Comparative features of spontaneous autoimmunediabetes with human and different animal models.
NOD小鼠
三十多年来,NOD(non-obese diabetic)小鼠一直是研究自身免疫性糖尿病的主要动物模型。典型的临床症状如尿频、多饮、高血糖、尿糖和高胆固醇血症。NOD小鼠对酮症酸中毒具有抗性,在无胰岛素注射的情况下,糖尿病建立后仍可存活约2–4周。与人类疾病相似,NOD小鼠β细胞功能逐步丧失,NOD小鼠会发展自身抗体,并在I型糖尿病发病前表现出外周血自身反应性T细胞的增加,靶向β细胞抗原也相似。NOD小鼠发病年龄和发病率有着较为明显的性别差异,雌鼠发病年龄早且发病率高。NOD小鼠3-5周龄时开始出现胰岛T细胞浸润,到12周龄时整个胰腺中均存在胰岛炎。NOD雌性和雄性小鼠的高血糖分别于大约12周和15周龄开始[2-3]。在20周鼠龄时,90%的同龄雌鼠会得糖尿病,而只有50%的NOD雄鼠患有糖尿病。
BB大鼠
BB(Bio-breeding)大鼠来自远交系Wistar大鼠,诞生了两个亚系,近交系 BBDP/Wor和远交系 BBdp。BB大鼠作为T细胞依赖性自身免疫性糖尿病模型,其特征包括胰岛自身抗体和谷氨酸脱羧酶抗体,是研究胰岛移植耐受性诱导的模型。
BB大鼠在青春期开始出现体重减轻、多尿、高血糖和胰岛素减少症,而且淋巴细胞明显减少。与NOD小鼠不同, BB大鼠酮症酸中毒非常严重,像在人类中一样,必须使用胰岛素治疗。BB大鼠在8-16周龄发生高血糖症,其中3月龄前90%会发展成为糖尿病,且性别间无差异[4]。在糖尿病建立之前的2-3周内发生胰岛炎。
KDP大鼠
KDP(Komeda diabetes-prone)大鼠是LETL (long-evans tokushima lean)大鼠的一个亚系,其胰腺β细胞被自身免疫破坏,快速发展为糖尿病,发病无性别差异,没有明显的T细胞减少。大多数动物表现出中度至重度的淋巴细胞浸入胰岛(胰岛炎),其中约80%的动物在220日龄内患上糖尿病。KDP大鼠也是其它自身免疫性疾病,尤其是自身免疫性甲状腺疾病的模型。
Lewis-IDDM大鼠
Lewis-IDDM大鼠由 LEW大鼠MHC单倍型自发突变而来,具有MHC单倍型LEW.1AR1。
Lewis-IDDM大鼠胰岛内有炎症细胞浸润,发生胰腺炎的部位β细胞快速凋亡。明显的糖尿病征出现在8-9周龄,以高血糖和糖尿、酮尿、多尿为特征。最初,糖尿病的发病率约为20%,之后进一步近亲繁殖,雌雄发病率均增至60%左右。
与NOD小鼠和BB-rat相反,LEW-IDDM大鼠没有其他自身免疫性疾病,糖尿病发作后也能很好地存活,因此可用于研究糖尿病并发症[3-4]。
化学药物诱导模型
已发现多种化合物可在动物模型诱发糖尿病。研究最多且常规使用的两种化合物分别是链脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)和四氧嘧啶(Alloxan, ALX),其中又以STZ诱导最常用。STZ和ALX都是葡萄糖类似物,都通过β细胞中的葡萄糖转运蛋白GLUT2起作用,最终导致胰岛中β细胞几乎完全被破坏,致使小鼠严重缺乏胰岛素生成,表现出高血糖症和体重减轻,从而重现I型糖尿病的主要症状。
与自发性自身免疫性糖尿病动物模型相比,化学药物诱导模型的症状发作是可预测的,而且成本相对较低,是研究和评价不依赖β细胞降血糖疗法的重要模型,比如新型胰岛素疗法或胰岛移植疗效等。
链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)诱导模型
通过腹腔注射(ip)或静脉注射(iv)给药后,通过GLUT2进入胰腺β细胞,导致DNA的烷基化。随后激活PARP导致NAD+消耗增加,细胞ATP减少,最终使胰岛素产生受到抑制。
STZ诱导模型非常类似于人类I型糖尿病,伴有慢性胰岛炎、胰岛炎和胰岛素缺乏症。可在各种不同的大小鼠品系中可预测地快速诱导糖尿病,从而进行同基因、同种异体或异种移植。
不过STZ具有一定的致癌性,在慢性实验中可能会导致肾脏和肝脏肿瘤的发生。
Partial destruction of β cell population by STZ andreduction in β cell mass that induces insulin insuffciency and chronichyperglycemia.
四氧嘧啶(Alloxan,ALX)诱导模型
ALX诱导糖尿病模型的机制主要是胰岛β细胞的快速摄取四氧嘧啶抑制葡糖激酶,以及自由基的过量形成,导致β细胞DNA断裂,最终使β细胞凋亡。ALX在2分钟内就开始发挥作用,根据给药剂量和动物品系的不同可在啮齿动物中诱导慢性高血糖症。
不过ALX的致糖尿病剂量窗口很窄,甚至较少的剂量给药就可引起很大的毒性,特别是肾脏毒性。
The animal species, dose and route of administrationrequired for chemically inducing diabetes.
遗传诱导模型
遗传因素被认为是糖尿病发生与发展的重要因素之一。某些基因的改变会直接诱导糖尿病的发生。
Akita小鼠
小鼠与人类不同,小鼠具有两个胰岛素基因:Ins1和Ins2。Akita小鼠也叫Ins2鼠或MODY4鼠,其位于7号染色体的Ins2基因发生显性错义突变。在突变等位基因中,核苷酸1907位的G突变为A,破坏了外显子3中的Fnu4HI位点。该突变将成熟胰岛素A链中的第七个氨基酸Cys96(TGC)变为Tyr(TAC),导致Ins2的A链和B链之间的一个关键二硫键无法形成,从而导致proinsulin-2蛋白的错误折叠。错误折叠蛋白在内质网(ER)中聚集。由于内质网的降解能力有限,这些蛋白的积累最终会导致内质网应激和β细胞凋亡。
Akita小鼠发病基本原理
Akita杂合子小鼠患有严重的胰岛素依赖型糖尿病(从3-4周龄开始),以高血糖、低胰岛素血症、多尿和多饮症为特征。Akita小鼠是I型糖尿病的重要模型,不出现肥胖。雄性小鼠出现严重的高血糖症,而雌性小鼠血糖升高则不如雄性小鼠那么明显,这可能是由于雌激素的保护作用。Akita纯合子小鼠若不予胰岛素治疗,很少存活超过12周。
Akita杂合子小鼠不需要外源诱导即可快速发生糖尿病,是化学药物诱导模型的理想替代小鼠,也非常适合应用到同种异体或异种胰岛移植相关研究中。Akita小鼠也是II型糖尿病的模型之一,特别是用于研究β细胞内质网应激在糖尿病发病机制中的作用。
下表总结了I型糖尿病常用大小鼠模型的基本特征:
需确认的信息
1. 模型种属(大鼠还是小鼠或是其他种属)
2. 动物体重有无要求,年龄有无要求
3. 雌雄有无要求
4. 模型构建具体方案
5. 取材要求(采血、取组织样本)
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