诱导型2型糖尿病动物模型的研究进展

【关键词】  诱导型2型糖尿病　动物模型

　　2型糖尿病发病率呈逐年上升趋势，已严重威胁到人类健康，但其预防治疗仍不完善。因此，建立理想的糖尿病模型对于深入研究糖尿病的发病、治疗、预防及其并发症的转归有重要意义。用于相关研究的糖尿病动物模型主要有4类，即诱导型动物模型、自发性遗传动物模型、胰腺部分切除动物模型和转基因动物模型。

    自发性遗传动物模型是指实验动物未经任何有意识的人工处理，在自然状态下发生以高血糖、胰岛素抵抗为主要特征的糖尿病称为自发性2型糖尿病。目前，用于NIDDM相关研究的自发性动物模型有KKAy小鼠、肥胖Zuker大鼠、GK大鼠、OLETF大鼠等。随着科学技术的发展，转基因动物模型的应用也逐渐增多，其可以针对代谢途径中的任一环节进行研究。虽然自发型及转基因型2型糖尿病模型已被应用于2型糖尿病的不同领域的研究，但是由于来源相对较少，饲养、繁殖条件要求高，动物昂贵等缺点，限制了在科学研究中的广泛应用和普及。

    本文将近年国内外2型糖尿病诱导型动物模型的建立方法进行综述。

    1单纯化学物质诱导

    化学物质诱导糖尿病动物模型，是应用化学物质损伤胰腺B细胞，从而引起动物发生糖尿病。目前常用药物有四氧嘧啶（allocan,AL)和链脲佐菌素（streptozotocin,STZ),其作用机制都是选择性损伤胰腺B细胞，引起细胞坏死，导致血胰岛素不同程度下降伴血糖升高。因此主要用于复制1型糖尿病。但是研究发现用STZ处理的新生小鼠在成年后可呈现2型糖尿病的表现，血清中胰岛素水平可以不降低甚至增高，而主要表现为胰岛素抵抗和能量代谢紊乱。5天龄ICR小鼠，按100mg/kg体重腹腔注射STZ，5天后再补注STZ 60mg/kg体重，待小鼠断乳后，给予正常饲料喂养。4周后剪鼠尾采血，用罗氏血糖仪测血糖在10~15mmol/L之间，并且小鼠的肝糖原和肌糖原均降低［1］。另外有作者利用雄性2天龄Wistar大鼠腹腔注射STZ160mg/kg，8周后尿糖阳性者作为研究对象［2］进行2型糖尿病炎症反应的研究。

    2单纯高脂高热量饮食

    由于2型糖尿病是遗传因素和环境因素共同作用的结果，因此近年的研究中重视了饮食的重要性，尤其是高脂、高热量的不合理的饮食结构对代谢性疾病的发生发展起着推动作用。

    国内都健等学者以脂肪热比为59%（其中猪油占39%）的特殊高脂膳食，每日供给总热量约310kJ，喂养SD大鼠4周后，建立大鼠钳夹技术，证明了大鼠胰岛素敏感性已下降，成功复制了胰岛素抵抗的动物模型［3］。

    同样，4周龄的C57BL/6J小鼠饲以高脂饮食（脂肪提供45%的热量），饲养9周时体重比对照组明显增加（30.5±1.2vs22.3±05g,P<0.05),并出现了血糖升高（8.0±0.6mmol/Lvs6.5±0.2mmol/L,P<0.05)、高胰岛素血症（283.9±69.7vs102.9±36.4pmol/L,P<0.05);而且在实验期间出现了肾脏改变，13周时肾小球滤过率达到最高值（约是9周时滤过率的2倍），21周时降到正常范围，此外通过免疫组织化学的方法证实肾小球基质的沉积要先于肾小球的体积增大而出现［4］。

    在另一实验中单纯长期（12个月）高脂高热量饮食（58%的热量由脂肪提供）喂养4周龄的C57BL/6J小鼠，高脂饲料喂养1周后，两组体重出现明显的差异，体重增长速度快于对照组；在实验期间，两组大鼠的血胰岛素水平呈上升趋势，但高脂饮食的大鼠血胰岛素水平上升速度快（8.9±0.8vs1.6±0.6pmol/L/week,P<0.01)，并且在1周和3周后分别进行的糖耐量试验中高脂饮食的大鼠血糖恢复的速率明显慢于对照组，提示高脂饮食大鼠存在胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足［5］。

