自发性糖尿病动物模型

来源:《人类疾病动物模型复制方法学》 发布时间:2017年11月28日 浏览次数: 【字体: 收藏 打印文章

1.NOD小鼠  1980年日本Shionogi研究实验室的 Makino S等首次报道非肥胖型糖尿病小鼠品系(non-obese diabetic, NOD)。该品系小鼠是自发胰岛素依赖性糖尿病小鼠品系,也就是人类Ⅰ型糖尿病的动物模型,其主要生理生化特征是:尿频、多饮、高血糖、尿糖和高胆固醇血症,国内外已广泛应用于人类Ⅰ型糖尿病的研究中。NOD小鼠是从 JCL-ICR小鼠中经分离选育而成。其易发IDDM是受多基因控制,经遗传检测发现:在Car-2, Hbb, Ldr-1和Gpi-1这四个位点上,NOD小鼠都保留了基因频率较低的等位基因,而基因频率较高的等位基因丢失。同时,NOD小鼠发病后的糖尿病症状受环境如饲养环境、健康状况及饲料等变化的影响较大。作为自发性非肥胖糖尿病小鼠,其发病年龄和发病率有着较为明显的性别差异;30周龄时的糖尿病发病率雌鼠为85%,雄鼠约为37%,雌性NOD小鼠的发病率显著高于雄性,且发病早,雌鼠发病年龄较雄鼠平均提早60d。 NOD小鼠糖尿病常突然发生,且急而重,发病后如不治疗发病鼠的尿糖可高达15002000mg/L,且通常由于酮血症在1个月内死亡。免疫系统在其糖尿病的发生发展中起重要作用,β细胞损伤继发于自身免疫过程,引起低胰岛素血症。发病期间,NOD小鼠表现出明显的多饮多尿症状。某些药物可使NOD鼠的糖尿病发病率提前,如环磷酰胺可使 NOD小鼠的糖尿病发病率在3周内高达60%。不管NOD小鼠是否发生临床型糖尿病,均于3~5周龄时开始出现胰岛炎。在NOD小鼠胰岛炎初期,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减低,同时胰高血糖素和胰高血糖素样物质的免疫活性增加。在酶系方面,NOD小鼠表现出与临床上胰岛素依赖型糖尿病患者相似的趋势,即糖降解酶系统如葡萄糖激酶、丙酮酸激酶等活性下降,葡萄糖生成酶如葡萄糖六磷酸酶、丙酮酸羧激酶表现出活性增加的特点。肝组织中的转氨酶、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、a-葡萄糖苷酶、a-甘露糖苷酶等活性也均降低。NOD小鼠发病后也可引起其唾液腺某些功能的改变,如淀粉酶活性下降,胰岛素、类胰岛素生长因子I(IGF-Ⅰ)和类胰岛素生长因子Ⅱ(IGF-Ⅱ)含量降低等。

2.oh/oh小鼠  ob/ob小鼠为Ⅱ型糖尿病模型。纯合子动物表现肥胖、高血糖和高胰岛素血症。该小鼠因Leptin(ob基因产物)缺乏而引起肝脂肪生成和肝糖原异生,高血糖又刺激胰岛素分泌,引起胰岛素抵抗的恶性循环。纯合子小鼠无生育能力,大约在4周龄时即可识别出,此时其增重加速,很快可达到正常同窝鼠体重的3倍。中等程度的摄食过度可使其几乎不太活动,但在幼年时其血糖和免疫活性胰岛素并不明显增加,5~6月龄后,肥胖趋向稳定,胰岛素和葡萄糖水平上升,这些小鼠不受外来胰岛素的影响,但节制食物可增加对胰岛素的敏感性及延长其寿命。所有的雌性小鼠均无生殖能力,卵巢和子宫萎缩,若坚持节制饮食,则雄鼠偶尔能够繁殖。朗格汉斯胰岛(Langerhans islands)的增生与胰岛素分泌增加有关,肾小球发生肾结节状脂肪玻璃样病变,在电镜下可见其局限于肾小球膜和基膜的内皮面。肥胖小鼠的皮下、后腹膜和性腺的脂肪增多,这是脂肪细胞数目增多和体积增加的结果,因此被称为肥大性-增生性肥胖症。这种小鼠的肥胖症与人类的肥胖症很相似,应用这种小鼠曾开展了许多关于肥胖症的生化、病理、激素及药物治疗等方面的研究。由于这种小鼠无生育能力,所以必须用杂合子交配以保持此基因。

