糖尿病转基因动物模型
(1)复制方法 有两种方法,①传统的转基因方法,即新基因信息的转入和在动物体内的表达。②基因打靶方法,即将特定的内源性基因断裂或以其他基因代替。胰岛素信号转导是一个复杂的过程,包括胰岛素与受体的结合,受体(insulin receptor, IR)自身磷酸化,受体底物(insulin receptor substrate, IRS)磷酸化等,磷酸化的受体底物与 P13K(phosphotidylinositol-3-kinase)或其他信号转导蛋白结合将其激活启动下游级联反应,引起糖原合成酶激酶(glycogen synthase kinase-3, GSK-3)活性降低,糖原合成减少;葡萄糖转运载体(glucose transporter, GLUT4)从胞内移至质膜,摄取葡萄糖入细胞。自身磷酸化的受体配基复合物也可进入核内体,在其中聚集磷酸化其中的底物。据此,将胰岛素信号转导通路中的某个基因敲除,有望得到理想的糖尿病动物模型。此外,用Cre-LoxP系统与基因打靶技术相结合,可以得到组织或细胞特异性靶基因被敲除的动物模型。
(2)模型特点 ①GK/IRS-1双基因剔除小鼠 IRS-1-/-小鼠表现为胰岛素抵抗,但由于β细胞代偿性增生,胰岛素分泌增多,糖耐量正常。β细胞特异GK表达降低的小鼠,显示轻度糖耐量异常。两者杂交产生的GK/IRS-1双基因剔除小鼠,表现Ⅱ型糖尿病症状,既有胰岛素抵抗又有糖耐量异常。
②IR+/- /IRS-1+/- 双基因剔除杂合体小鼠 IR+/-和 IRS-1+/- 单个基因剔除的杂合体小鼠无明显的临床症状。而IR+/- /IRS-1+/- 小鼠肝和肌肉中IR和IRS-1表达水平下降60%,由胰岛素介导的IR自动磷酸化,IRS-1和 IRS-2的酪氨酸磷酸化,P13-激酶的P85亚基与IRS-1的结合都减少。4~6个月前血糖正常,2个月时胰岛素水平升高,4~6个月时,发生明显的胰岛素抵抗(表现为血胰岛素水平显著升高和对外源性胰岛素不敏感),6个月时,40%的杂合体双突变鼠表现糖尿病症状。
③MODY3模型 MODY(maturity-onset diabetes of the young),即青幼年发病的成年型糖尿病,是Ⅱ型糖尿病的一个亚型,有5种蛋白质的基因缺失或突变可以导致 MODY,分别是肝细胞核因子4a(HNF-4a/MODY1),葡萄糖激酶(GK/MODY2),肝细胞核因子1a(HNF-1a/ MODY3),胰岛素启动因子(IPF-1/MODY4),肝细胞核因子1β(HNF-1β/MODY5)。β细胞特异HNF-1a(hepatocyte nuclear factor-1a,肝细胞核因子-1a)突变的转基因动物,可特异抑制β细胞HNF-1a的功能,雄性表达突变蛋白者在6周龄时出现糖尿病症状,胰岛素分泌功能受损,雌性糖耐量异常。糖尿病鼠胰岛内胰岛素水平显著下降,高血糖素水平升高。动物出生后胰岛生长方式改变(a细胞/β细胞比值升高),β细胞超微结构显示包括线粒体肿大在内的β细胞严重损伤。
(3)比较医学 糖尿病是一种常见的具有遗传倾向的葡萄糖代谢和内分泌障碍,是由于绝对性或相对性胰岛素分泌不足引起的,近半个世纪来,糖尿病患病率和死亡率有明显上升趋势,在我国已成为继心血管疾病、肿瘤之后列第三位的常见病、多发病和慢性非传染性疾病。随着实验动物模型的发展和对糖尿病发病机制的逐步阐明,必将有更多更好的接近人类糖尿病的动物模型出现,促进对糖尿病的研究和糖尿病防治药物的开发。