    Qiu等以高脂饲料（脂肪提供的热量占57.6%)喂养3周龄的C57BL/6J小鼠，2周后体重增加，与对照组存在明显的差异，并在早上禁食8h后从尾静脉采血检测血糖、血胰岛素，发现血糖明显升高（P<0.01),4周时血胰岛素水平开始上升（P<0.01)［6］。

    还有学者给小型猪连续喂5个月高脂饮食（猪油提供的热量占38.26%)的实验中，在第1个月时血糖高于对照组（5.97±0.73 vs 4.24±0.9mmol/L,P<0.05）,实验结束时血糖为结照组血糖的2.15倍，在第2个月时血胰岛素水平增加（15.12±3.22 vs 7.5±0.93u/L,P<0.05,第4个月时血胰岛素水平达到峰值，第5个月时下降但仍高于对照组，并且出现了肾脏功能和结构的改变［7］。

    3高脂高热量饮食加化学物质

    胰岛素抵抗是2型糖尿病发病机制的重要因素之一，长期高糖高脂饮食可诱发动物肥胖，成功诱导胰岛素抵抗。胰岛素抵抗发生后，若胰腺能够维持足够高的胰岛素分泌来克服胰岛素抵抗，糖耐量可保持正常或只有轻度异常；故再以小剂量化学物质破坏胰腺B细胞，B细胞功能失代偿，糖耐量迅速恶化，造成大鼠胰岛素代偿性分泌障碍，从而引发高血糖。目前关于高脂饲料结合药物诱导制备2型糖尿病动物模型的研究较多。

    孙桂菊等通过对雄性SD大鼠饲以高热量饲料（21.6kJ/kg,标准饲料加10%猪油和10%植物油），4周后腹腔注射30mg/kgSTZ，8周后出现空腹血糖增高（16.44±9.37vs6.15±0.36mmol/L,P<0.01),糖耐量异常，胰岛素敏感性降低，血脂异常，但实验期间血胰岛素无明显的变化；而且采用符合胰岛素敏感指数ISI≤正常动物均值，和葡萄糖耐量实验曲线下面积≥26要求的为2型糖尿病动物模型，实验中造模成功率为65%［8］。

    同样，另一实验中饲以SD大鼠4个月的高脂饮食（含40%脂肪），并腹腔注射STZ15mg/kg，注射后10天检测出现高血糖（1878±1.97vs3.058±0.693mmol/L,P<0.05)、高胰岛素血症（0.937±0.26vs0.653±0.35ng/ml,P<0.05)、胰岛素敏感性下降、高甘油三酯、高胆固醇及脂肪肝［9］。

    白氏等给予Wistar大鼠高脂高糖饲料（碳水化合物60%，脂肪32%，总热量为44.3kJ/kg)喂养4周形成胰岛素抵抗（ISI显著小于正常对照组）后，腹腔注射STZ30mg/kg,1周后禁食4~6h，由尾静脉采血测血糖，以血糖值大小正常大鼠血糖均值+3标准差为2型糖尿病成模标准，并在实验期间出现了弥漫性的肾小球硬化和纤维化［10］。

    李华等SD大鼠 喂以高糖高脂饲料（常规饲料加20%蔗糖、10%猪油、2.5%胆固醇），4周后左下腹注射STZ30mg/kg，以非空腹血糖≥16mmol/L,伴胰岛素敏感性降低作为造模成功标准，研究肾脏的变化［11］。

    有学者通过高脂高热量饲料（碳水化合物50%，脂肪30%，其中动物油脂为主）喂养大鼠2个月后，予STZ尾静脉注射15mg/kg，注射2天后空腹尾静脉采血，血糖值升高（16.92±1.68vs5.17±0.55mmol/L,P<0.05),并通过葡萄糖-胰岛素耐量试验测胰岛素敏感性（以10min内血糖下降速度来衡量，用拟合曲线的平均斜率K值表示），敏感性显著下降（K值为38.72±3.47vs55.72±3.79,P<0.05)［12］。

    陈氏等给雄性Wistar大鼠喂以富含不饱和脂肪酸的特殊高脂膳食（脂肪含量28.27%)1个月后，腹腔注射STZ25mg/kg，注射后7天检测空腹血糖、胰岛素水平，并进行正常血糖-高胰岛素钳夹试验评价胰岛素敏感性，以空腹血糖≥7mmol/L，伴有胰岛素敏感性降低为成模标准［13］。

