自发性糖尿病动物模型

多采用有自发性DM倾向的近交系纯种动物,如BB (Biobreeding)鼠、NOD(non-obesity diabetes)小鼠、GK(Gotokakisaki)鼠和中国地鼠(Chinese hamster)等动物造模。自发性DM动物模型是指动物未经过任何有意识的人工处置,在自然情况下发生的DM动物。已用于研究的自发性DM动物约有20种,可分为两类:一类缺乏胰岛素,起病快,症状明显,并伴有酮症酸中毒,如BB鼠、NOD小鼠和LETL大鼠,属T1DM动物模型。这些动物没有肥胖,发病之初呈现胰腺炎症状,人类组织相关性抗原(MHC)参与发病过程,这些都与人T1DM的特征相似。利用这些模型可以对人T1DM的发病机制进行深入研究。另一类为胰岛素抵抗性高血糖症,其特点是病程长,不合并酮症,为T2DM动物模型,如中国地鼠、GK(Goto-Kakisaki Wistar rats)大鼠和NSY(Nagoya-Shibata-Yasuda)鼠。

BB糖尿病鼠/LETL糖尿病鼠/NOD糖尿病鼠模型具有T1DM表型

BB糖尿病大鼠

50%~80%的BB鼠可发生DM,雄性与雌性大鼠发病率相当。BB大鼠一般于60~120日龄时发生DM,发病前数天可见糖耐量异常及胰岛炎。发病的大鼠具有T1DM的典型特征:体重减轻、多饮、多尿、糖尿、酮症酸中毒、高血糖、低胰岛素、胰岛炎、胰岛β细胞减少。需依赖于胰岛素治疗才能生存。BB大鼠的另一个特点是血液中淋巴细胞减少,易于感染。此外,BB大鼠发生淋巴细胞性甲状腺炎的频率较高,其血清常可检测出抗平滑肌、抗骨骼肌、抗壁细胞和抗甲状腺球蛋白的自身抗体。

LETL糖尿病大鼠

LETL也是一种T1DM的动物模型,通常于8~20周龄时发生DM,雄性大鼠发病率约为21%,雌性大鼠发病率约为15%。如果在5~7周龄时使用环磷酰胺处理大鼠,则在16周龄时,DM发病率增加1倍。LETL大鼠无外周血淋巴细胞减少,在明显DM症状发生前4~5天可见胰岛有明显的淋巴细胞浸润。

NOD糖尿病小鼠

NOD小鼠为自发性非肥胖DM小鼠,其发病年龄和发病率有明显的性别差异,雌鼠发病年龄较雄鼠明显提早,发病率亦远高于雄鼠,NOD小鼠3~5周龄时开始出现胰岛炎,浸润胰岛的淋巴细胞常为CD4+或CD8+淋巴细胞,于13~30周龄时发生明显DM。与BB大鼠不同的是,NOD小鼠一般不出现酮症酸中毒,无外周血淋巴细胞减少,但同样需要胰岛素治疗以维持生存。在NOD鼠胰岛炎初期,血浆和胰岛灌注液中胰岛素的基础值和对葡萄糖的反应值均减低,同时胰血糖素和胰高血糖素样物质的免疫活性增加。NOD小鼠葡萄糖激酶、丙酮酸激酶等活性下降,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和丙酮酸激酶的活性增加,肝组织中转氨酶、乳酸脱氢酶、支链氨基酸以及肾脏组织中的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和α-甘露糖苷酶等活性也均降低。NOD小鼠伴发DM是遗传、免疫和自由基损伤多因素综合作用的结果,NOD小鼠的这些特点与T1DM患者相似。

嗜沙肥鼠和中国地鼠模型具有T2DM表型

嗜沙肥鼠

嗜沙肥鼠(Psammonys Obesus,PO)是生活在沙漠地区的啮齿类动物,具有明显的胰岛素抵抗,在高热量饮食条件下(数天~2周),90%的PO大鼠可自发出现高胰岛素血症,并伴有明显的高血糖,随后出现胰岛素水平降低。PO大鼠的DM发病大致可分为以下4个阶段:

  1. 起始阶段的血糖及血清胰岛素均正常;
  2. 高胰岛素血症期的血糖仍正常,但血清胰岛素明显升高;
  3. 高胰岛素和高血糖期的血糖>11.1mmol/L;
  4. 低胰岛素高血糖期需应用胰岛素治疗以维持生存。

