用于糖尿病研究的人源化鼠类模型概述

程 瑶 牟文博 辛 华

(佳木斯大学附属第一医院,黑龙江 佳木斯 154003)

糖尿病是一个全球性的健康问题，其患病率较高且呈逐年增加趋势，其中糖尿病有几种不同的分类，常见的是1型和2型糖尿病。1型糖尿病是一种自身免疫性疾病，好发于儿童和年轻人，会导致产生胰岛素的胰岛β细胞破坏[1]。而2型糖尿病(T2DM)最为常见，占所有糖尿病的95%，也更易带来患多种糖尿病相关的并发症[2]，好发于中年及成年人，与胰岛素抵抗有关。由于糖尿病的复杂性，往往需要借助外界动物模型进行研究，合适小动物模型的缺乏，在很大程度上限制了人类糖尿病的转化医学研究，本文将对几种典型鼠类糖尿病模型的应用作一概述。

1 1型糖尿病的动物模型

1.1 NOD小鼠

NOD小鼠于1974在日本大阪的SHIONOGI研究实验室开发[3]。NOD小鼠大约在3～4周龄时出现胰岛炎。在糖尿病前期，胰岛主要由CD4+和CD8+淋巴细胞浸润，但也存在B细胞和NK细胞[4]。

胰岛炎会导致β细胞破坏，但直到10至14周左右，大约90%的胰岛素丢失，才开始出现明显的糖尿病[5]。当这些小鼠糖尿病症状明显时，它们会迅速减肥并需要胰岛素治疗。NOD小鼠中的MHC 2类与人类中的MHC 2类具有结构相似性，这可能赋予NOD小鼠和人类对该疾病相同的的抵抗力或易感性[6]。NOD小鼠和人类之间1型糖尿病基因的这种平行性在剖析1型糖尿病背后的一些机制和途径方面极为有用[7]。因此，这些小鼠有可能适合于以自身免疫反应的调节为靶点的治疗试验。

然而，经研究发现，有些药物对NOD小鼠有效，但对人类无效[8]。主要原因之一是干预的时间点不同。很多被证明在NOD小鼠中有效的药物是在糖尿病早期使用的，并且已表明在年幼的NOD小鼠中预防糖尿病相对容易[9]。在NOD小鼠中测试糖尿病疗法的另一个困难是，NOD的胰腺可以在研究后切除检查，但人类外周血中缺乏可用于验证干预成功的生物标记物。在将NOD小鼠给药转换为人类给药方面也存在问题[10]。

改良NOD模型的策略包括使用NOD小鼠的特定基因操作[11]或创建具有人类免疫系统组成部分的人源化小鼠模型[12]。尽管NOD小鼠有局限性，但它仍被广泛使用，因为它确实代表了人类疾病的许多方面，是有助于识别多种可导致1型糖尿病的遗传和信号途径模型。

1.2 BB大鼠

BB大鼠来源于纯种wistar大鼠。1974年首次在加拿大群体中发现自发性自身免疫性糖尿病，并由此产生了两个始祖群体，一个是近交系(BBDP/WOR)，另一个是远缘系(BBDP)[13]。抗糖尿病的BB大鼠也被培育作为对照。

BB大鼠通常在青春期后发展为糖尿病，雌雄患病率相似。大约90%的大鼠在8～16周龄时会患糖尿病。糖尿病表现型非常严重，大鼠需要胰岛素治疗才能生存。尽管动物患有胰岛炎，存在T细胞、B细胞、巨噬细胞和NK细胞，但是淋巴细胞减少，CD4+T细胞严重减少，CD8+T细胞几乎缺失[13]。说明淋巴细胞减少并不是只存在于人类或NOD小鼠1型糖尿病的特征，并因此被认为这是使用BB作为人类1型糖尿病模型的一个缺点。尽管如此，该模型在阐明1型糖尿病的遗传学方面仍具有重要价值，甚至被认为是诱导胰岛移植耐受的首选小动物模型[13]。此外，BB大鼠已用于干预研究[14]和糖尿病神经病变研究[15]。

1.3 LEW.1AR1/-iddm大鼠

这种1型糖尿病大鼠模型是在汉诺威医学院实验动物科学研究所(ZTM)培育的，自发产生于MHC单倍型(lew.1ar1)的同源lewis大鼠群体。这些大鼠表现为胰岛炎，8～9周左右出现明显的糖尿病。最初，糖尿病的发病率约为20%[16]；然而，随着糖尿病大鼠的进一步近亲繁殖，发病率增加到60%左右，雌雄发病率相同[17]。动物表现出糖尿病前期胰岛浸润大约在动物高血糖前一周。这一相对较短的糖尿病前期可以对免疫细胞浸润的不同阶段进行有效分析[17]。与NOD小鼠和BB大鼠相比，lew-iddm鼠没有表现出其他自身免疫性疾病。它在显性糖尿病发病后存活良好，因此可用于研究糖尿病并发症[18]。然而，到目前为止，这一大鼠模型中的大多数研究都在调查糖尿病发生的机制和干预研究[19]。