3.KK小鼠  该品系小鼠是一个对胰岛素敏感但不伴有高血糖症状的糖尿病动物模型,其糖尿病的发生由多基因控制。表现Ⅱ型糖尿病特征。具有高血糖症、高胰岛素血症、胰岛素抵抗等症状。如果由营养诱导性肥胖或将黄色肥胖基因Ay导入KK小鼠,其肥胖和糖尿病症状更为明显。遗传性糖尿病模型小鼠受到基因和环境因素的影响,但其带有至少两个主效基因在对以C57BL为背景的小鼠杂交时呈显性。小鼠在2月龄时开始出现中度肥胖(成熟体重约为45g)症状,稳定期出现在4~5个月龄。胴体脂肪约占总体重的33%。有研究报道已经证实,KK小鼠糖尿病以高血糖、高胰岛素血症、葡萄糖不耐受、过量饮食为特征,尽管这种高血糖症状只要1年左右就可以缓解。限饲会使动物更加正常。有研究发现,禁食会导致小鼠葡萄糖耐受能力降低。口服复合降血糖药格列吡嗪,能够提高小鼠机体内葡萄糖的代谢作用,减少对肾脏的压力,阻止肾脏糖蛋白、肾小球系膜细胞增殖和细胞外基质积聚,并降低Ⅱ型糖尿病KK小鼠中的蛋白尿含量。这表明如果不有效控制糖尿病小鼠的血糖含量,则该小鼠会进一步形成糖尿病肾病的动物模型。未经处理的KK小鼠在15周龄时可出现心肌间质纤维化,随着年龄的增长逐渐恶化。如果使用地尔硫卓处理小鼠,这类病情可被完全抑制。这些结果表明,高血糖症诱导的心肌厌氧状态导致心肌肥大、恶化和纤维化等症状通过使用钙拮抗剂加以改良(Shimada, 1993)。该模型在发病初期就开始发生角膜退化,而且随着年龄增长呈进行性发展。使用光学显微镜和电子显微镜观察时,2个月龄时的KK-Ay小鼠晶状体呈正常状态,4个月龄时则可看到很多皮肤上皮细胞坏死和细胞核内损伤,到6个月龄和12个月龄时还会伴有其他一些标志性的变化。

4.db小鼠  糖尿病突变基因(db)于1966年在美国 Jackson实验室发现于C57BL/Ks品系小鼠。它是隐性体染色体基因突变,位于第4对染色体(第八基因位点)。这种糖尿病小鼠(C57BL/KsJ-db/db)是目前应用于研究人类Ⅱ型糖尿病最好的动物模型之一。纯合子db/db小鼠在早期发育时,甚至于3~4周龄时即显现糖尿病征兆。这种小鼠有过度肥胖症的倾向,纯合子糖尿病小鼠于3~8周龄时,体重即加速增重,最高可达到约50g以上(正常小鼠体重在20~30g)。随后小鼠的体重开始逐渐减轻直至发病致死。重度肥胖症(obesity)常与过度采食有关,同时在临床上也会出现血糖过多症。这种小鼠血糖浓度于4周龄时每100L血液中含有30mg(正常小鼠其血糖每100L血液中含有140180mg)。小鼠于12周龄时,血糖含量可高至每100L血液中有500mg。当小鼠血糖含量超过250mg/100L血液时,一些临床症状就呈现出来,例如糖尿、多尿和剧渴等。db小鼠寿命较短,平均在4~6个月,因而在病理变化上较少出现于肾脏、肺、心脏和眼睛。只有胰脏的胰小岛有明显的糖尿病病理变化。胰岛的β细胞呈现退化及颗粒递减的现象。

5.NSY小鼠  NSY(Nagoya Shibata Yasuda)小鼠是从 Jc1-ICR远交系小鼠经葡萄糖耐量测试后选择培育而成的,具有Ⅱ型糖尿病特征。24周龄时胰岛素分泌功能已严重受损,48周龄的累积发病率雄性为98%,雌性31%。各年龄阶段都不表现严重的肥胖和明显的高胰岛素血症,胰岛也无肿大或炎性变化。胰岛p细胞分泌胰岛素功能受损和胰岛素抵抗可能是NSY小鼠发生NIDDM的机制,与人类NIDDM发病机制相似。

6.BB大鼠  选育自Wistar大鼠,是Ⅰ型糖尿病的良好模型。其发病与自身免疫性毁坏胰岛β细胞引发胰腺炎和胰岛素缺乏有关。大鼠通常在60~120日龄时发病,数日后就可出现严重的高血糖、低胰岛素和酮血症。给予免疫抑制剂、切除新生鼠胸腺等方法可预防糖尿病的发生,说明自身免疫参与发病过程。

7.OLETF大鼠  OLETF大鼠于1984年在日本德岛大坟制药公司饲养的Long-Evans远交系大鼠群中发现,通过筛选超重大鼠并进行近交培育而成。该鼠胆囊收缩素(CCK)-A受体mRNA的表达完全缺失,携带的ODB1和 ODB2基因与糖尿病的发病有关。多食、少动、肥胖和出现糖尿病的临床表现为主要特征。早期以胰岛素抵抗、糖脂代谢紊乱为主,以后逐渐出现胰腺功能减退,晚期合并糖尿病肾脏病变,与人类Ⅱ型糖尿病极为相似。OLETF大鼠自出生第5周起体重明显增加,16周龄时其平均体重为500g,24周龄时平均体重增至600g,40周龄时平均体重可达750g。尿糖水平与体重成反比例发展。但70周龄时OLETF大鼠体重均明显下降。腹部脂肪16周龄起大鼠腹部明显有脂肪沉积。OLETF大鼠自8周龄起餐后血糖明显高于对照鼠,随着年龄增长餐后血糖不断升高,对照鼠血糖峰值始终介于8~10mmol/L。但OLETF大鼠空腹血糖的升高始终不很明显。24周龄时OLETF大鼠血浆胰岛素代偿性增加,40周龄以后胰岛的分泌功能降低,而血糖始终高于对照鼠。65周龄以后,大鼠血糖值高达25mmol/L,而免疫反应性胰岛素水平却低于40pmol/L。OLETF大鼠8周龄开始血浆胆固醇水平轻度增高,三酰甘油也增高。30周龄时血清TG水平可达对照组的5倍,而胆固醇水平却仅轻度升高。40周龄时血清胆固醇水平是对照组的2倍,TG为其5倍。30周龄起OLETF大鼠胰腺细胞内有脂肪浸润。OLETF大鼠肾脏重量随年龄增长而增加。几乎在任何年龄组,OLETF大鼠的肾脏重量均为对照鼠的1.5倍左右。OLETF大鼠尿蛋白自30周龄起明显增多,且随年龄的增加而迅速加重,雄性鼠55周龄时,其尿蛋白含量可达800mg/d以上。

