)型；

④其他非肥胖型模型；

⑤其他β細(xì)胞功能障礙模型。

如下表1所示，列舉了上述常見的糖尿病模型，誘導(dǎo)機(jī)制及應(yīng)用。接下來我們就經(jīng)典的糖尿病動(dòng)物模型作詳細(xì)介紹。

表1.  2型糖尿病嚙齒動(dòng)物模型

一
單基因肥胖模型

單基因肥胖模型如上表所示主要包括：ob/ob和db/db小鼠，ZDF大鼠，Mc4r KO大小鼠等。其中ob/ob和db/db小鼠目前已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的2型糖尿病模型，下面以它們?yōu)橹髯髟敿?xì)介紹。

1. ob/ob和db/db大小鼠

ob/ob小鼠：即Lep^ob/ob，是瘦素（Leptin, Lep）基因純合突變的小鼠。

Leptin為肥胖基因（ob）編碼產(chǎn)物，是脂肪細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)類激素，在調(diào)節(jié)能量平衡、攝食行為起重要作用。若ob基因突變，食欲大增，體重劇增，產(chǎn)生嚴(yán)重的肥胖特征，多用于肥胖癥的研究。

db/db小鼠：即Lepr^db/db，代表瘦素受體（Leptin receptor, Lepr）基因純合突變的小鼠。Lepr，又名OBR，是由db基因編碼產(chǎn)物，為Leptin受體。若Lepr缺失，導(dǎo)致高血糖癥和胰島素抵抗癥，有類似ob/ob小鼠癥狀，現(xiàn)已廣泛用于肥胖和2型糖尿病的研究。

模型特征：2周時(shí)，超重和食欲大增，開始出現(xiàn)高胰島素血癥；

4周時(shí)，明顯高血糖，血糖濃度繼續(xù)上升，峰值在3-5個(gè)月；

期間伴隨代謝異常包括高脂血癥，嚴(yán)重肥胖、多食、易渴、多尿、體溫調(diào)節(jié)紊亂和活動(dòng)能力下降。

注意：該純合子小鼠是不育的。

模型判定：4周齡后檢測血糖，空腹血糖>7mmol/L，餐后血糖>11.1~16.7mmol/L。

數(shù)據(jù)展示：如下圖所示為邦耀實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的Lepr基因點(diǎn)突變大鼠數(shù)據(jù)[1]。

圖1. Lepr點(diǎn)突變大鼠表型特征。  左：突變鼠和野生鼠的體型特征；右：在組織學(xué)水平對脂肪組織和肝組織染色的結(jié)果[1]

應(yīng)用范圍

①  肥胖癥：抑制食欲，能量消耗研究；

②  糖脂代謝：如高血脂癥，2型糖尿病的胰島素抵抗的治療；

③  肝腎疾�。焊斡不�，脂肪肝，糖尿病腎��；

④  生殖發(fā)育，如不孕不育癥；

⑤ 免疫炎癥，肥胖和糖尿病都伴隨著炎癥的加�。�

⑥ 代謝綜合征；

⑦ 糖尿病的并發(fā)癥治療。

2. MC3R、MC4R大小鼠模型

基因功能

黑皮質(zhì)素受體3（Melanocortin-3 receptor, MC3R）和黑皮質(zhì)素受體4（Melanocortin-4 receptor, MC4R）屬于視紫紅質(zhì)樣G蛋白偶聯(lián)受體家族。

MC3R主要表達(dá)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)能量平衡；

MC4R廣泛表達(dá)于整個(gè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，也表達(dá)于外周組織，如脂肪組織，MC4R參與調(diào)節(jié)攝食行為和能量消耗，并且MC4R基因的突變是單基因肥胖的人類最常見的原因。Mc4r和Mc3r敲除（KO）大鼠小鼠模型現(xiàn)已作為糖尿病和肥胖的動(dòng)物模型，廣泛應(yīng)用在疾病病理研究和藥物開發(fā)中。

