摘要：本文综述了糖尿病肾病（DN）动物模型的局限性和最新进展。如同人类疾病一样，遗传因素可能决定疾病的严重程度，如小鼠FVB和DBA/2J株对DN比C57BL/6J小鼠更容易。瘦素缺乏（ob／ob）小鼠产生多种DN的病理特征。高血压与高血糖存在协同作用促进啮齿类肾病。中度高血压内皮型一氧化氮合酶（eNOS−/−）缺乏糖尿病小鼠发展透明硬化和结节性肾小球硬化，糖尿病cyp1a1mren2鼠肾素依赖性高血压诱导模仿中度人DN。然而，没有模型具有人类所有的DN的特点；因此，研究人员应该考虑生化、病理，并选择最合适的模型来研究它们的分子通路。

 

 

简介：糖尿病肾病（DN）仍是西方世界终末期肾病最常见的病因。改善高血糖和高血压的治疗降低了糖尿病患者达到终末期肾病的比例。然而，需要额外的治疗来治疗那些进行性肾病的患者。不幸的是，最近DN临床试验的结果基本上令人失望。近年来，没有专门针对肾病进展的新疗法成功地转化为临床实践。

 

糖尿病肾病动物模型的作用：开发新的治疗DN的障碍之一是缺乏可靠的临床前模型。对于许多疾病，啮齿类动物模型有助于分析疾病的发病机制和测试新的治疗方法。事实上，转基因动物的存在促进了人类无法进行的机械研究。通过引入遗传修饰，特定的细胞类型可荧光标记来跟踪细胞或促进细胞从整个器官的分离，这可提高我们对疾病发病机制的认识。此外，靶向基因敲除或基因过度表达可以很好地确定特定分子在疾病中的作用，以及这些药物是否代表了新的治疗候选物。然而，DN研究中动物模型的实用性受到了事实的制约。多数模型不能概括的重要功能，结构，和先进的人类糖尿病肾脏疾病的分子病理学特征。这可能解释了许多已经被发现在临床前模型中获益的治疗方法在临床试验中没有被证实有效。为了理顺DN新的临床前模型的发展，对糖尿病并发症的肾病协会委员会已公布标准，可以用来验证糖尿病肾病动物模型。这些都是基于人类DN的临床和病理特征，包括以下内容：（1）肾功能下降超过50%；（2）蛋白尿增加10倍以上；（3）人类疾病包括肾小球系膜扩张的关键病理特征（+ /−结节），肾小球基底膜增厚，小动脉玻璃样变性，肾间质纤维化。不幸的是，目前没有可用的模型符合所有这些标准。

 

糖尿病动物模型：许多的1型糖尿病和2型糖尿病的动物模型被广泛地提供给研究人员。链脲菌素可诱导啮齿类动物发生1型糖尿病，对β细胞有毒性，导致胰岛素缺乏。链脲菌素可能对包括肾脏在内的其他器官产生毒性作用，尽管可以通过连续五天给予较小剂量来降低这些毒性。1型糖尿病的遗传模型也可用，包括Akita和OVE26小鼠，其胰岛素和钙调素基因的突变，导致在胰腺β细胞缺陷蛋白的毒性蓄积。2型糖尿病的模型通常利用遗传性肥胖啮齿动物，其瘦素缺乏如（ob/ob小鼠）或瘦素受体失活突变（如，db/db小鼠、Zucker大鼠）。在生命的最初8周这些动物表现出肥胖，与胰岛素抵抗和胰岛素相对缺乏和高血糖。高血糖的程度取决于突变的性质和动物的遗传背景改变。有C57BL/6J背景的ob/ob小鼠和瘦素受体缺陷小鼠高血糖不太严重。超过24周龄的C57BLKS背景下的db/db小鼠发展重型糖尿病并需要外源性胰岛素以维持动物福利。高脂饮食有助于研究胰岛素抵抗的机制。然而，动物很少发展为明显的高血糖。此外，高脂饮食本身可能会促进肾脏损伤，而这些动物并没有表现出人类DN的经典特征。2型糖尿病患者采用MKR小鼠替代非肥胖模型，其胰岛素受体在骨骼肌中功能失调。导致胰岛素抵抗，显著的高血糖和高脂血症。

 