    郭啸华等应用高脂高热量饮食（常规饲料加10%蔗糖、10%猪油、5%胆固醇）喂养Wistar大鼠1个月时，出现血糖升高（7±05vs5.9±0.5mmol/L,P<0.01)、高胰岛素血症（33.45±1.97vs18.3±2.04mU/L,P<0.01),继以STZ腹腔注射25mg/kg，诱发出胰岛素代偿性分泌障碍，注射后1个月时血糖继续升高（15.5±7.8vs5.7±0.9mmol/L,P<0.05)、胰岛素下降但仍高于对照组（18.5±7.6vs16.9±3.2mu/L,P>0.05)［14］。

    给Wistar大鼠采用高糖高脂饮食（含100g/L蔗糖、100g/L猪油、100g/L胆固醇）1个月，腹腔注射30mg/kgSTZ，之后自由进食普通饮食，于注射后第2天禁食24h剪尾采血，以血糖>11mmol/L大鼠为成模标准进行研究［16］。

    另一实验通过高糖高脂饮食（常规饲料加20%蔗糖、10%猪油、25%胆固醇）喂养Wistar大鼠4周后，予腹腔注射30mg/kgSTZ，1周后检测非禁食血糖、血胰岛素，并行胰岛素抑制实验评价胰岛素敏感性，实验中以非禁食血糖≥16mmol/L伴胰岛素抵抗为2型糖尿病模型的成功标准［17］。

    艾氏等给Wistar大鼠持续进行了10天的自制的脂肪乳灌胃，之后进行连续2天的腹腔注射四氧嘧啶第1天120mg/kg，第2天100mg/kg，末次给药后72h的空腹血糖升高、对外原性胰岛素不敏感，并以血糖值≥16.7mmol/L作为糖尿病大鼠，成模率可达90%［18］。

    通过高脂饮食（含猪油20%）4周后，腹腔注射STZ40mg/kg，并于第2天禁食10h行OGTT试验，监测血胰岛素、血脂。大鼠空腹血糖、胰岛素及血脂均明显升高（空腹血糖13.89±7.03vs5.03±0.6mmol/L,胰岛素8.73±3.97vs4.22±1.66mu/L,P<0.01)［19］。

    另一在研究糖尿病肝脏损伤的实验中给SD大鼠喂高脂饮食（脂肪20%）14天后注射STZ 40mg/kg，23天时监测血糖及胰岛素。2型糖尿病模型大鼠血糖升高（450±66vs128±10mg/dl)伴胰岛素在正常范围0.5~2ng/ml［20］。

    洪丽莉等利用高脂饲料及3%的果糖饮水饲养SD大鼠4周后，按30mg/kg腹腔注射STZ，6周时模型组大鼠空腹血糖升高（10.03±1.02vs4.82±0.71mmol/L,P<0.01)、血胰岛素水平升高（40.16±9.76vs18.78±6.27mu/L,P<0.01),胰岛素敏感性降低（0.0023±0.0006vs0.0192±0.0039,P<0.01),符合2型糖尿病的特征，成功率为86.7%［21］。

    目前实验中的高脂高热量饲料的标准尚不统一。其中高热量饲料所提供的能量跨度较大，从20kJ/g［15］到44.3kJ/g［10］。但是，在这些研究中脂肪的含量均明显的增加，脂肪含量最高者可达40%［9］。并且脂肪中的构成比也不一致，多数以猪油为主，部分增加了不同比例的胆固醇。针对高脂饮食会影响动物食欲而减少进食量的问题，有学者对动物进行灌胃以确保动物每日进食量恒定［18］，或使用果糖饮水增加造模的成功率［21］。

    此外，对于化学物质的使用也不尽相同。多数实验采用STZ破坏胰腺细胞，但有学者应用四氧嘧啶分两次腹腔注射，也成功的复制出胰岛素抵抗的糖尿病模型［18］。而且，在实验中关于STZ的使用时间、剂量及方法也略有不同。国内学者赵氏等先将Wistar大鼠尾静脉注射25mg/kgSTZ，2~3周后行糖耐量试验，曲线下面积大于对照组均数加2倍标准差者加喂高热量饲料［15］。面其他实验中采用先以高脂高热量饮食2周、4周、8周或16周诱导胰岛素抵抗，再予注射STZ。其中，STZ的剂量从15mg/kg体重到40mg/kg体重腹腔注射或尾静脉注射。

    但是，大多数学者认为这类模型相对较为可靠、稳定，造模成本比遗传性动物模型低廉，可作为广泛用于复制NIDDM的新方法，适用于对胰岛素抵抗的预防、治疗及并发症的研究。