模型特征

如表2所示， Mc3r KO大鼠食欲增加，脂肪量增加，體重卻減輕，沒有糖尿病癥狀；Mc3r KO小鼠基本與大鼠表型一致。Mc4r KO小鼠顯示出肥胖，飲食過多，高血糖和高胰島素血癥；

Mc4r和Mc3r-Mc4r雙敲除（DKO）大鼠和Lepr大鼠一樣，均食欲過強(qiáng)，在4周開始出現(xiàn)肥胖癥、胰島素抵抗，血糖和瘦蛋白水平升高，誘發(fā)糖脂代謝紊亂和糖尿病并發(fā)癥。

表2. 黑皮質(zhì)素受體敲除大小鼠的表型比較

邦耀實(shí)驗(yàn)室技術(shù)團(tuán)隊(duì)首次利用CRISPR-Cas9技術(shù)敲除SD大鼠，并繁殖得到三種基因敲除大鼠（Mc3r KO、Mc4r KO 和雙KO Mc3r Mc4r），并通過確定其各自的表型，比較了他們之間表型的異同。

其中Mc3r^-/-為中心型肥胖的動(dòng)物模型，Mc4r^-/-是模擬2型糖尿病及全身性肥胖的代謝綜合征，而Mc3r/Mc4r雙基因敲除模擬重度2型糖尿病兼全身性肥胖的代謝綜合征。如圖2所示，相關(guān)報(bào)道發(fā)表在并在《Scientific Reports》[2]。

圖2. Mc3r^-/-,Mc4r^-/-和Mc3r^-/-Mc4r^-/-大鼠體型和餐后血糖比較示意圖[2]

應(yīng)用范圍

②   糖脂代謝，如2型糖尿病的胰島素抵抗的機(jī)制研究和治療；

② 肥胖癥,增加能量消耗，影響脂肪合成，開發(fā)減肥產(chǎn)品；

③ 中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)制研究，尤其黑皮質(zhì)受體家族系統(tǒng)研究；

④ 代謝綜合征的研究與治療；

⑤ 肝腎疾�。焊斡不�，脂肪肝，慢性肝炎；

⑥ 糖尿病并發(fā)癥的預(yù)防與治療，如糖尿病腎病，糖尿病足等；

⑦ 免疫炎癥；

⑧ 藥物研究與開發(fā)。

3. ZDF大鼠

ZDF (Zucker Diabetic fatty) 大鼠是被廣泛認(rèn)可的先天遺傳性2型糖尿病和肥胖病的動(dòng)物模型，來源于Zucker肥胖大鼠（Zucker fatty rats, ZF），ZDF大鼠沒有ZF大鼠肥胖，但具有更嚴(yán)重的胰島素抵抗和β細(xì)胞凋亡。

應(yīng)用范圍

① 2型糖尿病、葡萄糖不耐癥、高胰島素血癥，如雄性瘦素受體缺失ZDF大鼠(ZDF/CrlCrlj)；

② 心血管疾病，如早期微血管病變；高血脂癥；肥胖癥。

除了上述常用到的基因突變的大小鼠，飲食誘導(dǎo)的糖尿病模型，也同樣廣泛應(yīng)用于2型糖尿病的研究。

二
飲食誘導(dǎo)肥胖模型

特點(diǎn)：需要制備或者購買高脂飼料，飼料代價(jià)昂貴，造模需要周期較長，但造模相對簡單。

1. 單純高脂飼料誘導(dǎo)

高脂飼料誘導(dǎo)肥胖模型在模擬人類2型糖尿病發(fā)病病因獨(dú)具優(yōu)勢，尤其模擬了肥胖合并糖尿病病人的發(fā)病特點(diǎn)，不會(huì)由于化學(xué)藥物誘導(dǎo)導(dǎo)致體內(nèi)重要器官受損，廣泛用于各種病因病理研究（肥胖癥、非酒精性脂肪肝、高血脂癥、心血管等疾�。�，特別是營養(yǎng)過剩和肥胖的2型糖尿病研究中。