啮齿动物品种和品系的选择：小鼠繁殖迅速，价格相对低廉，长期以来易于遗传操作，因此它们是临床前研究中应用最广泛的物种，但它们往往对DN的发展具有抵抗力。在糖尿病患者中，多种遗传因素影响患肾病的风险，其中一些是通过全基因组关联研究阐明的。同样，在小鼠中，肾病的易感性受使用的特定品系的影响。C57BL/6J小鼠用于临床前研究中，最常见品系，因此，许多遗传修饰是在这样的背景下进行的。不幸的是，该品系对DN的发生有相对的抵抗力。因此，一个漫长而昂贵的育种计划可能需要回交遗传突变到一个更敏感的品系FVB和DBA/2J小鼠。如，瘦素受体突变db/db小鼠发现交叉FVB背景，小鼠对肾病比肥胖和高血糖小鼠更敏感。FVB背景的ove26小鼠表现出结节性肾小球硬化，6个月龄其蛋白尿增加超过10倍。糖尿病DBA/2J小鼠比C57BL/6J小鼠发展出更明显的蛋白尿。此外，它们表现出人类疾病的某些病理特征，如结节性肾小球硬化，小动脉玻璃样变性。最近证实比较少见的黑色和棕色，短尾的（试验）小鼠可能是DN的一种潜在的有用的应变模型。BTBR小鼠是胰岛素抵抗，当ob/ob突变放在该品系时，小鼠早期表现出持续的高血糖。ob/ob BTBR小鼠发展出人类DN的某些病理特征，包括小动脉玻璃样变性，肾小球系膜扩张，肾小球膜溶解，局灶性结节性肾小球硬化，足细胞数减少。不幸的是，ob/ob BTBR小鼠很难繁殖，超过24周龄有很高的死亡率，这限制了它们作为肾病模型的使用。在所有这些品系中，蛋白尿的增加相当于中度升   高的水平人，他们不发展为肾功能进行性下降。此外，他们表现出最轻微的肾小管间质纤维化，这是人类DN的最佳病理决定因素。更大的尺寸便于重复采血，监测肾脏生理，并获得足够的肾脏组织进行分析。此外，大鼠对包括高血压在内的许多心血管疾病更容易受到影响，对于许多特征，大鼠的遗传学和病理生理学已证明与人类疾病更为相关。1型糖尿病模型和2型糖尿病大鼠已被采用；然而，这些模型通常不发展为先进的人类DN的特点。大型动物物种，如猪和狗，也被用来模拟DN。四氧嘧啶诱导1型糖尿病，狗在2年内患上肾小球病变，这个过程通过单侧肾切除被加速。同样，猪也被用来模拟人类DN的早期肾小球病变。然而，在这些大型动物模型中，没有证据显示人类DN的更高级特征，如肾小管间质纤维化或肾功能下降。由于大型动物模型与啮齿动物模型相比没有什么优势，考虑到饲养成本和学习时间的延长，啮齿类动物在临床前DN研究中仍将是最优秀的物种。模式动物，如果蝇和斑马鱼，比啮齿类动物具有繁殖力高、寿命短、繁殖成本低、易于遗传操作以及相对较容易活体组织成像等优点。长期以来，它们被用来研究基本过程，如发育、凋亡和再生。斑马鱼可以通过反复使用链脲佐菌素来制造糖尿病，并被用来研究糖尿病并发症。

 

血液动力学因素：血流动力学因素在糖尿病肾病发病机制中的重要性早已被人们所认识。晚期DN患者常有高血压。控制血压与控制病情进展血的糖控制一样重要。高血压可能不仅仅是肾病的结果，还可能促进糖尿病患者肾脏疾病的发展。轻微的血压异常，如夜间尿的丢失，先于蛋白尿的发生和遗传变异的遗传，这些变异导致高血压的危险，从而促进糖尿病患者肾病的发生。事实上，高血压可能是DN进展的绝对要求。在这两种情况下，患者有长期的糖尿病和并存的单侧肾动脉狭窄；尽管对侧肾脏出现严重肾病，但它们没有显示肾动脉狭窄下游的肾病。研究人员试图通过多种途径复制啮齿类动物模型中的血流动力学因素。在20世纪80年代的开创性研究中，发现高蛋白饮食可增加糖尿病大鼠肾小球压力和损伤，并首次提出ACE抑制剂在减缓DN进展中的作用。值得注意的是，这些以血流动力学因素为中心的研究已被成功地转化为临床实践。例如，单侧肾切除的ove26糖尿病小鼠加速糖尿病肾病的许多特征，包括蛋白尿、炎性细胞浸润、纤维化和基因表达的改变。单侧肾切除引起的肾小球血流动力学异常可能不是人类DN的病理生理学的代表。在啮齿类动物模型中，糖尿病和遗传性高血压共同导致更严重的蛋白尿、肾小球硬化和肾小管间质纤维化，而不仅仅是糖尿病。由于人类糖尿病肾病肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）的重要性，一些研究人员采用转基因啮齿动物，RAAS过度激活引起高血压和加速DN。

 

单基因操纵加速肾病：为了加速肾病的发展，研究人员采用了基于已知的人类DN病理生理机制的特异基因敲除小鼠。高甘油三酯血症在糖尿病患者中很常见，与肾病的发展有关。APOE与血清中甘油三酯清除有关。ApoE基因缺陷（ApoE−/−）小鼠发生明显高脂血症和广泛用作动脉粥样硬化模型。用链脲菌素诱导的ApoE小鼠比野生型对照组产生更严重的肾损伤糖尿病，这可能部分由于高脂血症。AGEs在促进肾病中的重要性也在小鼠身上得到证实。当这些小鼠与遗传性糖尿病小鼠杂交时，RAGE过度表达的小鼠与野生型小鼠相比，发生更严重的蛋白尿和肾小球硬化，但不发生肾小管间质疾病或肾功能衰竭。虽然在这些模型中，针对年龄的治疗是成功的，但尚未转化为临床实践。

 

结论：总之，动物模型在理解DN发病机制方面的作用有限，部分原因是没有一个模型显示出人类疾病的所有关键特征。靶向基因敲除或单独或与已知的肾病易感性基因如eNOS结合，可能会改进现有的模型。重要的是人类疾病中很少观察到完全丧失的基因表达。除了描述功能和病理结果，在肾脏中的转录组变化应评估与人类疾病的相关性。展望未来，它是可能的，研究人员将在转录组数据免费提供的平台上，如Nephromine选择动物模型。通过合理选择最合适的动物模型，我们可以提高临床试验结果成功转化为临床实践的可能性。