动物实验 | Ⅱ型糖尿病动物建模
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- 2023-09-07 10:45:31
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近年来糖尿病患病率和死亡率明显增加,在我国已成为了继心血管疾病和肿瘤之后位列第三位的多发病和慢性非传染性疾病。在糖尿病患者中,Ⅱ型糖尿病约占 90%以上。Ⅱ型糖尿病主要由胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足引起,构建糖尿病动物模型能够较好地模拟糖尿病的发生与发展过程,有利于揭示糖尿病的发病机制以及治疗药物的筛选,在生物医学和转化医学等领域具有广泛的应用价值。
传统构建Ⅱ型糖尿病动物模型的方法主要包括自发性和诱导性建模,其方法较成熟,操作简单,能更好地模拟Ⅱ型糖尿病的发生与发展过程。利用基因工程技术构建相关基因型的Ⅱ型糖尿病动物模型,有利于从基因和分子水平上阐述人类糖尿病的发病机制。
本文主要介绍不同Ⅱ型糖尿病动物模型的优点、缺点和适用范围,为揭示糖尿病的发病机制及治疗奠定理论基础。
实验动物选择
啮齿类动物(如大鼠、小鼠)的基因组与人类基因组具有较高的同源性,并且关于啮齿类动物基因图谱的研究较为成熟,因此,啮齿类动物常用作动物模型来进行病理机制的研究和药物研发。在具体选择上,由于自发性 2 型糖尿病小鼠如 db/db 小鼠及基因编辑小鼠价格昂贵,而大鼠相对价廉易得;且大剂量的STZ 使用会不可避免的提高小鼠死亡率,故目前国内外倾向用大鼠进行造模。
实验方法
1 诱导型
诱导性Ⅱ型糖尿病动物模型是指通过物理、生物和化学等致病因素,损伤动物胰或胰岛细胞进而导致胰岛素缺乏,或运用各种拮抗剂对抗胰岛素的作用,人工诱导具有Ⅱ型糖尿病特征的动物模型。构建诱导性Ⅱ型糖尿病模型的方法比较简单,造模率较高,目前广泛应用于Ⅱ型糖尿病的研究,但缺点是造模时间较长。
(1)胰腺切除法
胰腺切除法是最早的糖尿病动物模型的构建方法。狗的胰腺被切除后,出现多尿、多饮、多食和严重的糖尿现象。切除胰腺的猪的葡萄糖耐量低于正常,从而可构建糖尿病模型。
(2)膳食诱导法
膳食诱导法是目前较为简单方便的糖尿病动物模型的构建方法,一般利用高糖高脂的饲料连续饲喂实验动物,其原理为糖在体内直接可导致高血糖,在长期高糖膳食诱导下引起糖代谢异常,继而导致Ⅱ型糖尿病,此外,高脂引起的脂代谢异常,进而导致Ⅱ型糖尿病。
(3)化学药物诱导法
STZ
STZ 是目前使用最广泛的糖尿病动物模型化学诱导剂,它能对哺乳动物胰岛 β 细胞产生特异性毒性,STZ 主要通过产生自由基损伤 β 细胞的功能,引起胰岛素合成减少,从而诱发糖尿病。为了取得良好的Ⅱ型糖尿病造模效果,STZ 常与胰腺切除法联合使用。通过手术切除实验动物的胰腺钩突及体尾部,然后局部或全身注射 STZ,进而构建胰岛素分泌不足的Ⅱ型糖尿病动物模型。这种方法的优点是克服了切除全部胰所致的其他器官的严重创伤,且避免了大剂量使用 STZ 对其他组织器官的严重损伤。此外,STZ 还可以联合高脂饮食诱导Ⅱ型糖尿病。高脂饲料诱导大鼠 6 ~ 8 周后出现胰岛素抵抗,然后腹腔注射小剂量的STZ,Ⅱ型糖尿病的造模成功率可达 79%。STZ 的剂量受高能饮食喂养时间的影响,高能饮食诱导的时间越长,动物的胰岛素抵抗表现越明显,所需的 STZ 剂量就相应减少,STZ 给药途径或者模型建立的标准不同也会造成所需 STZ 的剂量出现差异。
四氧嘧啶
四氧嘧啶的机理与 STZ 相似,主要通过产生超氧自由基破坏 β 细胞,导致胰岛素合成减少,但与STZ 相比,四氧嘧啶引起的高血糖症具有不稳定性和可逆性。因此,由四氧嘧啶引起的糖尿病模型不足以恰当地评估抗糖尿病药物的降血糖作用。
造模评价
Ⅱ 型糖尿病动物模型的探索建立已趋于成熟,但仍难以完全模拟人类 T2DM 的发病过程型,目前常用的造模方式优劣不一:
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自发模型发病过程与人类有很多相似之处,但其实验动物数量较少,繁殖的条件高、成本高,且没有明确的成模标准;
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基因工程模型虽发病机制层面上与人类最为接近,但现仍处于摸索阶段、技术难度大,难以大规模应用;
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高脂饲料诱导模型,造模周期长,血糖升高个体差异大,模型较难控制;
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单纯化学诱导模型难以造成 2 型糖尿病的主要病理特征——胰岛素抵抗,且成模率不高;
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饮食诱导和化学诱导结合可以有效模拟出胰岛素抵抗及胰岛素分泌不足,且造模时间短,是最为普遍的方法。
因此,在研究 II 糖尿病发病机制的过程中,要尽量选择最合适的糖尿病动物模型,如何利用较低的成本在短时间内成功构建Ⅱ型糖尿病动物模型也是以后的研究需要解决的难题。