    4展望

    目前，T2DM动物模型存在着以下不足：（1）诱导型糖尿病动物模型的处理多样，缺乏统一的操作规范；（2）衡量模型成功与否的标准参差不齐，造成了施加因素影响模型质量；（3）动物模型的病理生理改变与T2DM临床患者的病理生理变化仍有差距，动物模型的理论不能完全应用于临床患者。但是相信随着科学技术的发展以及科研水平的不断深入，T2DM模型的制作将会取得更深层次的突破，必将对临床及实验研究起到更大推动作用。

【参考文献】
  1肖梅芳，张学梅，白香，等.不同糖尿病模型小鼠糖原代谢变化的研究.中国临床药理学与治疗学，2005，10：613-616.

2Melo GAN,Sartoretto JL,Caparroz-Assef SM,et al.Participation of endogenous corticosteroids in inflammatory response in type 2 streptozotocin diabetic rats.Pol J Pharmacol,2004,56:617-619.

3都健，赵玉岩，谢辉，等.喂养型胰岛素抵抗动物模型的建立与评价.中国医科大学学报，2002，31：343-346.

4Wei P,Lane PH,Lane JT,et al.Glomerular structural and functional changes in a high-fatdiet moust model of early-stage type 2 diabetes.Diabetologia,2004,47:1541-1549.

5Winzell MS,Ahren B.The high-fat diet-fed mouse:a model for studying mechanisms and treatment of impaired glucose tolerance and type 2 diabetes.Diabetes,2004,52:S215-219.

6Qiu L, List EO,Kopchick JJ.Differentially expressed proteins in the pancreas of died-induced diabetic mice.Molecular & Celluar Proteomics,2005,4:1311-1318.

7Liu Y,Wang ZB,Yin WD,et al.Severe insulin resistance and moderate glomerulosclerosis in a minipig model induced by high-fat/high-sucrose/high-cholesterol died.Exp Anim,2007,56:11-20.

8孙桂菊，王少康，张小强，等.2型糖尿病大鼠模型的建立及糖尿病并发症相关指标测定.上海实验动物科学，2003，23：79-82.

9杨架林，李果，刘优萍，等.长期高脂饮食加小剂量链脲佐菌霉素建立人类普通2型糖尿病大鼠模型的研究.中国实验动物学报，2003，11：138-141.

10白秀平，赵宝珍，李兴，等.2型糖尿病大鼠肾脏病变中血小板CD62P的变化及意义.中国微循环，2004，8：157-159.

11李华，贾汝汉，邱昌建.环加氧酶2在2型糖尿病大鼠肾病中的表达及意义.实用医学杂志，2004，20：368-370.

12张芳林，李果，刘优萍，等.2型糖尿病大鼠模型的建立及其糖代谢特征分析.中国实验动物学报，2002，10：16-20.

13陈秋，夏永鹏，邱宗荫.2型糖尿病大鼠模型的建立与评价.天津医药，2006，34：33-35.

14郭啸华，刘志红，李恒，等.实验性2型糖尿病大鼠模型的建立.肾脏病与透析肾移植杂志，2000，9：351-355.

15赵晓华，宋征，李兴，等.胰岛素抵抗性非胰岛素依赖型糖尿病大鼠模型研制.中华预防医学杂志，1999，33：300.

16施红，杨奇红，张捷平，等.石斛合剂对高脂高糖加STZ造模大鼠的作用及机制.中国临床康复，2004，8：1102-1104.

17陈玲，贾汝汉，丁国华，等.缬草油对2型糖尿病大鼠肾脏的保护作用及其机制探讨.中华肾脏病杂志，2003，19：168-172.

18艾静，王宁，杜杰，等.Wistar大鼠2型糖尿病动物模型的建立.中国药理学通报，2004，20：1309-1312.

19Zhou YS,Gao Y,Guo XH,et al.Effects of timely insulin treatment on protection of βcells in a rat model of type 2 diabetes mellitus.Chinese Medical Journal,2004,117:1523-1529.

20Sawant SP,Dnyanmote AV,Warbritton A,et al.Type 2 diabetic rats are sensitive to thioacetamide hepatotoxicity.Toxicology and Applied Pharmacology,2006,211:221-232.

21洪丽莉，许冠荪，申国明，等.SD大鼠2型糖尿病模型的建立.中国比较医学杂志，2005，15：379-381.

(编辑：齐永)

作者单位：100038 北京，首都医科大学附属复兴医院肾内科