2 2型糖尿病的动物模型

2.1 肥胖模型

由于2型糖尿病与肥胖密切相关，因此目前大多数2型糖尿病动物模型都是肥胖型的。肥胖可能是自然发生的突变或遗传操纵的结果，也可以是通过高脂喂养所引起。

2.1.1 TallyHo/Jng小鼠

Tallyho小鼠是一种自然发生的肥胖症和2型糖尿病模型，其来源于一个繁殖良好的Theiler Original小鼠群体中自发产生高血糖和高胰岛素血症的小鼠的选择性繁殖[20]。在这些小鼠中会出现肥胖增加、血浆甘油三酯、胆固醇和游离脂肪酸水平升高，而高血糖仅限于雄性小鼠，其最早发育于10至14周龄，胰岛增生脱粒，高胰岛素血症明显。尽管最近的研究已经使用TallyHo小鼠模型来研究糖尿病伤口的愈合情况，但TallyHo小鼠尚未完全表征出糖尿病并发症[21]。

2.1.2 Lep ob/ob小鼠

Lep ob/ob小鼠是严重肥胖的模型，起源于1949年在杰克逊实验室的近交集落中发现的自发突变。该表型被繁殖到C57BL/6小鼠中，但直到1994年突变蛋白才被鉴定为瘦素[22]。体重增加始于2周龄，小鼠开始出现高胰岛素血症，到4周时，血糖明显升高，持续升高于3～5个月达到峰值，此后随着小鼠的年龄增长而下降[23]。其他代谢异常包括高脂血症、温度调节紊乱和体力活动降低[23]。

这些小鼠的胰岛体积显著增加[24]。尽管胰岛素释放有一些异常，但是胰岛仍维持着胰岛素的分泌，在这种模型中缺乏完全的β细胞衰竭意味着糖尿病并不十分严重，不能完全代表人类2型糖尿病。值得注意的是，在C57B1/KS的背景下，随着胰岛的退化和早期死亡率的降低，糖尿病的发展更为严重[25]。

2.2 非肥胖模型

并非所有的2型糖尿病患者都是肥胖的，因此，对2型糖尿病瘦动物模型的研究也很重要。这些模型包括β细胞不足，这是最终导致人类显性2型糖尿病的原因。

2.2.1 Goto-Kakizaki大鼠

Goto-Kakizaki(GK)大鼠是由日本小组通过对葡萄糖耐性最差的Wistar大鼠进行重复繁殖而创建的[26]。这导致了2型糖尿病瘦模型的发展，该模型的特征是葡萄糖不耐受和葡萄糖诱导的胰岛素分泌缺陷。在该模型中，胰岛素抵抗的发生似乎不是高血糖症的主要起因，并且认为葡萄糖代谢缺陷是由于β细胞质量和/或功能异常所引起的[27]。GK大鼠用途已从2型糖尿病β细胞功能障碍的研究发展到糖尿病并发症的研究[28]。

2.2.2 hIAPP小鼠

2型糖尿病的一个特征是胰岛组织内有淀粉样蛋白的形成，其起源于胰岛淀粉样蛋白多肽(IAPP)。啮齿动物的IAPP并非淀粉样变，因此啮齿动物通常不能为这一方面的疾病建模[29]。然而，转基因小鼠已经在胰岛素启动子的作用下表达人IAPP(hIAPP)，它可以在胰岛内形成淀粉样蛋白。已经建立了多种hIAPP模型，并且已经证明增加hIAPP的表达会增加β细胞的毒性。另外，复制的β细胞对hIAPP毒性更敏感，因此，在该模型中β细胞对增加的胰岛素需求的适应性受到限制[30]。

人源化糖尿病鼠类模型的构建，使人类糖尿病的研究更具直观性，在此基础上进行的研究在一定水平上反应了真实的人体，成为临床前研究由鼠到人的重要桥梁。目前还没有相关的研究对以上几种模型进行过直接比较，但是每个模型都具有各自的优缺点，还需不断进行完善和改进，这是糖尿病未来医学动物实验研究的一个方向，具有重要意义。