2. 高脂飼料＋STZ

高脂飼料＋STZ誘導(dǎo)模型與單純高脂飼料誘導(dǎo)模型相比，造模周期縮短，成模率高，多用于2型糖尿病藥物篩選和評價(jià)的動(dòng)物模型。

下面以高脂飼料＋STZ誘導(dǎo)型模型為例介紹其構(gòu)建方法（以ICR小鼠為例）：

① 8-10W小鼠喂養(yǎng)Research Diets 公司的60%高脂飼料（high fat diet，HFD）至少3周，誘導(dǎo)胰島素抵抗；

② 小鼠饑餓5～12h后，腹腔注射 80 mg/kg（其他相似劑量也可以）的STZ（Sigma）誘導(dǎo)部分胰島素分泌障礙；

③ 一般2～3天檢測空腹血糖水平和餐后血糖水平，衡量血糖是否升高；

③   體重相同、符合標(biāo)準(zhǔn)的糖尿病小鼠即可用于下一步實(shí)驗(yàn)。

如圖3所示，邦耀實(shí)驗(yàn)室已成功建立該模型并用于藥物篩選評價(jià)[3]

圖3. 成功構(gòu)建HFD/STZ小鼠并用于藥物篩選。 A,B分別是藥物治療8周內(nèi)的空腹血糖（FBG）和餐后血糖（PBG) [3]

三
糖尿病其他藥物靶點(diǎn)模型

除了我們上述提到的動(dòng)物模型外，另外陸續(xù)報(bào)道也發(fā)現(xiàn)了一些潛在的糖尿病藥物靶點(diǎn)[4-8]，目前我們實(shí)驗(yàn)室已成功構(gòu)建了部分相關(guān)小鼠模型，如G蛋白偶聯(lián)受體家族：GPR35、GPR40、GPR119、GPR120、GPR131（TGR5）、GPR146、GPR162等，均有研究表明，它們與糖尿病的發(fā)生發(fā)展有著密切關(guān)系�，F(xiàn)以TGR5舉例說明：

TGR5與肥胖、糖尿病以及代謝綜合癥相關(guān)，目前已確定為潛在糖尿病藥物靶點(diǎn)，而且TGR5激動(dòng)劑已成為潛在的抗糖尿病治療藥物，如我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)表文章《A Novel TGR5 Activator WB403 Promotes GLP-1Secretion and Preserves Pancreatic β-cells in Type 2 Diabetic Mice》結(jié)果顯示TGR5激動(dòng)劑可以刺激TGR5使腸內(nèi)皮細(xì)胞分泌GLP-1控制血糖水平，增加能量消耗，改善β細(xì)胞功能，達(dá)到降低血糖的功能，如圖4所示[3]。

圖4. TGR5激動(dòng)劑在db/db糖尿病小鼠的降糖效果。A,B分別是治療4周的空腹血糖（FBG）和餐后血糖（PBG)，C,D是血清的糖化血紅蛋白(HbA1c)水平[3]

綜上所述為2型糖尿病研究中應(yīng)用最廣泛的幾類動(dòng)物模型，回顧一下主要包括基因突變類（ob/ob和db/db小鼠，Mc4r KO大小鼠及ZDF大鼠等）及高脂飼料誘導(dǎo)的模型等。

目前邦耀實(shí)驗(yàn)室利用CRISPR/Cas9技術(shù)已經(jīng)成功構(gòu)建上述幾類基因突變和高脂飼料誘導(dǎo)的2型糖尿病模型，并發(fā)表了高影響力的文章[1-3]，如果您的實(shí)驗(yàn)室從事糖尿病相關(guān)研究，您對糖尿病研究有任何疑問或者需要相關(guān)模型，可以與我們聯(lián)系，我們竭誠為您提供最準(zhǔn)確的動(dòng)物模型，為您的研究助力！

參考文獻(xiàn)

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[3] Zheng C, Zhou W, Wang T, et al. A novel TGR5 activator WB403 promotes GLP-1 secretion and preserves pancreatic β-cells in type 2 diabetic mice[J]. PloS one, 2015, 10(7): e0134051. 

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