糖尿病小鼠模型的應(yīng)用與特點

糖尿病是一組以胰島素分泌缺陷或胰島素作用不足所致高血糖為特征的代謝紊亂。糖尿病的慢性高血糖狀態(tài)與長期并發(fā)癥顯著相關(guān)，即眾多器官的損害，功能障礙和功能衰竭，特別是腎臟、眼、神經(jīng)、心臟和血管。

據(jù)WHO2017年數(shù)據(jù)，全球約4.25億人患有糖尿病，20-79歲的成年人中8.8%患有糖尿病。中國預(yù)計的糖尿病患者超過1.1億人（WHO2017年數(shù)據(jù)）。 尋找合適的治療手段和機(jī)制研究離不開精準(zhǔn)的動物模型，常用的糖尿病動物模型以哺乳動物為主，其中嚙齒鼠類使用量最大。

糖尿病分型為三種，分別是Ⅰ型糖尿病、Ⅱ型糖尿?。?0%）、妊娠糖尿病。Ⅰ型糖尿病是由于胰島β細(xì)胞功能衰竭所致，易發(fā)生糖尿病急性并發(fā)癥，如酮酸中毒；Ⅱ型糖尿病是一組發(fā)病機(jī)制僅部分獲知的復(fù)雜代謝紊亂，它包括不同程度的β細(xì)胞功能降低，周圍組織胰島素抵抗以及肝糖代謝異常。主要病理特征是胰島素分泌障礙和在肝臟，脂肪組織和骨骼肌中的胰島素抵抗，這些病理生理異常將導(dǎo)致葡萄糖代謝失衡，血糖升高。

不同糖尿病小鼠模型的優(yōu)缺點

類型	優(yōu)點	缺點
自發(fā)突變	基因自發(fā)突變引起Ⅱ型糖尿病與人類Ⅱ型糖尿病特征相同 大多數(shù)近交系小鼠模型基因背景穩(wěn)定，飼養(yǎng)環(huán)境可控制，利于分析多因素疾病基因 數(shù)據(jù)穩(wěn)定性強(qiáng)，樣本需求小	Ⅱ型糖尿病模型為近交系，遺傳穩(wěn)定，發(fā) 病由基因決定，與人類發(fā)病機(jī)制不同 不易獲得，成本較高 胰腺功能障礙動物會因酮酸癥引起死亡
飲食誘導(dǎo)	營養(yǎng)過剩引起伴隨肥胖的糖尿病模型，與人類癥狀相同 避免有毒化學(xué)物質(zhì)損傷其他器官	長時間的飲食誘導(dǎo) 非直接的飲食引起基因正常動物高血糖，不適用于葡萄糖代謝參數(shù)篩選抗糖尿病藥物
化學(xué)誘導(dǎo)	選擇性損傷胰腺β細(xì)胞，α細(xì)胞正常 殘留的胰島素分泌使動物延長不給于胰島素的存活時間 酮酸癥及致死較少 相對便宜，容易制作	化學(xué)誘導(dǎo)動物模型穩(wěn)定性差，因β細(xì)胞自 身修復(fù)誘導(dǎo)可逆，長期實驗需檢測β細(xì)胞功能 化學(xué)誘導(dǎo)會損傷其他組織 數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，血糖會過高
手術(shù)誘導(dǎo)	避免有毒化學(xué)物質(zhì)損傷其他器官 評價人類因胰腺β細(xì)胞大量減少引起的2型糖尿病	因切除外分泌部引起其他消化液問題 同時切除α細(xì)胞引起低血糖 致死率高
基因修飾	在體內(nèi)研究單基因功能 可敲除糖尿病相關(guān)多基因	技術(shù)要求高、繁育與飼養(yǎng)要求高 篩選實驗成本高

Ⅰ型糖尿病小鼠模型

NOD/ShiLtJ

應(yīng)用：Ⅰ型糖尿病、高血糖、低胰島素血癥、傷口治愈不良、胰島移植研究

特點：4-5周出現(xiàn)胰島炎（與人類比較早），胰島周邊出現(xiàn)淋巴細(xì)胞，隨后大量白細(xì)胞（主要為CD4+及CD8+T細(xì)胞）進(jìn)入整個胰島，最后β細(xì)胞功能衰竭，出現(xiàn)糖尿病癥狀；