Duhault等发现,PO大鼠在T2DM晚期呈胰岛素依赖性,胰腺组织学显示有胰岛炎,说明具有迟发T1DM(LADA)的特点,故PO大鼠可能适用于LADA的研究。

中国地鼠糖尿病模型

自发性DM中国地鼠模型是将健康的中国地鼠通过近亲繁殖而获得,这种模型以轻、中度高血糖为特征,动物为非肥胖型,血清胰岛素表现多样,胰岛病变程度不一,类似于人2型糖尿病(T2DM)。多数地鼠DM发病在1岁龄以内,群体发病率约为20.88%。

GK鼠/Zucker肥胖鼠/NSY鼠/OLETF鼠具有糖尿病慢性并发症表型

GK大鼠糖尿病模型

GK大鼠是一个常用的自发性非肥胖T2DM模型,GK雌、雄鼠发病率相当,一般于3~4周龄时发生明显的DM,在高血糖发生前,常有一段血糖正常时期(从出生后到断奶),相当于人类的DM前期。其特征有:葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损,β细胞数目减少,肝脏对胰岛素的敏感性降低,导致肝糖生成过多;肌肉和脂肪组织呈中度胰岛素抵抗。GK大鼠血压也较正常wistar大鼠高(低盐摄入约高15mmHg,高盐摄入约高24mmHg);此外,GK鼠具有与人类T2DM微血管并发症相似的改变,如运动神经传导速率减慢、神经纤维有节段性脱髓鞘、轴突变性、视网膜血管内皮生长因子(VEGF)表达增加、视网膜局部血流减少、白蛋白尿、肾小球基底膜增厚、肾小球肥大和硬化等。

Zucker糖尿病肥胖大鼠模型

Zucker DM肥胖大鼠由于瘦素受体突变导致多食、肥胖,同时伴有高胰岛素血症、高脂血症和中度高血压。雄性ZDF大鼠一般于8~10周出现DM,有DM的典型症状如多饮、多尿和体重增加缓慢;组织学研究发现,6周龄大鼠胰岛即表现有结构紊乱和纤维化,胰岛β细胞脱颗粒,胰岛β细胞数量远低于相同周龄的非DM ZDF大鼠。

NSY小鼠糖尿病模型

NSY(Nagoya-Shibata-Yasuda)小鼠是从jcl ICR远交系小鼠根据葡萄糖耐量选择繁殖产生的,具有年龄依赖性自发发生DM的特征。该鼠在任何年龄都无严重的肥胖,也无很高水平的高胰岛素血症,但在第24周龄出现显著的葡萄糖刺激的胰岛素分泌功能的减弱,病理学上未见胰岛增生或炎性改变等形态学异常,提示NSY小鼠发生T2DM的原因可能是胰岛β细胞对葡萄糖诱发的胰岛素分泌功能改变,胰岛素抵抗可能在其发病机制中发挥一定作用。

OLETF大鼠糖尿病模型

OLETF(Ostuka Long-Evans Tokushima Fatty)大鼠是河野等利用Long-Evans系大鼠建立的自发性T2DM动物模型。该鼠由于胆囊收缩素(CCK)-A受体mRNA的表达完全缺失,导致食欲亢进和肥胖,消化道对CCK-8刺激无反应,胰腺的内、外分泌功能均降低。此模型具有T2DM的特征,如多食、肥胖、多饮和多尿,能缓慢地自然产生T2DM。自8周龄起血清三酰甘油(甘油三酯)、胆固醇和餐后血糖均明显高于对照鼠,随着年龄的增长,血清甘油三酯和餐后血糖不断升高。12周龄起出现明显的胰岛素抵抗;18周龄时,胰岛素敏感性约为对照组的20%;24周龄时,血浆胰岛素代偿性增加;30周龄时,血TG水平达到对照组的5倍;40周龄以后,胰岛的分泌功能降低;65周以后,血糖值高达25mmol/L,而免疫反应性胰岛素(IRI)水平却低于40pmol/L。尿蛋白自30周龄起明显增多,且随年龄的增加而迅速增加,雄性鼠55周龄时,尿蛋白含量可达800mg/ d以上。胰腺呈进行性纤维化,胰腺萎缩,胰腺组织被脂肪和结缔组织代替。

此外,OLETF大鼠在22周龄时,即可出现肾小球基底膜增厚;40周龄以后,雄性OLETF大鼠肾小球增大,肾小球膜基质增生及肾小球基底膜增厚;70周龄时,几乎在每一个肾小球周围都可见被扩张的毛细血管包围的PAS阳性结节,这种结节性的改变膨胀到肾小球膜基质,OLETF大鼠的肾脏变化很类似人的DM结节性肾小球硬化症。以上胰腺和肾脏不同阶段的病理变化,与临床T2DM患者的病理表现极为相似,为研究T2DM及其并发症的发病机制和防治措施提供了良好的实验动物模型。