8.Zueker fa/fa大鼠  该品系大鼠为典型的高胰岛素血症肥胖模型。动物有轻度糖耐量异常,高胰岛素血症和外周胰岛素抵抗,无酮症表现,类似人类的非胰岛素依赖性糖尿病。血糖正常或轻度升高。研究表明,该鼠的肥胖与血脑屏障上的瘦素载体减少有一定关系,瘦素由载体载人中枢神经系统与受体结合能启动调节摄食和机体能量平衡机制。

9.GK大鼠  该品系大鼠由日本东北大学的Goto等1975年在远交系Wistar大鼠中筛选高血糖个体培育而成,表现为胰岛素分泌不全、胰岛素抵抗、胰岛纤维化、非肥胖等典型的Ⅱ型糖尿病特征。GK大鼠被广泛应用于非胰岛素依赖型糖尿病(NIDDM)研究。在糖尿病症发作后,快速出现高血糖、胰岛素分泌减弱等,后期并发视网膜病、微血管病、神经病、肾病。和其他啮齿类Ⅱ型糖尿病动物模型相反,GK大鼠是非肥胖的。

10.LEW.1AR1/ztm-iddm大鼠  Ⅰ型糖尿病模型。由 LEW大鼠MHC单倍型自发突变而来。约2个月龄时发病,发病率20%,无性别差异。以高血糖和糖尿、酮尿、多尿为特征。胰岛内有炎症细胞浸润,发生胰腺炎的部位β细胞迅速凋亡。

11.WBN/kob大鼠(WSN/kob Rat)  WBN/kob大鼠是瑞士巴士德老年人病研究所及德国波恩大学病理学研究所利用了50年的时间从Wistar系的WBN大鼠作近亲交配得来,后来,波恩大学选了数对给日本东大医科学研究所,在1980年日本国立卫生研究所对WBN/kob大鼠长期观察中,发现到此品系的大鼠在年龄的增加时会有尿糖阳性、低体重、白内障、高血糖等症状出现,因而将此动物培育成了新的自发性糖尿病动物模型。WBN/kob的胰岛素分泌不全,对于外因性胰岛素有高感受性,低体重等与BB大鼠、NOD小鼠很类似,但和NOD小鼠的性别差异则相反,WBN/kob的发病年龄很晚,发病经过很缓慢,此和BB大鼠,NOD小鼠有明显的不同。另外,WBN/kob大鼠可因饲料的不同而受到影响,若是采用专用的糖尿病饲料,则发病率为100%。 WBN/kob大鼠胰腺的组织病理为胰外分泌显著障碍,BB大鼠和NOD小鼠在初期组织病理变化上,b细胞被破坏,a细胞正常;但WBN/kob大鼠则a、b细胞皆有障碍。WBN/kob大鼠的ketosis的倾向则较显著,而发病时的病变、病程等皆和人类糖尿病性并发症的病变很相似。眼睛的病变,雄性大鼠出生后18个月龄时会因发病而两眼出现白浊现象,尤其出生后24个月龄时则可确定为100%的白内障症状。糖尿病发病的WBN/kob大鼠可出现大腿骨的骨钙盐量减少,此现象和人类的糖尿病骨减少症相似。

12.中国仓鼠  遗传性Ⅱ型糖尿病模型。通过选择糖耐量异常个体进行近亲繁殖而获得。现已建立几个亚系,表现出高血糖、非肥胖等特征,各亚系间糖尿病的严重程度不同。

13.其他  如犬、猫、猴等也有自发性糖尿病发生。非人灵长类动物糖尿病发生发展情况类似于人类,其成年初发型糖尿病在发病前也经过胰岛素抵抗、糖代谢异常、高胰岛素血症等阶段,同时在其子代动物中也发现糖耐量异常等症状。由于灵长类动物比啮齿类动物有较长的生命周期,能够充分观察和研究糖尿病动物的糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢的异常和胰腺、肝脏、肾脏等组织的病理学改变,以及由糖尿病引发的其他各种并发症。因此,在研究糖尿病的发生发展及防治等方面具有独特的优越性。

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