雌性在12周左右胰腺胰島素下降明顯（雄性比雌性遲幾周），血糖水平上升到大于250mg/dl；在24-30周90%胰島β細(xì)胞被破壞，雌性更易發(fā)展為糖尿病（90%），雄性為50%-60%；

NOD小鼠出現(xiàn)典型的糖尿病癥狀（高血糖、糖尿、多尿），對酮酸中毒抵抗性強(qiáng)，糖尿病發(fā)病后可存活2-4周，死于脫水而非酮酸中毒；

小鼠缺乏溶血補(bǔ)體，聽力嚴(yán)重受損，3月齡時已有嚴(yán)重的漸進(jìn)性耳聾；

生活環(huán)境、健康狀況和飲食對基因外顯率會產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，由于雌性癥狀產(chǎn)生較早 且發(fā)病率較高，因此應(yīng)用更廣泛；

MHC單元型對NOD小鼠感染糖尿病起主要作用；

許多種細(xì)胞因子中的免疫缺陷和定向突變已回交到了NOD/ShiLtJ的近交系背景上。

C57BL/6-Ins2^?Akita/J

應(yīng)用：Ⅰ型糖尿病、非肥胖型糖尿病、胰島移植、高血糖、血內(nèi)胰島素不足

特點：C57BL/6-Ins2Akita/J非肥胖糖尿病模型，無胰島炎；

攜帶人胰島素前體基因，雄性比雌性嚴(yán)重；

3-4周多飲、多尿，循序漸進(jìn)的高胰島素血癥并最終發(fā)展為高血糖；

谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶在上皮細(xì)胞中表達(dá)水平上升，12周產(chǎn)生漸進(jìn)性視網(wǎng)膜異常；

可用于外源胰島素的使用，用于移植實驗。

NOD.129S2(B6)-Casp1^tm1Sesh?Casp4^del/LtJ

應(yīng)用：Ⅰ型糖尿病、研究糖尿病導(dǎo)致的炎癥過程中IL1和IL18細(xì)胞因子的模型

特點：注入完全佐劑的剛斷奶的小鼠純合子和用小劑量鏈脲霉素治療的前期糖尿病年輕雌性，行為與對照鼠(野生型、雜合子或NOD/Lt)相似。

Ⅱ型糖尿病小鼠模型

BKS.Cg-Dock7^{m +/+}?Lepr^db/J(瘦素受體缺乏)

應(yīng)用：Ⅱ型糖尿病、高血糖、傷口治愈不良、胰島素抗藥性、糖尿病型肥胖

特點：BKS-db純合子在4周開始發(fā)胖貪食，兩周出現(xiàn)胰島素抵抗及高胰島素血癥，4-8周因β細(xì)胞障礙開始出現(xiàn)高血糖，3-4個月血糖高峰期，壽命為8-10個月；

純合突變小鼠貪食、煩躁、干渴且多尿。BKS背景下，疾病很嚴(yán)重而導(dǎo)致血糖不受控制的升高和生產(chǎn)胰島β細(xì)胞的胰島素嚴(yán)重枯竭。外源性胰島素?zé)o法控制血糖水平和葡萄糖異生酶活性的升高；

BKS-db雜合子的體重、血糖和血漿胰島素都正常，代謝效率提高并且能比對照小鼠活的更長。

B6.BKS(D)-Lepr^db/J (瘦素受體缺乏)

應(yīng)用：短暫性Ⅱ型糖尿病、糖尿病型肥胖、高胰島素血癥、傷口治愈不良、胰島素抗藥性、暫時性高血糖

特點：純合子小鼠在3至4周左右開始發(fā)胖，10-14天血漿胰島素水平開始上升，4至8周血糖水平開始上升；

患病小鼠貪食、煩躁、口渴、多尿。B6背景使它們在18至20個月的壽命中都存在胰島β細(xì)胞代償性增生和連續(xù)的高胰島素血癥；

db雜合子的體重、血糖和血漿胰島素都正常，代謝效率提高并且能比對照小鼠活得更長。

B6.Cg-Lep^ob/J(瘦素缺乏)

應(yīng)用：短暫性Ⅱ型糖尿病、糖尿病型肥胖、高胰島素血癥、傷口治愈不良、胰島素抗藥性、暫時性高血糖

特點：B6背景ob/ob攝食多、低消耗，4周開始發(fā)胖，可達(dá)到正常野生型對照鼠體重的3倍；

3-4周出現(xiàn)高血糖，伴隨攝食多、胰島素抵抗及肥胖、暫時性高血糖，14-16周開始減弱；

BKS背景ob/ob，糖尿病表型嚴(yán)重并會致死；

給肥胖的純合子注射瘦素能明顯減輕體重，減少食物攝入，增加能量消耗，并且能夠恢復(fù)雄性生育能力。

C57BL/6J DIO

提供高脂飼料可引發(fā)高脂、高血糖、高胰素

應(yīng)用：飲食導(dǎo)致的中度高血糖、飲食導(dǎo)致的高胰島素血癥、飲食導(dǎo)致的糖尿病型肥胖、飲食導(dǎo)致的Ⅱ型糖尿病

人類與小鼠模型對比
糖尿病表型	人類	B6.Ob	BKS.db	B6 DIO
誘導(dǎo)或自發(fā)突變	自發(fā)突變	自發(fā)突變	自發(fā)突變	飲食誘導(dǎo)
發(fā)病時段	成年	幼時	幼時	成年
性別	M,?F	M,?F	M,?F	M
高胰島素血癥	中度	嚴(yán)重	中度(短暫的)	溫和
葡萄糖不耐受	是	是	是	是
高血糖	是	中度(短暫的)	嚴(yán)重	溫和/?中度
胰島萎縮	可變的	否（僅增生）	是	否
影響傷口愈合	是	是	是	是
腎病	是	否	是（溫和）	否

肥胖小鼠模型

肥胖往往先于糖尿病幾年、十幾年或二十幾年，重度肥胖者發(fā)生糖尿病幾率比正常體重者增加10倍，75%的Ⅱ型糖尿病誘因為肥胖，但不意味著所有肥胖者都會發(fā)展為糖尿病。

B6.129S7-Ldlr^tm1Her

應(yīng)用：動脈粥樣硬化、高膽固醇血癥；代謝研究、類脂物質(zhì)的代謝等，還可飲食誘導(dǎo)肥胖伴糖尿病

特點：Ldlr突變純合小鼠血清膽固醇水平升高到200-400mg/dL，飼喂高脂飼料時，膽固醇可高達(dá)2000mg/dL以上，而正常小鼠血清膽固醇水平約為80-100mg/dL。

B6.129P2-Apoe^tm1Unc

應(yīng)用：飲食誘導(dǎo)的非糖尿病型肥胖模型、高脂血癥、腦梗塞、AD

特點：APOE小鼠血漿膽固醇水平明顯上升，且不受年齡及性別影響；

3月齡在主動脈附近發(fā)現(xiàn)脂肪紋，這將對機(jī)體造成損害，這種損害會隨年齡增長和脂質(zhì)減少而增加；

17月齡時小鼠腦內(nèi)將出現(xiàn)脂瘤性纖維瘤，同時還有脂質(zhì)小球和泡沫細(xì)胞；

對應(yīng)激、學(xué)習(xí)與記憶受損、突出損傷都有反應(yīng)。

B6.129S4-Itgam^tm1

應(yīng)用：成年型非糖尿病型肥胖

特點：在炎癥過程中，小鼠整合素αM表達(dá)缺失，中性粒細(xì)胞活化減少；

純合小鼠對大腦缺血敏感度降低，對泰素介導(dǎo)的基因表達(dá)應(yīng)答降低。

B6;129S-Tnf^tm1Gkl

應(yīng)用：非糖尿病型肥胖模型

特點：純合突變小鼠淋巴結(jié)和淋巴集結(jié)發(fā)育正常，小鼠外觀表型正常；

純合突變小鼠無脾B細(xì)胞濾泡，不能形成小結(jié)樹突細(xì)胞；

不肥胖的純合突變小鼠，其體重、附睪脂肪重量和體脂比都呈現(xiàn)中等程度下降。28周的突變雄鼠與野生對照鼠相比，胰島素、甘油三酯和瘦素水平更低；

用來誘導(dǎo)皮膚瘤的腫瘤壞死因子(TNF)缺失小鼠發(fā)生良性和惡性腫瘤明顯比野生型小鼠少；

結(jié)果表明TNF在脂質(zhì)和葡萄糖代謝中有一定作用，但在誘導(dǎo)肥胖模型中并不能完全清除高血糖和血胰島素過高。

*本文參考資料來源：南京大學(xué)生物醫(yī)藥研究院